Page 229 - 《应用声学》2023年第2期
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第 42 卷 第 2 期               晁永胜等: 方位偶极声波远探测技术研究与应用                                           417


                 multi-component active receiver array is studied to effectively improve the signal-to-noise ratio of dipole acoustic
                 signal. The amplitude of reflected wave is improved in combination with dynamic gain control. The dual dipole
                 broadband transmitter and multi-mode transmission technology are studied to improve the dipole transmission
                 power and ensure the long-distance propagation and reflection of dipole acoustic signals in the formation. The
                 numerical simulation and field logging data show that the dual-dipole azimuth recognition method is feasible.
                 And the results will benefit the further development and application of dipole shear wave remote detecting
                 technology.
                 Keywords: Azimuth identification for dipole wave; Double staggered dipoles; Active acoustic wave receiving;
                 Broadband dipole emission

                                                               测声波测井的理论进行方位识别也取得了一定效
             0 引言
                                                               果 [11] ,该技术采用单极、偶极相结合的方法进行方

                 声波远探测测井方法利用井孔中的单极或偶                           位识别,但也指出该技术的局限性在于需要单极和
             极声源激发并传播到地层中的声波,当井外存在地                            偶极同时探测到异常体,而单极源的探测距离较近,
             质异常体时产生反射或散射信号,井中的阵列接收                            因此受到限制。本文在分析当前偶极探测方法的基
             器接收这些微弱信号再进行成像,从而实现井外异                            础上,引入一种错位双偶极声波信号进行方位识别
             常体探测     [1] 。偶极横波远探测测井技术            [1−3]  自国    的方法,并考虑到微弱反射波的信号特征,开展了针
             外学者提出以来,在国内得到了长足的发展。该技                            对性的仪器研究与应用实验。
             术在顺北、塔河、塔里木、四川元坝等地区得到一定
             程度的推广与应用。传统偶极远探测方法存在180                      ◦    1 非对称式偶极声波方位识别原理
             的方位不确定性。随着该技术在国内外研究和应用
                                                               1.1  地层模型与测量原理
             的不断深入     [4−5] ,业界对偶极横波远探测测井技术
                                                                   建立如图1所示的地层反射界面及仪器测量原
             提出了更高的要求。不但需要判别井旁裂缝等地质
                                                               理模型。偶极源激发的声波传播到地层中被反射界
             体走向,还要精细地描述异常体的形状乃至填充物
             性质等,而利用偶极声波信号识别地质体的真实方                            面反射并传播回井孔,由于偶极声源辐射的 SH 波
                                                               的对称性,反射波信号有 180 的方位不确定性,即
                                                                                         ◦
             位是进行精细描述的基础。
                                                               无法确定反射来自井外哪一侧,因此难以获得反射
                 对于利用声波信号进行地质体的方位识别,国
             内外学者均进行了一定的研究和探索,其中多数研                            界面的真实方位信息。针对该情况,提出了一种错
             究建立在纵波       [6]  或相控阵  [7−8]  等技术上。纵波方           位双偶极发射的方法,以提高对反射方位信息的探
             位识别是利用发射的高频纵波被异常体反射后,被                            测能力,接收器则仍采用常规的四分量多阵列声波
             周向的多分量接收器接收,由于仪器存在遮挡作                             接收器,通过上下 2 组正交偶极声源的波形阵列的
             用,利用来自异常体的反射波形在不同方位接收器                            结合,来完成反射体的方位探测和识别。
             的幅度、相位等信息的差异来判别方位                  [9] 。利用偶           图1中,偶极发射器TD1与偶极发射器TD2均
             极声波信号进行真实方位判别的方法早期由 Tang                          为正交三叠片压电陶瓷换能器,TD1与TD2在方位
             等  [1]  提出,但尚未有实际应用,其主要原因在于低                      上相差 45 。测量时,TD1 与 TD2 分别发射偶极声
                                                                        ◦
             频偶极横波的弱方位特征,即不同方位接收器对于                            波信号,4 个周向上相隔 90 的接收器记录不同方
                                                                                        ◦
             低频信号差异不明显,而实际中反射波的信号十分                            位的 4 个分量的波形,TD1 的 X 源对应接收信号为
             微弱,低信噪比往往进一步压制了方位特征,导致                            XaX1、XaX2、XaY 1、XaY 2,TD1 的 Y 源对应接
             纯粹依赖偶极横波信息进行方位识别变得十分困                             收信号为 Y aX1、Y aX2、Y aY 1、Y aY 2;同理,TD2
             难;Gong 等  [10]  提出对偶极声波信号进行差分与积                   的 X 源对应信号为 XbX1、XbX2、XbY 1、XbY 2,
             分的方式进行方位识别,但在应用时积分后偶极信                            TD2的Y 源对应为Y bX1、Y bX2、Y bY 1、Y bY 2。即
             号中的斯通利波得到大幅增强,大大压制了有用波                            在每一个深度位置,2 组正交偶极声源共获得 16 组
             形,实际应用效果有限;此外,利用多分量方位远探                           接收信号。
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