Page 143 - 《应该声学》2022年第2期
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第 41 卷 第 2 期                朱祖扬： 随钻单极子声波测井模式优化及远探测                                          311


                 borehole, which is improved in measuring mode and data processing, thereby, it can play a greater role in LWD
                 evaluation and high efficient drilling.
                 Keywords: Monopole acoustic logging while drilling; Acoustic velocity variation around borehole; Azimuthal
                 performance; Reflection wave; Acoustic remote detection

                                                                   目前多极子声源和偏心点声源会被首先使用
             0 引言
                                                               在随钻方位声波测井中，而单极子声源由于被认为
                 随钻声波测井通过测量地层的纵波速度和横                           没有方向性则不予使用，未能挖掘随钻单极子声波
             波速度来对地层压力进行评价              [1−3] 。为了获得钻井          测井数据所包含的方位信息。本文对随钻单极子声
             过程中所钻地层的非均匀性特征和地层边界信息，                            波测井模式进行了优化，使用单极子声源发射声波
             随钻声波测井应具有方位特性和成像功能                    [4] 。近年     和偏极子接收器接收声波的测量模式，利用数值模
             来，在随钻多极子声波测井技术取得成功应用的情                            拟方法研究了随钻单极子声源的方位特性和反射
             况下  [5−7] ，随钻声波测井技术的方位特性也成为了                      声场，并开展了随钻单极子声波远探测实验。这项
             研究的热点，波速周向变化测量和远探测反射声波                            工作将有助于随钻单极子声波测井理论的完善，为
             成像测井得到了发展。斯伦贝谢公司提出了一种偏                            其在非均匀性地层评价和地质导向钻井等方面的
             心点声源测井工具，研究了声源对方位横波各向异                            使用提供理论依据。
             性的敏感性，指出偏心点声源具有方位指向性                       [8] 。
             哈里伯顿公司研制了 XBAT 仪器，使用多极子声源                         1 随钻单极子声源方位特性研究
             发射和定向接收器接收，能够实现方位探测                     [9−10] ；
                                                               1.1  不同方向速度模型井
             威德福公司研制了CrossWave仪器            [11] ，使用方位聚
             焦声源和定向聚焦接收器接收，在仪器旋转时能够                                模型井从井内到井外依次为流体、钻铤、流
             对井周地层速度成像；中国科学院地质与地球物理                            体、地层    [16] ，井孔半径为 0.108 m，井外地层为无穷
             研究所研制了外径171 mm (6.75 英寸)随钻方位声                     大且分为 A、B、C 和 D 4 个扇区，A 扇区方位角为
                                                                                                   ◦
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             波成像测井仪，使用偏极子发射和定向接收器接收，                           315 ∼ 45 ，B 扇区方位角为 45 ∼ 135 ，C 扇区方
                                                                         ◦
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             能够对井周地层的纵波速度成像。陈俊圆等                     [12] 、张   位角为 135 ∼ 225 ，D 扇区方位角为 225 ∼ 315 ，
             正鹏等   [13]  提出了一种适用于随钻方位声波测井的                     其中 A、B、C 扇区为不同地层，地层的纵波速度和
             瓦片状声波发射换能器，基于瓦片状声源测量地层                            横波速度均依次增大，B 和 D 扇区为相同地层，模
             的纵波慢度，识别井周地层方位速度信息。卫建清                            型井的声学参数见表 1。随钻声波测井仪位于井孔
             等  [14]  数值模拟慢速各向异性地层中随钻偏心点声                      内且居中，使用了 1 个单极子声源发射声波，8 个方
             源激发的声场，研究其在井孔中接收的响应特征，探                           向接收器阵列接收声波，接收源距为 2.00 m。单极
             讨了测量地层各向异性的方法。陈雪莲等                    [15]  从随    子声源安装在钻铤的外壁上，接收器阵列周向等夹
             钻地质导向的实际需求出发，利用有限差分法研究                            角 45 分布在钻铤的外壁上，每个接收器阵列又包
                                                                    ◦
             了随钻条件下的单极子声源在井孔内外的传播特                             含了8个接收单元，接收单元间距为0.20 m。图1给
             征，给出了应用反射纵波识别井外地层界面的实施                            出了模型井测井示意图，其中 T 为单极子声源，R1、
             方案。                                               R2、· · · 、R8为每个接收器阵列上的接收单元。

                                                   表 1   模型井声学参数
                                             Table 1 Paramters of the model

                          介质类型          纵波速度/(m·s −1 )  横波速度/(m·s −1 )  密度/(kg·m −3 )  内半径/m  外半径/m
                            流体               1500            0            1000         0       0.108
                            钻铤               5860           3130          7850        0.028    0.086
                      地层 A (315 ∼ 45 )       4000           2300          2500        0.108     ∞
                                   ◦
                               ◦
                      地层 B (45 ∼ 135 )       4500           2500          2600        0.108     ∞
                              ◦
                                   ◦
                      地层 C (135 ∼ 225 )      5000           2700          2700        0.108     ∞
                              ◦
                                    ◦
                      地层 D (225 ∼315 )       4500           2500          2600        0.108     ∞
                              ◦
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