声波测井技术简介

　　在我国项目人员进行石油开采的过程当中，往往会对井下的数据进行详细的采集，例如井下横波、纵波的波速，岩石的弹性以及非弹性参数，各种应力、压力，地层的孔隙率等等。

　　声波测井技术就能够对此进行准确的测量，在声、光、电、热、力等各个领域中都有与之相匹配的指导理论，并且不同类型的理论都能够和实际情况很好地融合在一起。这种现代化的测井技术(声波测井技术)在诸多领域都能够被良好的应用，其价值不言而喻，被称之为与电法，放射性并列的第三大测井技术。

一、单极子声波测井技术

　　声波测井仪器的声系组成部件包括声波发射探头、接收探头和隔声体等。

　　单极子声波测井技术也称为对称声波测井技术，是通过单极子技术和单极子声源的声波测井方式。井下单极子声源采用的压电振子为圆管状，在径向收缩和膨胀的振动中保持不变的圆管状对称外形。在圆管状压电振子辐射声波波长远超压电振子的情况下，可将圆管状压电振子看做水平指向性曲线接近源泉、辐射指向性接近球面的脉动球源。单极子声源能将声波能量均匀地朝各方向井壁辐射，圆周上井壁介质性质的综合信息就会混入到声波信号传输到接收器。

　　在硬地层井孔中，单极子声源激发的首波为滑行纵波，全波列顺序为滑行横波、伪 Rayleigh 波以及Stoneley 波，以此顺序逐渐增大幅度，降低主频。地层横波在软地层井孔中的速度低于井内液体速度，对称声源并不会产生滑行横波模式包，应用在软底层时不能对横波信息进行测量。

　　单极子声波测井技术在随钻声波测井和套管井、裸眼井的电缆声波测井中有着GX的应用。我国在该技术上取得了较好的成绩，正致力于研发随钻单极子声波测井。

二、多极子声波测井技术

　　地层横波波速是一个很重要的参数来评价地层，但单极子声波测井技术应用于软地层充液井孔中，并不能获取这一数值。

　　从 20 世纪 80 代开始开始研发非对称声源测井技术，包括四极子声源和偶极子声源。研发的多极子声波测井仪器综合了四极子声源、偶极子声源和单极子声源。四极子声源技术和偶极子声源技术在充液井中的应用能激励四极子波(螺旋波)和偶极子波(弯曲波)。这两种频散波比地层横波波速小，但在其截止频率处有着与横波相近的速度。多极子声波测井仪对横波速度的测量并不是估算而是直接测量，从准确性和重要性来看，在分析地层应力和评价地层方面有着很重要的意义。

　　在20世纪90年代初，偶极子横波测井仪已经在国外研制出来并投入使用，而且在实践中获得了新的发展。多极子声波测井技术在实践中被证明其对地层横波波速数据完全可以直接测量而无需估算，足见其意义非凡。与此同时，能够对地层各向异性进行评价的声波测井技术也被开发出来，成为了在井眼中对地层水平主应力进行评价以及测度垂直裂缝等工作的Z重要手段之一。

　　对于地层各向异性的评价可通过正交偶极子声波测井技术实现，也是Z准确和Z直接的方法来对井眼中地层垂直裂缝和水平主应力进行评价的。综上所述，四极子声波测井技术和偶极子声波测井技术的开发应用对声波测井技术有了很大的推动作用。

　　中石油与ZG石油大学合作研发的多极子阵列声波测井仪MPAL的功能覆盖了四极子、正交偶极子和单极子的功能，处于国际先进水平，能应用于任何地层井孔，能评价地层渗透率、各向异性和纵横波时差等信息。

　　在软地层井段中，单极子无法监测到滑行横波波包，只是观察到斯通利波和滑行纵波，此类井段中，偶极子声波测井获得良好的波形，其准确地偶极子波速可近似为地层横波波速。

　　对实际应用结果进行分析，该国产仪器与国外仪器相比，在地层块横波面方位角、各项异性参数以及快慢横波时差等方面具有一定的可比性，可以认定其测井效果和测量功能都达到国际先进水平，该仪器在评价地层压裂效果、评价井壁地层力学性能和评价储层等方面都有着很好的应用前景。

　　从相关的研究资料中可以看出，在电缆声波测井技术中，应用四极子声波测井技术并不能表现出太多的优势，而采取偶极子声波测井技术则可以对地层的各向异性进行评价，也能有效解决任意地层充液井孔中横波波速测量的相关问题。但是在随钻条件下对横波波速进行测量时，四极子测井技术却有着更多的优势。

三、相控声波测井技术

　　相控阵的声束聚焦特性和动态指向性广泛的应用于军事、无损检测和医学等多个领域。随着油气资源开发的深入，需要三维声波测井技术和方位声波测井技术来开发复杂油气藏。

　　方位声波测井在其方位分辨能力的辅助下能对裸眼井地层的各向异性和非均质性进行评价，能准确评价套管井水泥胶结质量 ;方位反射声波测井在井眼中的应用，可对方位角进行测定，可对离井轴距离、层理以及井旁的裂缝情况进行评价。这一功能在定向射孔、定向钻井以及评价井旁地层界面和裂缝、评价大斜度井地层、评价水平井等方面有着重要的意义。

　　在我国的测井技术发展中，方位声波测井技术可作为新一代测井技术来进行自主知识产权的原创研发。在测井过程中遇到的难题包括探测能力的提升、信噪比的提升、地层非均质性和各项异性的评价以及方位测量分辨率等都可通过井下声波的定向接收技术和定向辐射技术来解决，这也是方位声波测井的关键技术。

　　与传统的声波测井技术中采用的声波辐射器比较而言，相控声波测井技术采用的横波辐射器存在较大的区别。其主要包含了多个阵元，在这些阵元中，又包含了多个震动元件，不同的震动元件，能分布在一个平面甚至是在一条线上，也以在一个立体曲面上分布。再对每个震动元件实施激励信号之后，达到井下声波定向辐射控制。在激励信号施加过程中，应采取幅度控制和相位控制等控制方式，且确保其满足一定的规则。这样就能在井下实现定向接受声波。

　　近年来很多学者开始注重相控阵列辐射器的研究，且取得了一定的成绩，在诸多领域中，取得了很多成功的案例。例如声波测井相控线阵技术，若采取直线排列法，就需要把多个圆管状声波管予以排列，从而组合成声波相控线阵，并利用其进行井下探测。

四、带井眼补偿的声波测井

　　在声波测井技术中，使用的较为广泛的是一种带井眼的声波速度测试技术，其中声波速度测井主要记录的是在底层之中的传播波声速，对于滑行波和其产生的时间长短有很好的测试效果，这是对于岩性孔隙度经常使用的方法之一。

　　在所使用的过程中，对于整个测井技术的使用用途主要有以下几个方面，diyi是能够将井下储层进行划分和扣除致密地层;通过其中测试的结果能够将所测试的岩石效果与其他孔隙度曲线结合以确定岩性;同时可以根据所的的数据来利用经验公式对地层的孔隙度进行计算。而且能够将气层和裂缝进行识别，有利于检测地形压力中的压力和新近产生的地质断层。

　　在带井眼补偿的声波速度测井技术中，针对井下的测量主要是依据发射器发出并沿着井壁进行传播的滑行纵波到达预计位置，并能够根据反馈的到近、远接收器的时间差来进行测量井下的情况。

　　在针对井下的深度和其他方面的差异性方面，现代所采用的记录仪器主要是双发双收的补偿声系，其中所采用的都是带有井眼补偿型的测试仪器，在这种仪器的使用过程中，能够消除所测试井的直径变化，以及其他原因导致的井下环境的复杂效果。其中补偿声波测井主要分为单发双收和双发双收井眼补偿声速这两种形式。

　　经过众多的实践案例能够证明，单发双收这种声系测井技术很容易受到井下的环境变化和所使用仪器产生自主变动而导致所测量的数据不准确。在这种测试方法的基础上，如果两个单发双收的源距和间距都是平等的，对所测试的发射器的位置进行颠倒，那么就会产生声速曲线上的异常和完全是相反的数据，而两种测试器的声速曲线的平均值是正常值。这种情况的出现很容易对井下的数据产生很大的误解，不利于后续工作的开展。

五、现代声波测井技术的发展特点

　　从目前来讲声波测井技术发展的特点大多表现在两个方面;一个是阵列化，另一个是集成化。

　　阵列化主要是指我们可以对于发射的声波频率，进行自由的调整和控制。而且收发器的数量与之前相比数目增加了许多。从记录波形的方法上来看，记录方法越来越多。集成化则是指在多重探测的模式下组合性不断增强，在对地层进行评价以及进行工程应用的过程中表现的更加协调。

　　测井技术在应用领域方面也得到了极大的扩展，对于信息的利用更加全面，对于辐射方位的控制更加jing准。现代测井技术的这些发展特点，提高了测井的成功率。之前想要获得数据需要设备多次下井，而现在设备下井一次所能获得的各种声波信息和参数越来越多，测井效率大大提高，同时也有利于节约资源。

　　1、多源探测模式得到组合化的发展

　　在利用声波测井技术时，与现在的发射器相比，传统的发射器大部分采用的都是单极子的换能器。这种单极子的换能器一般是利用向周围的径向胀缩震动等方式来产生辐射。单极子换能器的作用是在井中可以放射出滑行纵波，滑行横波等波形。

　　单极子换能器是有一定的缺陷的，单极子换能器发出来的声源到地层中之后，纵波的速度往往会比内流体的速度要低上一些，所以单极子换能器根本就没有办法激发临界的折射模式，也不能对于横波的时差参数进行检测。单极子换能器激发出来的一些波形是缺乏方向性的，很难利用这些波形获得我们需要的重要数据。

　　偶极子声源组成部分相当于分成两半的圆管，这些圆管之间是互相隔离开的，他们各自向着相反的方向震动，偶极子声源在地层中激发出的为偶极子波，和准横波等。

　　四极子声源可以被认为是一个圆管被分成了大小相等的四份，然后组成了四极子，同样与偶极子声源相同，这些圆管之间彼此是隔离开的，而且它们振动的方向同样也是相反的。四极子声源在井中发出的波形一般为准横波和四极子波。

　　四极子波相对于偶极子波而言，具有很多优势，比如说他辨别方位的能力更强，能够更有效的抵抗干扰。但是同样他也是有缺点的，与偶极子波相比，四级子波但效率比较低，而且四极子声源制作起来过于复杂，成本费用也非常高，这几种换能器都有各自的优点和缺点。

　　所以现在的声波测井技术在进行测井工作时往往把它们结合起来使用，根据不同的需求和测量目的选择使用的换能器，充分的发挥他们各自的优点，有利于我们在测井时得到更多的信息，大大的增强测量结果的可靠性。

　　2、探测器数目得到阵列化的发展

　　通常情况下，如果利用声波测井技术对井眼进行测量通常会出现非均质的状况，这种非匀质的现象在井眼的纵剖面上一般表现为出现裂缝的角度过低，或者大幅度的位置移动。再或者是底层等分布不够均匀的，在横剖面上的表现一般是进行钻井的时候泥浆掉进井里，或者是井眼的形状发生了改变等。这鞋情况在很大程度上，对于测量工作的开展和进行都有不小的阻碍。

　　在声波技术的发展过程中，声波探测器数目逐渐实现了阵列化的效果，新的数据处理技术也得以在现实中进行应用。从而使得纵向分辨率大幅度提高。

　　土壤的分层能力也得到了一定的改善，探测器数目形成阵列化之后，对于井的探测深度也不断加大，可以使得我们能够更容易的观察各种地层变化和井内的空隙中的流体分布状况，有利于我们针对不同的地层特点和不同的测量目的提高测量的针对性，从而使得获得的信息更加可靠。

　　3、辐射方位得到可控化发展

　　目前我们大多采用阵列声波仪，随着技术的不断革新，阵列声波仪的声源距离变得越来越远，距离的不断增大使得声波但力量不断减弱，信号的强度也变得越来越弱，有时候经常会达不到使用的要求。

　　但是如果单纯的使用提高仪器功率的办法来解决这个问题，显然是很难达到效果的，所以我们应当借鉴在军事雷达中使用的相控阵雷达技术，这种相控阵雷达技术的主要工作原理是使用多个换能器把它们组合成一个阵列，利用对每个换能器发射脉冲的时间和幅度都作出一定的调整，让他们互相配合、互相补充，Z终能够很好的实现聚焦的目的。

　　在进行测井的过程中，使用相控阵发射能够有效的扩大生源的覆盖面积，使声波辐射变得更加有效，一般由他来控制的参数包括发射声波的间距，和振源数量的控制。我们适当的把每个换能器的辐射指向性进行一定的调整，让他们互相配合协作，能够使测井技术我得适应各种不同的地层环境，还有利于通过纵波反射波来探测出井外的裂缝情况。

　　4、信号采集得到数字化的发展

　　声波测井技术的发展，能够对传统的声波测井技术中产生的弊端问题有所规避和解决，在传统的声波测井技术中，信息和数据的采集和处理过程中往往会长无法兼顾到幅度偏低的高频纵波和幅度超高的低频斯通利波，这种情况的处理方式往往是采用增补的方式来解决，但是并不能从根本上解决所存在的问题，在后续工作开展过程中，不能够将所得的信息进行完整准确的分析。

　　5、应用领域不断扩大

　　传统的声波测井技术存在着声源频率高，测量方式是单一的特点，所以人们很难利用他对于一些比较深的井来进行探测，在探测中取得的探测结果也很容易受到外在各种因素的影响，探测出的结果其可靠性并不高。

　　随着各种技术的使用，声波测井的测量技术变得越来越高，测量结果也越来越准确。所以它的应用领域因而逐渐被扩大。声波测井资料还开始被应用到气层测评和水淹测评中，而且声波测井技术还被应用到套管井中，用来判断水泥和套管交结的情况，或者是用来判断地层和水泥之间的交结状况。

　　6、充分发挥全波的优势

　　声波测井技术还有很大的发展空间，因此，更多的相关学者将研究的内容转移到了更多形式的声波之中，针对更多的井眼地质情况来分析不同种类的声波的应用范围，并取得了一定的研究成果。研究的数据表明，有的声波能应用于分析岩石的裂缝程度，有的声波能应用于分析对井下情况的探测等。这些研究成果都能成为声波测井技术发展的经验。

六、声波测井技术的发展展望

　　从目前我国声波测井技术的发展现状来看，我国目前急需加强对声波强度的控制，这样就使得相关工作人员需迫切地投入到新型基阵式换能器的研制工作当中。通过将具有方向不确定性的声波进行固定，从而有效提高地质井下测量的效率，使得参数测量更加的准确。

　　在研制的过程当中，一定会遇到一些难题。比如在振动模态当中对声波探头的调整，声波探头的结构不完善都是亟待解决的问题，但总而言之，声波测井技术的发展前景是非常广阔的，新的活力，创造力都会对它进行改变，随着对声波测井技术的推进研究，相信在不久的未来，声波测井技术将是一大主流技术。

　　综上所述，现代声波测井技术已经被广泛应用于实际的测井工作之中，成为了一种使用较为普遍的方法。尽管相关工作人员已经在利用声波测井技术的方面取得了一些研究成果，但是却从未停止不断探索的脚步，使测井技术得到更大的进步。