Page 137 - 《应用声学》2020年第2期

第 39 卷 第 2 期 李超等： 多分量方位远探测声波测井的理论与应用 295

本文提出应用于上述多分量远探测仪器的单 场类似，而交叉分量反射波幅度很小，Y Y 分量主要
极和偶极远探测相结合的方法来识别反射方位，一 成分为 SH反射横波，其幅度最大 (图5(d))。利用公
方面单极反射幅度能较好地区分方位，但是其方位 式 (3) 求得不同走向角度的 SH 反射波并求出其最
分辨率低；另一方面，偶极 SH 反射能较精确地反演 大幅度，结果见图6。可知最大幅度对应走向角度为
界面走向，但是无法区分界面在井哪一侧，将两者相 79 ，这里的走向角度是与 x 轴方向 (X1 接收器方
◦
结合，可以优势互补，快速判断界面方位。本文将以 向) 的顺时针夹角，转换成模型中的逆时针方位即
识别临井方位为例，通过数值模拟及实际资料处理 为11 与191 ，即偶极SH反射波所确定的方位存在
◦
◦
来说明该方法的效果。
180 的不确定性，根据单极子的结果 (图 4(b))，可
◦
以判断 11 为临井的方位，这与其真实的方位角15 ◦
◦
2 数值模拟实例
误差很小，因而将单偶极子的反射波方位识别方法
采用三维有限差分方法进行数值模拟来获取 联合起来可以消除不确定性，较准确地识别出反射
单偶极远探测波形。模型的 xz 和 xy 剖面如图 3 所 方位。
示，两口相距 5 m的井，一口为测量井，井中有仪器，
地层为软地层 (见表 1 地层 2)，另一口井在其 15 方
◦
5500 5500
位(与x 轴夹角) 处，仪器结构如图 1 所示，单极子声 0.5
1
源主频为 10 kHz，偶极子声源主频为 3 kHz。两口 1.0 5000 5000
井直径均为0.22 m，仪器直径为0.1 m。 1.5 4500 2 4500
X 方向的接收器在 x 轴放置，并且 X1 偏向有 4000 4000
井的一侧，参考方位为X1 接收器方位(0 )。数值模 z/m 2.0 3500 x/m 3 3500
◦
2.5
拟得到的源距相同的不同方位单极子波形见图 4， 4
3.0 3000 3000
其中图 4(a) 表明单极子反射波有多种模式，在时间
3.5 2500 5 2500
上从前往后依次是 P-P 反射纵波、P-S 和 S-P 转换
4.0
波以及 S-S 反射横波，并且不同方位波形幅度有差 2000 6 2000
4.5
异，不同方位最大反射波振幅归一化后的指向性图 1 2 3 4 5 6 1500 0.5 1.0 1.5 2.0 1500
见图 4(b)，可以明显看到方位在 X1 接收器一侧，但 x/m y/m
(a) xzҖ᭧ (b) xy Җ᭧
由于分辨率的限制，无法获得准确的方位角。
◦
模拟得到的偶极子四分量波形见图 5。由于 X 图 3 井旁 15 井速度模型
◦
源方向与临井的夹角较小，反射纵波、转换波和反 Fig. 3 Velocity model of a 15 well outside the
射横波均存在 (图 5(a))，这一点和单极子源反射波 borehole

90°
120° 60°
Y1 0.5
Y 
150° 30°

வͯᎄՂ X 180° X2 X1 0°

Y 
210° 330°
Y2
X
240° 300°
0 2 4 6 8 10 270°
௑ᫎ/ms
(a) Ԧ࠱ฉ (b) ࣨएૉՔভ
图 4 单极子反射及最大幅度指向性
Fig. 4 Monopole reflection and its maximal amplitude directivity