Page 131 - 《应用声学》2021年第5期

第 40 卷 第 5 期 张波等： 三维声波测井探测特性分析与处理技术应用 775

advantages than the traditional multipole array acoustic logging tool, and has a good application prospect in
detecting the three-dimensional information of the formation around the well. In addition, the instrument also
has the application potential in three-dimensional remote detection.
Keywords: 3D Acoustic logging; Radial detecting characteristics; Circumferential detecting characteristics;
Velocity tomography; Azimuthal slowness imaging
仪器样机，从声波探测原理入手，研究了三维声波
0 引言 的径向和周向探测特性，并开发了快速各向异性反

演、井外地层速度径向层析成像及方位慢度成像等
三维阵列声波测井是声波测井领域高度集成
处理技术，最后通过实际数据的处理，验证了三维声
化的技术之一，是近年来声波测井领域的重要进
波测井相对于传统阵列声波测井的优势。
展 [1−5] 。其利用具有方位接收器的接收阵列，结合
多个单偶极子声源，具有在井孔轴向、径向及周向 1 三维声波测井探测特性研究
的三维信息探测能力，可实现交叉偶极测井仪器
的所有测量功能及后期应用评价方法，而且在复 具有方位分布的接收阵列是三维声波测井的
杂储层评价、三维各向异性探测以及井外地质体 基本特征之一，井孔中单极子声源声场的辐射和方
远探测等领域都具有独特的应用效果 [6−9] 。目前 位接收器阵列接收的示意图如图 1 所示，单极子声
国外已开发了相关仪器并进行了应用，如斯伦贝谢 源为轴对称声源，在周向 360 方位上产生相同的辐
◦
公司的Sonic Scanner仪器 [10] 以及哈里伯顿公司的 射声场，若井周地层在不同方向上、不同径向深度
Xaminer Sonic 仪器 [2] ，都是三维声波测井的典型 上具有不同性质，在被不同源距的方位接收器接收
代表。在国内，中海油服也开发了相应的三维声波 时，会记录到不同径向和方位的响应信息，通过处理
测井仪器 [5] 。 并分析这些波场信息，可以识别地层在径向和周向
一直以来，传统阵列声波测井一般利用居中或 的物理性质。
近似居中的接收换能器接收波形，接收信号实际为
井孔周围地层的综合贡献结果，难以区分井周地层
不同方位的响应特征，而对于井周复杂非均质地层 வͯଌஆ٨᫼ѵ
(如缝洞型碳酸盐岩等)或井轴相对于地层界面倾斜
情况 (水平地层斜井或者垂直井倾斜地层)，井周地
层在不同方位会表现出不同的物性特征，传统声波
测井技术缺乏获得这种带有方位信息的能力。三维
阵列声波成像测井通常是指测量仪器通过对井孔
声场所有模式波 (单极子模式、偶极子模式、斯通利 ӭౝߕܦູ
波模式等) 进行全波数字采集，并进行全方位的资
料反演处理，实现对从低速疏松砂泥岩到高速白云 图 1 井孔声源辐射声场方位接收示意图
岩等各类复杂地层的三维声学特性的描述 [1] 。其核 Fig. 1 Schematic diagram of source radiation and
azimuthally receiving in the borehole
心技术就是要在更大源距和更宽频带范围内获得
具有方位信息的多极子阵列声波波形，利用现代数 所研发的新型三维声波测井仪器，其结构示意
字处理技术对井孔周围岩石在轴向、径向和周向上 图如图2所示。仪器同时包含了4个单极子声源 (上
的三维岩石声学特性进行描述。三维声波测井技术 单极 T1、下单极 T2、远单极 T3 和超远单极 T6) 和
相对于传统的单极子探测技术，有更好的探测效果 一对正交偶极子声源 (T4 和 T5)，13 个接收站阵列，
以及方位信息探测能力 [2] ，而方位信息对于储层评 每个接收站包含了 8 个指向不同方位的接收器，分
价以及工程措施如压裂改造等至关重要，三维声波 别命名为 RC1-RC8，相邻接收器夹角为 45°。仪器
测井在井外反射体三维远探测领域也有较大的发 工作时单偶极声源依次激发声波，每次激发时轴向
展潜力 [7,9] 。 和周向共 104 个接收器记录不同源距、方位的波形，
基于以上现状，本文开发了三维阵列声波测井 传统正交偶极声波测量的四分量波形则由对应方