第5講正交偶極子聲波測井

?測井新方法?第5講：正交偶極子聲波測井張?jiān)匈Y源與信息學(xué)院測井研究中心主要內(nèi)容1、聲波測井開展歷程2、物理根底與方法原理3、儀器結(jié)構(gòu)、指標(biāo)和使用條件4、采集的信息及用途5、巖石的機(jī)械特性6、典型應(yīng)用案例1、聲波測井開展歷程

聲波的一般特性聲波：是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)波。聲波的頻率范圍：20~20kHz(人耳能聽到〕。次聲波：頻率低于20Hz。超聲波：頻率大于20kHz。

縱波〔壓縮波〕：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向一致。橫波〔剪切波〕：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直。流體只能傳播縱波而不能傳播橫波。縱波速度總是大于橫波速度。ParticleMotionWaveDirectionWaveDirectionParticleMotion

聲波的一般特性在井眼和地層中傳播的聲波主要由兩類波組成：體波〔縱波和橫波〕和導(dǎo)波〔偽瑞利波和斯通利波〕，還有一些屢次反射波。體波的主要特點(diǎn)是：沿地層中傳播，幅度存在幾何擴(kuò)散，而速度頻散可忽略。

聲波的一般特性導(dǎo)波的主要特點(diǎn)是：沿井壁傳播幅度最大，不存在幾何擴(kuò)散，而速度有頻散。巖石機(jī)械特性控制聲波在巖石中的傳播速度，而巖石的機(jī)械特性取決于所含流體的類型和含量、巖石顆粒的構(gòu)成以及顆粒間的膠結(jié)程度。1、聲波測井開展歷程聲波測井是根據(jù)聲波的物理傳播特性測量井下巖層的聲波傳播速度〔時(shí)差〕或幅度衰減等規(guī)律，據(jù)此判斷地層的巖性、估算孔隙度以及巖石的彈性力學(xué)性質(zhì)的測井方法。聲波測井方法50年代初在國外開始出現(xiàn)，早期的聲波測井方法與地震勘探得原理類似，主要記錄聲波傳播速度。

在近50年的開展中，先后出現(xiàn)了用于檢查水泥膠結(jié)質(zhì)量的聲幅測井；測量井剖面聲波縱波速度倒數(shù)〔慢度或聲波時(shí)差〕的聲速測井；能夠得到井壁上孔洞、裂縫分布情況直觀圖像的井下聲波電視測井，以及在此根底上開展起來的井周聲波掃描成像測井。20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)長源距聲波全波列測井，實(shí)現(xiàn)了對滑行縱波、滑行橫波、偽瑞利波和斯通利波等在時(shí)間軸上的別離，從而實(shí)現(xiàn)了對聲波全波列的數(shù)字化記錄。在聲波測井開展歷史中，需要解決的一個(gè)重要問題是井筒中橫波的測量。在快速地層〔地層橫波速度大于井內(nèi)流體聲波速度，也稱為“硬〞地層〕中，儀器能偶接收到滑行橫波；而在慢速地層〔地層橫波速度小于井內(nèi)流體聲波速度，也稱為“軟〞地層〕，儀器接收不到滑行橫波。許多油田遇到了松散砂巖是高質(zhì)量儲(chǔ)集層的情況，縱波時(shí)差大于100us/ft，地層橫波速度低于井眼流體縱波速度，很難記錄橫波時(shí)差。測量地層橫波有兩種方法，一種是間接橫波測量法，即從常規(guī)聲波測井的全波列中提取橫波，或者根據(jù)斯通利波反演求得地層橫波速度；另外一種方法是利用偶極子橫波測井方法在地層中直接激發(fā)轉(zhuǎn)換橫波的方法。單極子聲源的聲波測井儀，只能夠在快速地層中產(chǎn)生轉(zhuǎn)換橫波，在慢速地層不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換橫波，而斯通利波反演橫波那么會(huì)受到井眼條件、地層密度等多種因素的影響，可靠性較差，并且斯通利波的提取也十分困難。使用單極子聲源很難獲得準(zhǔn)確的橫波信息，提出了偶極子橫波測井的方法。1967年，White首先提出了利用偶極子源能夠產(chǎn)生橫波信號(hào)，并且于1971年提出了可能的橫波速度測井儀。1980年，Kitsuzezaki首次研制成功一種以低頻工作的電磁驅(qū)動(dòng)偶極子橫波測井儀，該儀器使用的聲源是一個(gè)電磁鐵，由永久磁鐵、線圈和激發(fā)器組成的間接激發(fā)型偶極子聲源，接收器用可伸縮的橡膠管制成。1、聲波測井開展歷程通過實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，證明使用該儀器能在近地表地層可靠地探測到直接橫波信號(hào)。由于受到溫度和壓力的影響，實(shí)驗(yàn)只限于在較淺深度的軟地層中進(jìn)行。為了適應(yīng)較深探測范圍內(nèi)的各種地層，開展了各種壓電換能器偶極子橫波測井儀。1、聲波測井開展歷程1984年Zemanck等人首先開展了一種比較實(shí)用的壓電偶極子橫波測井儀，該儀器的聲源為激發(fā)橫波功能的偶極子壓電換能器，聲系為單發(fā)雙收聲系，源距分別為1.8m和3.4m，兩個(gè)接收換能器可以對井眼進(jìn)行補(bǔ)償。壓電偶極子橫波測井儀的工作頻率為2kHz，且頻帶較窄。一般說來，在地層中激發(fā)橫波存在一個(gè)最正確的頻率范圍，在該范圍內(nèi)可以使激發(fā)的橫波明顯強(qiáng)于縱波，這個(gè)最正確的頻率范圍隨著地層橫波速度而變化，如果粗略知道地層橫波速度的近似范圍，就可以選擇最正確的頻率范圍。模型井的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：在硬地層中，最正確頻率的范圍是3kHz-8kHz，此時(shí)地層橫波幅度是縱波幅度的20倍；在軟地層，最正確的頻率范圍是1kHz-4kHz，橫波幅度是縱波幅度的10倍。1995年，SLB推出了偶極子橫波成像測井儀DSI，該儀器的聲發(fā)射系統(tǒng)包括一個(gè)單極子換能器和兩個(gè)正交的寬頻帶電動(dòng)偶極子換能器，改變發(fā)射換能器的激發(fā)頻率以及將發(fā)射換能器與接收換能器不同組合，單極子源可以激發(fā)橫波、縱波和斯通利波，偶極子源可以激發(fā)橫波，還可以進(jìn)行偶極子橫波測量，探測橫波速度的各向異性。測量結(jié)果除了傳統(tǒng)縱波的用途以外，還可以進(jìn)行巖石機(jī)械特性分析、地層評(píng)價(jià)、地球物理應(yīng)用、橫波各向異性測量等。WesternAtlas公司那么推出了多極子聲波測井儀MAC。該公司對MAC測井儀器進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)出正交偶極子聲波測井儀XMAC，可以獲得高質(zhì)量的橫波速度，最大測速可以到達(dá)1100us/ft，應(yīng)用擴(kuò)展到所有慢地層的范圍中。Halliburton公司在2000年推出的正交偶極聲波測井儀Cross-WaveSonic?。1、聲波測井開展歷程目前常使用得聲波測井儀器，包括常規(guī)的聲波井眼補(bǔ)償測井儀器、數(shù)字陣列聲波測井儀器、水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測井儀、井眼聲波成像測井儀和多極子陣列聲波測井儀器〔正交偶極子聲波測井儀〕，其中多極子陣列聲波測井儀器的產(chǎn)生主要是解決慢地層的橫波資料求取問題。就物理原理而言，陣列聲波測井儀器與長源距聲波測井沒有本質(zhì)的差異，發(fā)射探頭和接收探頭使用對稱振動(dòng)模式，即單極子振動(dòng)模式，只是各種性能得到了進(jìn)一步改善，但是這類儀器在軟地層中不能測量到地層橫波。正交偶極子聲波測井儀器使用了非對稱的聲源，在測量原理上有顯著變化，除具備全波列測井的優(yōu)點(diǎn)以外，能夠在軟地層中測量地層的橫波速度。1、聲波測井開展歷程幾個(gè)代表性的開展階段：Wyllie(1956)提出時(shí)間平均公式；70年代末推出長源距聲波全波列測井；80年代中期推出陣列聲波測井；90年代末推出偶極子及多極子橫波測井；隨鉆聲波測井。目前具有代表性的正交偶極子聲波測井儀器1、SLB偶極子橫波成像儀DSI：〔1個(gè)單極發(fā)射器+2個(gè)偶極發(fā)射器，8接收器陣列〕2、BakerHughes的多極陣列聲波成像儀XMAC〔2個(gè)單極發(fā)射器+2個(gè)偶極發(fā)射器，8接收器陣列)目前具有代表性的正交偶極子聲波測井儀器3、HES第三代正交偶極聲波測井儀Wavesonic〔1個(gè)單極發(fā)射器+2個(gè)偶極發(fā)射器,8接收器陣列)4、SLB的聲波全井眼掃描儀SonicScanner(3個(gè)單極發(fā)射器+2個(gè)偶極發(fā)射器,13接收器陣列)2、物理根底與方法原理時(shí)差〔慢度〕：聲波在地層中傳播1m〔1ft〕所需要的時(shí)間，是速度的倒數(shù)，用來描述在以固定間隔放置的兩個(gè)或多個(gè)接收器的傳播時(shí)間。2、物理根底與方法原理聲波儀器位于井軸上，發(fā)射換能器向周圍發(fā)射一個(gè)聲波脈沖，在井內(nèi)和地層中激發(fā)各種模式的聲波，沿著不同的方向和途徑傳播，最后由與聲源相距一定距離的接收換能器接收。斯奈爾定律〔SnellLaw〕V1V2入射線反射線折射線αβαβ=900滑行線sinαsinβ=υ1υ2滑行波：當(dāng)β=90o時(shí)，折射波在第

二種介質(zhì)中沿界面滑行。折射波：臨界角：產(chǎn)生滑行波時(shí)的入射角。全反射波：當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，

射線將全部反射回第一介

質(zhì)，稱全反射波。第一臨界角：θ*=arcsinV1/V2第二臨界角：θ*=arcsinV1/V2s2、物理根底與方法原理測井儀器發(fā)射的聲波穿過井內(nèi)流體，在地層界面處聲波將產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，主要原因是地層巖石的密度發(fā)生變化。通常地層的聲波速度發(fā)生變化，也將引起聲波在地層中傳播時(shí)產(chǎn)生反射和折射〔聲阻抗發(fā)生變化〕。儀器發(fā)射的聲波穿過井內(nèi)流體以后，在界面處將發(fā)生反射和折射，在井內(nèi)通常記錄反射波。2、物理根底與方法原理根據(jù)全反射原理：當(dāng)聲波的入射角滿足臨界角條件時(shí)，入射聲波將沿著井壁傳播，產(chǎn)生滑行波，這種滑行波可以被接收器探測到。在快速地層中，能夠產(chǎn)生滑行縱波和滑行橫波。在慢速地層，由于地層橫波速度小于井內(nèi)流體的聲波速度，不滿足滑行橫波的臨界角的條件，在地層中不能產(chǎn)生滑行橫波，無法記錄地層橫波。2、物理根底與方法原理全波列由兩類波組成：體波和導(dǎo)波。體波〔BodyWave〕與地層巖石顆粒的振動(dòng)有關(guān)，包括縱波〔PrimaryWave，P波〕和橫波〔SecondaryWave，ShearWave，S波〕。導(dǎo)波〔GuideWaves〕是聲波在井孔中傳播時(shí)形成的制導(dǎo)波，包括偽瑞利波〔Pesudo-RayleighWave〕和斯通利波〔StoneleyWave〕。此外井筒中還有各種屢次反射波，如縱波泄露模式〔LeakyModes〕等。

裸眼井中聲波成分

聲波發(fā)射器發(fā)射的聲脈沖經(jīng)過各種途徑傳播到接收器，接收器接收的聲波其主要成分有滑行縱波、滑行橫波、假瑞利波和斯通利波。幅度時(shí)間（us）裸眼井聲波全波列波P為滑行縱波、S為滑行橫波，a為低頻局部假瑞利波，b為斯通利波，c為其它模式波。滑行縱波是一種體波，以錐面波形式傳播，無頻散。假設(shè)源距選擇適當(dāng)，滑行縱波在全波列中是首波。它具有傳播速度快、幅度小等特點(diǎn)。接收器接收的滑行縱波〔P波〕實(shí)際上是PPP波，即在井內(nèi)流體中以壓縮波形式傳播，傳播到井壁處，以第一臨界角折射到巖層中，以滑行縱波形式傳播，以后又折回井中，又以壓縮波形式傳播到接收器并被接收器接收。

滑行縱波滑行橫波滑行橫波也是一種體波，無頻散。接收器接收的滑行橫波〔S波〕實(shí)際上是PSP波。只要橫波速度大于井內(nèi)流體速度，就能收到此波。在源距選擇適當(dāng)，滑行橫波在全波列中是次首波。傳播速度比滑行縱波小，幅度比滑行縱波大。

2、物理根底與方法原理假瑞利波假瑞利波是一種界面波，沿井壁界面?zhèn)鞑?，其傳播速度介于地層橫波速度與井內(nèi)流體速度之間，具有頻散性質(zhì)和衰減性質(zhì)。斯通利波斯通利波也是一種界面波，沿井壁界面?zhèn)鞑?，其傳播速度低于井?nèi)流體速度，也具有頻散性質(zhì)和衰減性質(zhì)。2、物理根底與方法原理++---++MonopoleDipoleQuadrupole聲波換能器〔探頭，Transducer〕：可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也可以將聲能轉(zhuǎn)換為電磁能的器件。測井常用壓電陶瓷晶體換能器。2、物理根底與方法原理單極子聲源〔Monopole〕單極子源一般是圓管狀的換能器，以軸對稱方式沿著徑向振動(dòng)〔膨脹或縮小〕。單極子聲源在井孔中激發(fā)以地層縱波為首波，包括橫波、偽瑞利波和斯通利波的全波列。2、物理根底與方法原理單極子聲源〔Monopole〕在軟地層中井眼中單極子聲源只能激發(fā)起縱波和斯通利波，而不能激發(fā)橫波。單極子聲源(Monopole)單極子換能器在井孔中主要激發(fā)一些井壁反射波，這些波具有如下特點(diǎn)：縱波在地層中以縱波速度傳播，質(zhì)點(diǎn)能量在井眼中形成縱波首波，可以用于測量地層的縱波速度；偽瑞利波以接近地層橫波速度的速度傳播〔在低速地層中幾乎不可能識(shí)別〕，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑為橢圓，靠近井眼處最強(qiáng)，很快消失在地層中；橫波在縱波首波穿過井眼流體以后在地層中激發(fā)。橫波走時(shí)比縱波走時(shí)長倍，橫波的幅度通常比縱波幅度大。由于流體不傳播橫波，所以地層中產(chǎn)生的橫波首波變?yōu)榭v波穿過井眼流體到達(dá)接收器作為滯后到達(dá)的縱波；管波或斯通利波以接近井眼流體縱波的速度直接穿過井眼流體到達(dá)接收器，斯通利波幅度很大，它沿井壁和儀器軸與井眼流體的界面?zhèn)鞑ィ涣黧w或鉆井液中存在從發(fā)射器穿過流體直接到達(dá)接收器的縱波，在儀器設(shè)計(jì)時(shí)采取一些技術(shù)措施使井筒流體中直接傳播的聲波受到衰減或延遲。2、物理根底與方法原理快地層中依次接收到縱波，橫波，斯通利波。2、物理根底與方法原理慢地層中接收到縱波和斯通利波，接收不到橫波。2、物理根底與方法原理偶極子源偶極子發(fā)射器〔Dipole〕的運(yùn)動(dòng)與單極子發(fā)射器略有不同，發(fā)射器發(fā)射聲波被向井眼的一面推又被從另一個(gè)方面拉，這兩種不同力的作用在井眼中產(chǎn)生撓曲波。2、物理根底與方法原理偶極子源在低頻狀態(tài)下，撓曲波以與地層橫波速度接近的速度傳播。探測撓曲波的接收器僅僅對于不同的壓力差敏感，由于它們對軸對稱的應(yīng)力場不敏感，縱波和斯通利波的首波被壓制。2、物理根底與方法原理偶極子源偶極源好象一個(gè)活塞，在井眼的一側(cè)增大壓力，在另外一側(cè)那么降低壓力，產(chǎn)生一個(gè)小的井軸撓曲，從而激發(fā)地層的縱波和橫波。這種撓曲波的傳播方向與井軸同軸，而位移與井眼垂直，與換能器在同一條直線上。2、物理根底與方法原理偶極子源當(dāng)偶極子探頭發(fā)射聲波時(shí)，偶極發(fā)射器突然產(chǎn)生向右側(cè)的位移，導(dǎo)致井眼的“擾曲〞，這種撓曲波激發(fā)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式和橫波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式類似，但是只發(fā)生在與發(fā)射角方位相同的平面上。2、物理根底與方法原理2、物理根底與方法原理偶極子源撓曲波是一種頻散界面波，傳播速度與聲源的頻率有關(guān)。在低頻時(shí)，擾曲波以近似于橫波的速度傳播；在高頻時(shí)，撓曲波以低于橫波的速度傳播。偶極子源偶極橫波測井實(shí)際上是通過撓曲波的測量來計(jì)算地層橫波速度。為了減小頻率的影響，偶極發(fā)射器應(yīng)該盡量降低發(fā)射頻率以便確保橫波速度的測量精度。低頻時(shí)，撓曲波在地層中以橫波速度傳播。在硬地層的條件下，中心頻率稍大于3kHz；而在軟地層中，中心頻率約等于1kHz。當(dāng)發(fā)射頻率為3kHz時(shí)，偶極子測量結(jié)果需要進(jìn)行大約10%的頻散校正。偶極子聲源在井下工作時(shí)，縱波與橫波向地層中傳播，而伴生的橫波/撓曲波沿著井眼向上傳播，這種波在井液中產(chǎn)生一種“偶極型〞壓力擾動(dòng)，并且由一對定向接收器接收。2、物理根底與方法原理偶極轉(zhuǎn)換器激發(fā)的撓曲波，其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式和橫波相似，擾曲波以近似于橫波的速度沿著井眼向上傳播。偶極子源在軟地層井孔中激發(fā)起以彎曲波〔準(zhǔn)橫波、偶極子波〕為主的波列，其橫振動(dòng)關(guān)于井軸不對稱，在全波列中，首波為幅度較小的縱波，依次是橫波和撓曲波。2、物理根底與方法原理正交偶極子聲源〔Cross-Dipole〕偶極子聲波測井儀的一個(gè)重要應(yīng)用開展是正交偶極子聲波測井方法的應(yīng)用，主要用來評(píng)價(jià)地層的各向異性。如果一個(gè)地層存在各向異性，如裂縫地層、應(yīng)力各向異性地層、鉆井誘導(dǎo)各向異性地層等，那么橫波傳播將發(fā)生分裂現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯的偏振特征，井眼的撓曲波將顯示出傳播上的各向異性，這種現(xiàn)象可以用來描述地層的各向異性。正交偶極子聲源〔Cross-Dipole〕各向異性介質(zhì)中，存在兩種撓曲模式波，質(zhì)點(diǎn)位移方向同慢橫波的極化方向一致的叫做慢撓曲波，質(zhì)點(diǎn)位移方向同快橫波的極化方向一致的叫做快撓曲波，兩種撓曲波的傳播方向相互垂直。正交偶極子測井探測不同方向上的撓曲波，并且記錄快慢橫波，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以后，可以確定地層各向異性的方向和程度。各向異性〔Anisotropy〕物體的性質(zhì)和測量的方向有關(guān)。巖石〔地層〕性質(zhì)和方向有關(guān)，為各向異性。巖石〔地層〕性質(zhì)和方向無關(guān)，為各向同性。非均質(zhì)〔Heterogeneous〕物體的性質(zhì)和部位有關(guān)。巖石〔地層〕的性質(zhì)和部位有關(guān)，為非均質(zhì)；巖石〔地層〕的性質(zhì)和部位無關(guān)，為均質(zhì)。地層各向異性分為兩種簡單的類型〔垂直和水平〕。巖石的彈性特性在垂向上變化，而在水平方向上無變化，礦物在水平方向上成層，稱為“具有垂直對稱軸的橫向各向同性〔TIV〕〞，使得波在水平方向上比在垂直方向傳播得快。礦物在垂向上具有弱性〔如裂縫或裂隙〕，或者應(yīng)力在水平方向上不同，彈性特性在于裂縫交叉的方向上變化，但在裂縫面上并不改變，被稱為是“具有水平對稱軸的橫向各向同性〔TIH〕〞。2、物理根底與方法原理橫波各向異性的影響因素

造成地層橫波各向異性的原因很多，常見的大致有四類：地層裂縫的影響地層傾角的影響溶蝕孔洞的影響地層構(gòu)造應(yīng)力的影響2、物理根底與方法原理xyz當(dāng)一束橫波信號(hào)入射到各向異性地層〔如裂縫性地層〕時(shí)，入射橫波可分裂成質(zhì)點(diǎn)平行和質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向的振動(dòng)，并以不同的速度向上傳播。橫波分裂〔橫波雙折射〕xyz橫波分裂〔橫波雙折射〕質(zhì)點(diǎn)平行于裂縫走向振動(dòng)，方向沿井軸向上傳播的橫波比質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向振動(dòng)、方向沿井軸向上傳播的橫波，速度要快，前者稱快橫波，后者為慢橫波。%100212×+D=sss各向異性當(dāng)橫波以傾斜角入射到裂縫時(shí)會(huì)發(fā)生橫波分裂，快橫波的極化方向平行于裂縫走向，慢橫波的極化方向垂直于裂縫方向?？v波(A)質(zhì)點(diǎn)沿傳播方向運(yùn)動(dòng)，橫波質(zhì)點(diǎn)垂直傳播方向。在TIH介質(zhì)中，平行于裂縫傳播的橫波分裂。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平行于裂縫、垂直偏振的橫波(C)比質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)偏振垂直于裂縫的橫波(B)快。

聲源鼓勵(lì)聲波模式徑向方式軸向方式旋轉(zhuǎn)方式彎曲方式單極子模式偶極子模式四極子模式Wavesonic測量原理WaveSonic分為單極測量方式和偶極測量方式。單極測量方式單極子發(fā)射器發(fā)射的波穿過泥漿到達(dá)井壁，一局部經(jīng)過井壁反射回到井眼中，一局部折射進(jìn)入地層，只有以臨界角折射的波，才能被接收器接收。單極子發(fā)射器由一個(gè)圓柱狀壓電晶體組成，其發(fā)射能量完全均勻分布于儀器周圍。Wavesonic測量原理單極子發(fā)射器以典型的脈沖模式激發(fā)，得到一個(gè)中心頻率在5-6kHz、帶寬在1-12kHz的單極發(fā)射波。這個(gè)中心頻率比傳統(tǒng)單極全波儀器的單極發(fā)射頻率低2-3倍，使P波和折射橫波的探測深度大大增加。利用單極聲源可以從全波采集數(shù)據(jù)中導(dǎo)出折射波波至，即壓縮波速度、折射橫波速度及相關(guān)性質(zhì)、斯通利波速度及相關(guān)參數(shù)等。偶極測量方式偶極測量方式的目的有：一是在軟地層得到橫波資料，另一個(gè)是進(jìn)行正交偶極模式測量，以用于地層的各向異性分析。偶極子聲源是彎曲棒偶極子發(fā)射器在同深度的四組合排列。兩個(gè)偶極子發(fā)射器相互垂直，正交放置可以控制X-X和Y-Y撓曲波的產(chǎn)生。偶極測量方式偶極子發(fā)射器由金屬支撐板和壓電板組成，通電后，壓電板彎曲，產(chǎn)生壓縮波，在地層中激發(fā)產(chǎn)生撓曲波。在低頻情況下，該低頻撓曲波以真實(shí)的地層橫波速度傳播，不必對橫波速度進(jìn)行頻散校正，可用撓曲波代替橫波。鼓勵(lì)撓曲波需要一個(gè)最正確的激發(fā)頻率。WaveSonic的可編程特性能夠根據(jù)地層特性選擇最正確的偶極發(fā)射頻率，得到最好的撓曲波鼓勵(lì)和傳播，從而得到地層中真實(shí)的橫波速度。偶極發(fā)射器和接收器。偶極換能器是以一組在壓力差下發(fā)生彎曲的金屬盤傳感器來激發(fā)的。3、儀器結(jié)構(gòu)，指標(biāo)和使用條件WaveSonic測井儀器包括：發(fā)射電子線路、發(fā)射器和隔聲體、接收器陣列和電子線路。整個(gè)儀器由地面計(jì)算機(jī)控制。WaveSonic的聲系由單極子發(fā)射器、偶極子發(fā)射器、隔聲體以及8個(gè)接收器陣列組成。發(fā)射器包括一個(gè)全方位的單極發(fā)射器和兩個(gè)同深度偶極發(fā)射器〔X-X，Y-Y〕。8個(gè)接收陣列中的每個(gè)接收陣列均有四個(gè)正交排列的接收器，依此為A，B，C，D。其中A-C接收器沿偶極發(fā)射器的X-X方向排列，B-D沿偶極發(fā)射器的Y-Y方向排列。相鄰兩個(gè)接收陣列的間距為0.5英尺。第一個(gè)接收陣列與單極發(fā)射器的源距為10.24英尺，與偶極發(fā)射器的源距為9.23英尺。3、儀器結(jié)構(gòu)，指標(biāo)和使用條件Wacesonics聲系結(jié)構(gòu)3、儀器結(jié)構(gòu)，指標(biāo)和使用條件儀器程序控制儀器可以對偶極聲源信號(hào)的各個(gè)方面進(jìn)行全面控制。在測井過程中，偶極子源的頻率、幅度、激發(fā)波信號(hào)及波形周期都是完全可調(diào)的，可以通過程序在地面來進(jìn)行控制。允許操作人員對儀器進(jìn)行編程或預(yù)編程，得到任何想要的三個(gè)聲源鼓勵(lì)時(shí)序組合的完整的聲源鼓勵(lì)時(shí)序。3、儀器結(jié)構(gòu)，指標(biāo)和使用條件儀器程序控制為了對聲源進(jìn)行進(jìn)一步控制，連續(xù)鼓勵(lì)之間的周期也可以通過程序控制。聲源鼓勵(lì)之間的時(shí)間延遲也是完全程控的。這一點(diǎn)大大改善了測井?dāng)?shù)據(jù)在各向異性分析方面的使用，因?yàn)閄-X偶極和Y-Y偶極數(shù)據(jù)的實(shí)際目的是研究整個(gè)接收陣列對應(yīng)的同等體積地層的各向異性。隔聲體隔聲體作用是隔離在儀器中直接傳播的儀器波。WaveSonic的隔聲體有兩個(gè)非常獨(dú)特的和不同的要求：〔1〕隔聲體必須有相當(dāng)?shù)娜犴g性，以隔離聲波在儀器內(nèi)部或外外表傳播；〔2〕必須有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，使儀器可以在復(fù)雜的井眼狀況下進(jìn)行測井作業(yè)，其強(qiáng)度要足以承受電纜儀器串中掛接在聲波儀器下面其它儀器重量。隔聲體大多數(shù)儀器使用的隔聲體不是隔聲效果不好，就是強(qiáng)度不夠。WaveSonic交叉偶極儀器的隔聲體局部在這兩個(gè)要求之間到達(dá)幾乎完美的平衡，該儀器能夠承受100000磅的拉力或推力，還能在較寬頻率范圍內(nèi)對隔離90dB以上的聲波，其頻率可低到500-600Hz。除儀器發(fā)射器和接收器之間的主隔聲體外，其它聲波隔離體/吸收體放置在接收器局部，位于接收器末端的接收陣列之間。接收器陣列接收器陣列由排列成8個(gè)共面環(huán)的32個(gè)接收器晶體組成。每個(gè)環(huán)有4個(gè)與儀器軸線相垂直安裝且彼此間隔90o的均勻分布的接收器，接收器的徑向位置需要根據(jù)偶極聲源的方位來確定，X-X和Y-Y偶極聲源都有兩個(gè)平行陣列和兩個(gè)交叉陣列。接收器陣列最上面的接收器環(huán)與單極聲源之間相距10.2ft〔3.1m〕，與同深度的X-X、Y-Y偶極聲源之間相距9.2ft〔2.8m〕。接收器環(huán)之間的間距是0.5ft〔0.15m〕，接收器陣列的長度那么為3.5ft〔1.07m〕。在偶極子采集模式下，平行接收器陣列和交叉接收器陣列都是28個(gè)接收器排列。對每個(gè)深度可獲得96條波形并傳輸?shù)降孛?；包?2條單極波形、32條X-X偶極波形和32條Y-Y偶極波形。3、儀器結(jié)構(gòu)，指標(biāo)和使用條件主測內(nèi)容時(shí)間-時(shí)差

tc,tsxxandtsyy測量范圍動(dòng)態(tài)縱向分辨6in.(15cm)探測深度3–20ft(1-3m)靈敏度不適用分辨率0.2

s一類曲線

tc、tsyy和

tsxx二類曲線Vp/Vs,

c,ITTp、ITTs相似性質(zhì)量、橫波時(shí)差各向異性、泊松比、斯通利時(shí)差正交偶極方式發(fā)射頻率1.2kHz,1.5kHz,2.2kHz單極子方式發(fā)射頻率5kHz偶極子方式發(fā)射頻率1.2kHz,1.5kHz,2.2kHzWavesonics相關(guān)參數(shù)三種方式對應(yīng)的發(fā)射頻率Monopole1Monopole2DipoleYDipoleX8ReceiverArrayIsolatorTransmitterSection正交偶極聲波測井儀XMACXMAC儀器長度為27.15ft,兩個(gè)單極發(fā)射器T1和T2,兩個(gè)偶極發(fā)射器T3和T4。T1與T3、T2與T4的間距為9in,T3和T4的間距為1ft。接收器局部包括八個(gè)接收器組，相鄰兩個(gè)接收器組間距為6in,第一組接收器位置與第八組接收器位置之間的距離為42in。最低的接收器組位置R1與T2的距離為102in。Monopole1Monopole2DipoleYDipoleX8ReceiverArrayIsolatorTransmitterSection正交偶極聲波測井儀XMAC每個(gè)接收器位置上有兩對接收器。一對同上偶極發(fā)射器方向一致，用于接收上偶極信號(hào)；另一對同下偶極發(fā)射器方向一致，用于接收下偶極信號(hào)。對于偶極方式，每對接收器是分開傳輸?shù)模粚τ趩螛O方式，合在一起傳輸?shù)?。XMAC儀器分單極、偶極、正交偶極三種測量方式。

DSI儀器結(jié)構(gòu)示意圖DSI分為發(fā)射器、接收器和數(shù)據(jù)采集電子線路三個(gè)主要局部。發(fā)射器由三個(gè)發(fā)射器單元組成：上偶極發(fā)射器、下偶極發(fā)射器、單極全方位發(fā)射器。接收器局部包括8個(gè)接收器陣列，相鄰兩個(gè)接收器陣列的間距為6in〔15.2cm〕。

DSI儀器結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)采集電子線路包括有同時(shí)數(shù)字化的八個(gè)獨(dú)立波形，能把幾次發(fā)射產(chǎn)生的波形疊加起來，進(jìn)行自動(dòng)增益控制，并把信號(hào)傳輸?shù)降孛娴南嚓P(guān)電路。按照不同的激發(fā)頻率以及發(fā)射---接收探頭的不同組合，DSI有六種測井方式。聲波全井眼掃描儀SonicScanner6ft11ft13級(jí)接收器，6英尺長，每一級(jí)接收器記錄八個(gè)方位的數(shù)據(jù)。三個(gè)單極子聲源〔上、下、遠(yuǎn)程〕。兩個(gè)互相垂直的偶極子聲源。斯通利波通過遠(yuǎn)程單極子低頻激發(fā)。DSI具有8個(gè)接收器，沒有上、下單極子聲源。4、采集的信息及用途采集的主要信息及用途W(wǎng)aveSonic正交偶極子測井主要采集的信息是聲波在地層中傳播的時(shí)差，包括單極子時(shí)差和兩個(gè)相互垂直的偶極子時(shí)差，記錄單極子和偶極子波形。4、采集的信息及用途采集的主要信息及用途對波形經(jīng)過濾波等技術(shù)處理以后，得到縱波時(shí)差曲線

tc，兩個(gè)垂直方向上的偶極子橫波時(shí)差曲線

tsxx

和

tsyy，以及縱波和橫波速度比曲線Vp/Vs，孔隙度曲線

c，縱波和橫波相似性質(zhì)量曲線ITTp、ITTs，地層時(shí)差各向異性曲線，泊松比，以及斯通利波時(shí)差曲線。4、采集的信息及用途采集的主要信息及用途W(wǎng)aveSonic主要應(yīng)用包括：1、計(jì)算孔隙度；2、估算儲(chǔ)層滲透率；3、識(shí)別裂縫帶；4、巖石機(jī)械特性分析；5、分析地層的各向異性；6、探測氣層和識(shí)別巖性；7、解決復(fù)雜的相關(guān)工程問題等。測井資料的數(shù)據(jù)處理WaveSonic的資料處理過程與其它陣列聲波資料的處理方式類似，一般先檢測各個(gè)分波的首波波至，然后采用時(shí)差-慢度相關(guān)法〔STC〕來計(jì)算聲波時(shí)差和速度，并且分析聲波幅度和能量的變化。4、采集的信息及用途測井資料的數(shù)據(jù)處理WaveSonic資料解釋包括兩個(gè)局部：1、縱波和橫波分析，用于分析巖石特性，預(yù)測裂縫高度，砂巖含量分析，孔隙度分析，儲(chǔ)層含氣分析，各向異性分析，應(yīng)力場分析等；2、斯通利波分析，主要分析能量和幅度、以及走時(shí)，用于分析裂縫和和估算滲透率。4、采集的信息及用途測井資料的數(shù)據(jù)處理WavesSonic為了提取各種模式波的速度或時(shí)差，必須對采集的波形進(jìn)行處理。有兩種典型的數(shù)據(jù)處理方法：一種是采用慢度-時(shí)間相關(guān)法〔STC〕，處理各種測量模式的數(shù)字化波形；另外一種方法是采用數(shù)字初至波探測法處理以首波檢測方式得到的過閾值數(shù)據(jù)。4、采集的信息及用途時(shí)間-慢度相關(guān)法慢度-時(shí)間相關(guān)STC〔Slowness-TimeCoherence〕是一種全波列分析與處理算法，這種方法是針對陣列聲波測井儀而開展起來的處理算法，它是一種幫助在組合波形中找出各種傳播波形的全波分析方法。4、采集的信息及用途時(shí)間-慢度相關(guān)法該方法采用一種類似地震中使用的相似算法，檢測陣列接收器中相關(guān)的波至，并且估算它們的慢度。使用該技術(shù)可以從疊和在一起的波形中找出各種傳播模式的波形。STC技術(shù)采用相似性算法，即通過多條波形的相關(guān)比照，從復(fù)合波形中分別提取縱波、橫波、斯通利波等，然后計(jì)算各種波的傳播時(shí)差。時(shí)間-慢度相關(guān)法STC算法的根本處理過程是：首先設(shè)置一個(gè)固定長度的時(shí)間窗口；然后每一次以一個(gè)較小并且重疊的步長角移動(dòng)這個(gè)窗口，計(jì)算窗口內(nèi)所有波形的相關(guān)系數(shù)；然后以一個(gè)步長整體移動(dòng)這個(gè)窗口，再做上面的步長角移動(dòng)，計(jì)算這個(gè)窗口內(nèi)所有波形的相關(guān)系數(shù)，依此類推。時(shí)間-慢度相關(guān)法當(dāng)某個(gè)窗口的時(shí)間和步長移動(dòng)角正好對應(yīng)于某種波〔如縱波、橫波和斯通利波等〕的首波時(shí)間和時(shí)差時(shí)；如果在這個(gè)窗口內(nèi)的波形是相同的或者是最為相似的，那么會(huì)具有最大的相關(guān)系數(shù)，這時(shí)計(jì)算的時(shí)差就是這種波的傳播時(shí)差；可以計(jì)算出縱波、橫波和斯通利波的時(shí)差。選取適宜的處理時(shí)窗長度，在第一接收波列的時(shí)間軸上移動(dòng)處理時(shí)窗，同時(shí)計(jì)算每個(gè)時(shí)間位置上、不同時(shí)差對應(yīng)的一組波形的互相關(guān)系數(shù)P〔0≤P≤1，P=0時(shí)表示波形間無任何相關(guān)關(guān)系，P＝1表示波形完全一致〕。由此，可以得到該組波列對應(yīng)的時(shí)間—時(shí)差—相關(guān)系數(shù)等值圖。在計(jì)算出的時(shí)間—時(shí)差一相關(guān)系數(shù)等值圖上，尋找出一組相關(guān)系數(shù)的局域最大值點(diǎn)，這些點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)差值為各對應(yīng)的波型最可能的時(shí)差值。STC算法的特點(diǎn)A、算法簡單，穩(wěn)定性很好。B、不用假設(shè)的物理模型或限制各種模式波的到達(dá)順序，而將波型注釋權(quán)交給標(biāo)定程序與有經(jīng)驗(yàn)的處理人員，故可以直接用于套管井、水平井等情況下測量數(shù)據(jù)的處理。C、不用檢測首波，并防止了周波跳躍現(xiàn)象。D、犧牲了一些縱向分辨率，但是多個(gè)接收波形相關(guān)得到的時(shí)差是比較可靠的。5、巖石的機(jī)械特性根據(jù)WaveSonic測量數(shù)據(jù)計(jì)算出縱波速度、橫波速度，結(jié)合巖石的體積密度，可以直接計(jì)算出各種巖石彈性模量。這些模量參數(shù)是確定巖石強(qiáng)度的重要參數(shù)，能夠?yàn)閹r石機(jī)械特性的分析提供重要的信息。巖石強(qiáng)度是指巖石承受各種壓力的特性。根據(jù)巖石的強(qiáng)度特性，可以預(yù)計(jì)油井生產(chǎn)中是