Page 32 - 《应用声学）》2023年第5期
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射面一般都是有限宽度的。针对实际中的远探测裂
0 引言
缝评价 [15] 以及在此基础上的储量预测问题，本文
反射声波测井是声波测井的一个重要发展阶 定量模拟了单极子和偶极子反射波的能量随裂缝
段，不同于常规测井测量反映井壁附近地层信息，它 宽度的变化情况，模拟结果可为根据裂缝尺度和反
测量远离井壁地质异常体的反射信号，从而获取井 射幅度进行井旁储层的储量预测提供理论指导。
外地层地质异常体如裂缝。由于其测量原理类似反
射地震，并可以获取井外数米到数十米的微小异常 1 反射波测井的并行变网格有限差分模拟
体的高分辨率成像，较好地弥补了常规声波测井与
声波测井的声源工作频率单极为 6 ∼ 15 kHz、
井中地震之间在分辨率以及探测范围特性之间的
偶极为 1 ∼ 5 kHz，具有较高的频率 (较小的波长)，
空白，极大地拓展了声波测井的径向探测范围和应
而且由于井孔较小，因此井孔声场模拟一般采用较
用领域 [1−3] ，特别是在碳酸盐缝洞储层中取得了较
小的网格。对探测深度较小的模式波波场模拟，由
好的效果 [4−5] 。反射波测井从声源类型上主要可分
于总体模型较小，采用精细网格模拟仍是可行的。
为单极子和偶极子远探测两大类，最近也尝试进行
反射声波测井需要模拟井外数米到数十米的弹性
基于偏心声源的方位远探测研究 [6] 。远探测测井已
波传播、反射、折射等过程，特别是对更小尺度的裂
经成为声波测井的研究重点和热点，国内外众多学
缝模拟，如果采用均匀精细网格，则总的资源占用量
者开展了相关的理论、模拟与成像方法研究 [7−14] ，
和计算代价将特别巨大，为此，采用基于并行的变网
并取得了重要进展。陶果等 [8] 针对单极子反射声
格三维直角坐标系有限差分来模拟小尺度裂缝存
波测井的高频、大尺度、大动态范围的特点，采用
在下的大范围的远探测波场响应 [8] 。
并行有限差分系统模拟了纵波反射波的幅度随声
源频率、源距和反射界面位置变化的关系，为单极 变网格有限差分前人已经做了较多的研究，这
里不再重复。图 1 给出了均匀地层下有限差分与解
子纵波的仪器设计和资料处理提供了依据。唐晓明
等 [9] 进一步论述了偶极反射声波测井反射波的传 析解模拟的结果对比。模型大小为 2 m×2 m×6 m，
播特性，指出快地层中 SH 型横波具有较宽的辐射 充液井孔的半径为 0.1 m，井轴位于在 x = y = 1 m
覆盖与反射灵敏度，慢地层中偶极辐射的纵波具有 处。单极子声源的中心频率为 15 kHz，声源的波形
较好的探测特性。魏周拓等对偶极反射声波测井进 式高斯包络调制的正弦波。井中流体的纵波速度为
3
行详细数值模拟，研究了井中偶极声源的辐射特征 1500 m/s，横波速度为 0 m/s，密度为 1000 kg/m ；
及其不同条件下的变化规律 [10] ，为偶极反射波测 井外固体的纵波速度为 4500 m/s，横波速度为
3
井仪器设计提供了参数选择的依据；他们还在理论 2500 m/s，密度为2500 kg/m 。图1中，时间域有限
分析和数值模拟基础上，提出了低频偶极远探测方 差分 (Finite difference time domain, FDTD) 结果
法 [11] ，因为在截止频率附近，可以有效抑制井中模
0.5
式波，从而提高反射波与模式波的比值，更好地获取 RAI
弱的反射波信号。Zhang 等 [12] 开展了裂缝张开度、 FDTD
裂缝倾角、离井眼距离等因素对影响裂缝识别的规
律研究，分析了远探测声波测井方法识别裂缝的条
件。此外，Wang 等 [13] 研究了横波反射波幅度与直 ᄱࠫࣨए 0
达波幅度比值随裂缝参数变化的响应特征；古希浩
等 [14] 运用滑移界面理论来描述井外地层中裂缝对
声场的响应特征并给出了裂缝远探测声场快速模
-0.5
拟方法，为偶极横波远探测数据的处理和解释提供 0 2.5 5.0
了理论依据。 ᫎ/ms
以上研究大都假定反射面是无限延伸的，而较 图 1 有限差分模拟结果与实轴积分对比
少考虑反射波测井主要应用于碳酸盐缝洞储层，反 Fig. 1 Comparison of FDTD and RAI result
