Page 229 - 《应用声学》2023年第2期

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。