对井内弯曲波进行频散处理得到横波时差

声波测井中，可利用偶极声源产生的弯曲波测量慢速地层的横波时差．慢速地层是指地层横波速度小于井眼流体速度的地层。弯曲波是频散波，但当前的许多处理方法没有考虑这种频散。本文推演了统计相似法(semblance)的近似方程，用它说明使用无频散波会发生的情况。时差时间相关方法(STC)通常用在阵列声波波形处理中，本文叙述了STC的频散模拟方法。根据模拟的频散曲线回传(back propagate)波形并计算统计相似值。它是最大相似法(ML)和最小二乘法(LMSE)求地层横波时差的一个特定版本。把频散模拟(STC）方法用于逐一处理各深度测井数据是太慢了，但它是一个有用的分析工具。一种高速运算的频散STC法(DSTC)克服了这种困难，它采用新的时窗定位技术，可以比STC方法快得多。DSTC的结果是以实轴积分模型为基础的，它测定的地层横波时差有小的偏差，原因在于时窗定位和还有其它波至。本文给出了两口井的偶极测量结果。快速地层中，用DSTC方法处理偶极弯曲波得到的横波时差与单极结果一致；另一个是慢速地层的测量处理结果。     

偶极声源激发的波频散特性

偶极声源在地层井内激发的波是频散波，已经有许多文章讨论了它的频散特性，并涉及了频散校正问题，但主要讨论它的最低模式（即截止频率最低的那一条曲线），而对于其他模式则没有进行比较详细的讨论。本文根据地层横波速度与泥浆速度相比高、接近、低的三种情况把地层分为硬性地层、中性地层和软性地层；给出了单极和偶极两种声源在这三类地层中激发的频散波的频散曲线。结果表明，这两种声源激发的频散波具有很强的可对比性，它们的最低模式在单极声源激发时是斯通利波，在偶极声源激发时是弯曲波；两种声源的其他模式处于截止频率时，在硬性地层中的速度趋于横波速度，在软性地层中速度起于纵波速度，中性地层只有一个模式。     

用瞬时频率-时差方法识别偶极全波波形中的混合声波模式

偶极全波声波测井仪是用来估算横波速度，特剐是软地层和胶结差的地层的横波速度的。在理想条件下，这些测井仪的偶极子声源仅仅激发沿流体与固体的分界面传播的井眼弯曲波。通常用这种频散的弯曲波估算岩层的横波速度。在很软的岩层，偶极声源可能同时激发反相纵波模式，有时称它为慢纵波（主要由于它的频散特性）。 上述情况经常由于其他的声波波型的存在而变得复杂，比如存在斯通利波、测井仪模式弯曲波、和由横波各向异性产生的多个弯曲波型。斯通利波或者是由于测井仪偏心、井眼椭圆度产生的，或者由于偶极子声源性能不良产生的。测井仪模式弯曲波是由于声波绝缘体失去作用，和仪器常常严重倾斜时观察到。在数据处理中，斯通利波是格外难于识别和排除的。斯通利波与弯曲波类似，虽然它的速度受岩层横波时差和井眼参数的影响，但它也沿着流体与固体的分界面传播。这两种波在时间域和频率域上经常互相重叠（尤其是近接收器的波形），这样就使常规处理方法难于计算弯曲波时差。 由复合波型分析导出的瞬时频率-时差方法，特别适合于处理受到污染的偶极数据。当偶极激发没有混合声波波型时，就产生单一的瞬时频率特征和时差曲线，它以非线性的频率增长为特征，并且由于频散影响，时差是传播时间的函数。另一方面，在处理时窗内存在多个波型时，存在的互相影响的波型改变了瞬时频率和时差，但它能够被探测到并在一定条件下被识别。因此，分析瞬时频率和时差特征，就可能避免由于不能正确地识别声波波型而产生许多处理错误，避免其他方法处理这些数据时常犯的错误。 本文提交和讨论了瞬时频率一时差方法。由相应的现场数据例子进一步证实提出的处理方法。     

弯曲波的频散及其速度校正问题

分析了阵列声波测井中偶极声源激发的弯曲波频散问题,并讨论了速度校正问题。首先给出从硬地层到软地层的10种典型地层、计算出其在4种不同井径条件下的偶极频散曲线。从同一井径不同地层的频散曲线和同一地层不同井径的频散曲线可以看出,弯曲波在在井眼中有截止效率,地层愈硬,截止频率愈高;地层硬软程度影响着弯曲波频散,硬地层的频散比软地层大得多,地层愈软,频散愈小;井径也影响频散,井径愈大、频散愈大。根据频散曲线就可以直接估计频散校正范围,当频率小于4kHz时,弯曲波相速度与横波的误差大约小于10％,弯曲波群速度与横波的误差大约小于20％。指出实时计算地层的频散曲线进行弯曲波频散校正是最佳选择,比较了单极全波得到的横波速度和从偶极弯曲波得到的横波速度。     

软地层中声波测井的波形特征

讨论了在软地层中声波测井的波形特点,重点介绍了一系列不同软地层中横波和弯曲波的波形和特点,说明在软地层井中应当用偶极声源激发的弯曲波估计地层的横波速度,同时也详细介绍了软地层斯通利波的波形和频散特性,强调它的速度与硬地层大不相同.     

一种提取声波测井频散波相慢度的方法

在声波测井中，单极子声源激发的斯通利波和偶极子声源激发的弯曲波都是频散波。严格来讲，传统的相似法只适于处理非频散波，不适于处理频散波。只有从频散的斯通利波和弯曲波中提取出相慢度，才有可能进一步求准地层渗透率和横波慢度等参数。提出一种简便、快捷的方法从声波测井的频散波中提取相慢度。该方法从离散傅立叶变换的圆周时移性质出发，分别将2道频散波在幅度最大位置劈开做圆周时移，对圆周时移后的波形做快速傅立叶变换进而得到2道连续的相位谱，再由2道波形的相位差和接收探头间距可以计算出相慢度。给出了用该方法处理理论计算的偶极子波和现场声波测井资料的例子。     

基于阵列声波测井波形二维谱分布的纵、横波时差处理方法

用Matrix方法可以从阵列声波测井波形中得到其二维谱分布.利用这些分布曲线可以得到地层的纵、横波以及Stoneley波时差,研究孔隙结构和孔隙流体特征.参考STC处理思路,主要讨论用二维谱分布求地层的纵、横波和Stoneley波时差的方法:群速度法和相速度法.给出类似于STC方法的图件,但其灰度不是相关系数,宽度表示时差的频散.在得到地层纵、横波时差的同时,对测量波形或地层纵、横波时差的频散特征有一定的显示,为认识孔隙及孔隙流体特征提供信息.用该方法处理单极子阵列声波测井波形,得到地层的纵波、横波以及Stoneley波的时差及其频散指示,处理偶极子声波测井波形,得到横波时差及频散分布.对比单极子和偶极子处理结果,两者得到的横波时差较接近.     

由偶极子和斯通利波估算地层横波速度的频散波处理技术

本文提出了一种可从井中声全波估计横波速度的频散导波的处理技术。所用的声波波列数据可以是单极子源产生的斯通利波或偶极子源产生的挠性波。该方法中用一个给定的接收器记录的波列与第二个接收器的波列相比较，第二个接收器记录的波列是由测试地层中以地层横波速度传播的波到达给定接收器位置的波列组成。对特定的波模式(偶板子源或斯通利波)，数字传播过程用适当的频散关系模拟。两波列的相位差最小化过程可通过改变横波的速度来实现。使相位差最小的横波速度可作为最终的横波速度，此时两个波形可达到最佳相位匹配。该方法中波形的频散效应可通过横波理论自动解释，也可通过与相似分析方法结果的对比得到展示。用这种方法与多发射点方法相结合可以处理阵列声波数据。所估计的地层横波速度可达到一个接收器间距的分辨率(有代表性的为0．5ft)。这一结果已通过野外实例的演示得到，横波速度测井中提高分辩率的这种事实已为单接收器间距的密度测井曲线的高分辩特性所证实。野外实测的斯通利波的横波速度测井曲线和偶极声波波形数据对比表明，利用该方法可以从频散的声波波形得到高分辨率的地层横波速度。本文所介绍的新方法可以在声波波列确定地层横波特性方面得到广泛的应用。     

应用低频斯通利波频散特性反演软地层横波速度

 求取软地层横波速度是提高声波测井工程质量的重要因素。本文首先基于简化的Biot-Rosenbaum 模型,对低频斯通利波频散特性的敏感性进行了分析。在软地层情况下,斯通利波对地层横波速度较为敏感,当利用偶极声源测不到横波时,可利用斯通利波反演地层横波速度。此外还分析了在软地层情况下仪器对斯通利波频散曲线的影响,指出利用斯通利波反演地层横波速度应考虑仪器的影响。文中给出利用斯通利波反演横波速度的方法及流程。应用实例表明,用低频斯通利波频散特性反演软地层横波速度的方法是有效的。     

加利福尼亚极慢速地层的声波特性描述

慢速地层定义为地层横波速度小于井眼流体速度的地层。为了测量慢速地层的横波速度，研制出了带偶极发射器的声波测井仪。自从在十多年前偶极声波测井被引入使用后，偶极声波测井仪提供了大量有关慢速地层声性质信息，包括探测各向异性和非均质性。非均质性的机理显现出地层本身纵波和横波时差的径向变化，现在这些都可以做到定量分析。 Gymric油田位于加利福尼亚Bakersfield附近的San Joaquin谷地中。该油田的一个产层Opal A硅藻岩，就是一个极慢速地层，其纵波时差约为200微秒／英尺，横波时差约为800微秒/英尺。在本文在中，我们检验了在该油田一口井中记录的宽带交叉偶极声波仪器的测量数据。交叉偶极声波测井仪是专门为地层三维声特性描述而设计的。它通过把地层归类为四种类型之一的地层分类来达到地层三维声特性描述的目的。这四类地层是：A）各向同性均匀地层，B）各向同性非均匀地层，C）各向异性均匀地层，D）各向异性非均匀地层。在分类法中使用时差频散分析，在频散分析中这四类地层中的每一种都有独特的特征。 当出现非均质性时，采用称为“偶极径向剖面”的新技术来测量横波时差离开井眼不同距离的径向变化。它可用于确定一定范围内可能的地层伤害、蚀变、泥浆滤液侵入，并提供远场横渡时差测量值。 这些技术已经用于描述Opal A硅藻岩地层声特征。     

时差—频率成像测井：一种精确计算声波时差的新的质量控制方法

任何声波时差测井，不管它是单极纵波、偶极横波、单极斯通利波，是铠装电缆测井或随钻测井，人们总是要问这个问题：时差值正确吗？当估计算时差的大多数方法是用基于时间相关的处理方法．它把相关性作为关键的质量控制（QC）指标。基于时间的相关性方法是极好的、稳定的，但是它没有回答精确度是多少的问题。有一个方法．它把时差计算值重叠在频散曲线上（即时差对频率），描绘波越过接收器阵列传播时的特性。对于频散的井眼到达波．例如偶极弯曲波（或泄漏纵波），其频散曲线的低频极限就是正确的地层横波（如纵波）时差。把处理计算得到的时差重叠到频散曲线上，这种方法是确定时差正确值的好的处理方法，由于它逐一对每个深度都进行分析．所以也是费时的。我们已经开发了一种新的控制时差曲线质量的方法，它精确地评估声波测井的正确程度。这种新的质量控制方法叫做时差频率分析（SFA）．在SFA中，每个深度根据记录波形产生频散曲线，把频散曲线的时差对频率的关系投影在时差轴上，然后把各个深度的时差随深度投影绘制成测井曲线。这样，基于时间相关性处理得到的时差测井曲线就叠加在SFA成像上了。对于偶极弯曲波信号，如果计算得到时差测井曲线处于SFA投影的最下限，那么计算的时差就匹配上偶极弯曲波信号的低频极限匹配，时差测井曲线就是正确的。它之所以正确，是因为它与数据描述的频散曲线是一致的。 这种新的质量控制方法可应用于所有声传播模型。文章给出了慢速地层中测量的单极和偶极数据的电缆测井现场实例。     

用声波测井方法识别剩余油需要解决的两个关键问题

在频率为500－14000Hz范围内，砂岩的声波速度或物理衰减系数随频率的变化而变化（简称频散），其变化关系与流体有关，这是用声波测井方法解决剩余油问题的物理基础。在实验室内测量上述频率范围内声速的频散随孔隙流体特征不同的变化需要一些特殊的测量方法和装置。给出了用平板砂岩样品测量的波形和处理结果；用数值计算的方法讨论了地层的声速随不同的频率变化时声波测井波形的二维谱、模式波的变化，肯定了用声波全波波形识别剩余油的可行性和需要解决的技术问题。与以往不同，这里利用的是地层声速随不同频率的变化关系，所以，声波测井波形的二维谱、模式波的变化，肯定了声波全波波形识别剩余油的可行性和可需要解决的技术问题。与以往不同，这里利用的是地层声速随不同频率的变化关系，所以，声波测井波形的处理结果不再是地层的纵、横波速度值，面是纵、横波速度随不同频率而变化的函数。     

模拟地层条件下膏泥岩高频声波测试及频散外推对比研究

为了获得塔里木A区古近系地层中膏泥岩在声波测井20kHz频率下纵横波时差之间及与其他静力学参数之间的转换关系．开展了室内1000kHz高频声波测试。根据测试声波波速值、品质因子和频散方程外推20kHz频率的声波波速。2种频率下波速或声波时差对比分析表明：模拟地层条件下转换后的纵波时差（实验校正）与测井纵波时差更为接近;常温到85℃范围内相同净围压下波速和品质因子变化较小,波速变化可以忽略,品质因子变化范围为5％～7％;在不断增加净围压条件下,波速和品质因子都增加,且幅度显著;模拟地层条件下与常温、常压下相比,纵波波速增量为2．7％～8．4％,纵波品质因子增量为27％～58％,膏泥岩频散度为7.4％～24．4％,平均为15．12％,频散度较大。通过对频散方程变形得出了一种可直观表现本区膏泥岩在模拟地层条件下品质因子与波速降低幅度之间的表达式,同时根据膏泥岩品质因子影响因素．将该区古近系地层的膏泥岩纵波按由高到低划分为I,Ⅱ,Ⅲ共3个频散等级,最后探讨了频散效应在横波时差预测中的应用。结果表明：在1000kHz和20kHz频率下,利用纵波时差预测的横波时差在该区膏泥岩声波时差变化范围内,平均相对误差仅2％,误差整体随着石膏含量的增加而增大．这2种频率下纵横波时差拟合公式都可应用到横波时差预测（ft．0用测井纵波时差值进行预测）中,但由于膏泥岩频散度大,因而2种频率间声波时差值变化较大,应用时应进行频散校正。     

基于软地层随钻多极子声源传播特性的数值研究

基于软地层测量横波的难题,数值考察了软地层随钻测井多极子波的频散特性及声全波波形,对比分析了电缆和随钻多极子声波测井.研究结果表明,随钻测井环境下,单极和偶极声源激发幅度很强的钻铤模式波严重干扰地层纵波或横波的测量;而四极子声源低频时只激发地层模式的四极子波,且截止频率附近以地层横波速度传播.因此,四极子声源最适合于随钻测井的地层横波速度测量.     

单极子声波测井新发展

本文介绍单极声波测井技术的最新发展，它开拓了新的应用前景。我们已经开发出可程序控制的单极声源，其声源发射脉冲的频率和幅度特征可以随岩层和井眼调整，达到优化单极渡的传播。这一发展实现了震源信号宽频带，它比常规非程序控制的单极声源频带宽。理论研究与现场数据证明，井眼几何形状在激发纵波、纵波漏泄模式波、折射横波、伪瑞利波包中起重要作用。大井眼需要较低激发频率，反之亦然。我们这里描述的声源能够在高声速、低泊松比地层进行调整激发．产生出最大的纵波，因为在这种地层纵波信号小。另一方面，在纵波频散的低速地层，它可以调整声源激发出基本的纵波模式。改变单极声波脉冲频率可提高或(减少)斯通利波激发。宽频谱有利于质量控制，对不同波型做详细的高清晰度频散分析。可编程声源确保对岩层和，或井眼条件变化最优化，它在井中单向实现。文中讨论的油气田例子将说明，在各种井眼和岩层条件下，与常规单极声源相比，这个声源的优越性。     

新一代交叉偶极声波测井仪：设计和实例

随着深水勘探开发不断增长和随钻测井地层评价不断发展，同时由于钻机费用高昂，电缆地层评价常常受限于一次钻杆传送测井，一种用于钻杆传送环境的新单极和交叉偶极声波测井仪已经设计出来，它具有稳固的机械设计，可以使这种声波仪器不仅仅用于仪器串的底部，进行钻杆传送测井或电缆传送测井时，NMR和泵入式地层测仪可以放在本仪器的下部。该仪器用系统方法进行设计，其多数功能可地面调节，使如，每一深度的交叉偶极弯曲条声源的脉冲形状、周期，幅度和频率均可调。同样单极子输出信号幅度也可以地面选择。对每个深度采样点的96条波形数据进行数字化时，采样点数据采样间隔和波形压缩均可选择，通过一个四组合测井系列以每英尺两个采样点采集声波数据，可以实现每个深度采样96条波形，测井速度接近1800ft/h(30ft/min）。各种地导的事例证实这种仪器在获取单极P波数据、单极折射横波数据、交叉偶极弯曲波慢度和地层各向异性特征方面的能力，实例中包括了下面几种代表性地层：孔隙度接近零的碳酸岩盐地层，其折射横波时差和弯曲波时差小于100μs/ft。 孔隙可塑的墨西哥湾砂岩和页岩，其弯曲波传播时间可超过700μs/ft。天然裂缝地层，可通过交叉偶极弯曲波时差探测到，并可由裸眼井成像资料证实。     

新一代交叉偶有声波测井仪：设计和实例

随着深水区勘探开发继续增长和随钻测井地层评价不断发展，同时由于钻机费用高昂，电缆地层评价常常受限于一次钻杆传送测井。一种用于钻杆传送环境的新型单极和交叉偶极声波测井仪已经设计出来，它具有稳固的机械设计，可以使这种声波仪器不仅仅只有用于仪器串的底部，占杆传送浊井或电缆传送测井时，NMR和泵入地层测试器可以放大测井仪器串的声波仪器的下部，该仪器用一套系统方法设计，其多数功能可地面调节。,例如，每一深度的交叉偶极子声源弯曲条的脉冲形状，周期，幅度和频率均可调。同样，单极子输出信号幅度也可选择，通过一个四组合测井系列以每英尺两个采样点采集声波数据，可以实现每个深度采样96条波形，测井速度接近1,800ft/hr(30ft/min)。不同地层的实例证实了这种仪器在获取单极P波数据，单极折射横波数据，交叉偶极弯曲波时差和地层各向异性特征方面的能力，实例中包括下面几种代表性地层：孔隙度接近零的碳酸盐岩地层，其折射横波时和弯曲波时差小于100μs/ft；孔隙可塑的墨西哥湾砂岩和泥岩，其弯曲波传播时间可超过700μs/ft；天然裂缝地层，可通过交叉偶极弯曲波时差探测到，并可由裸眼井成像资料证实。     

新一代交叉偶极声波测井仪：设计与应用实例

随着深海区勘探开发的不断发展和随钻测井地层评价技术的不断进步，同时也由于钻机费用高昂，电缆地层评价常常受限于一次钻杆传送测井。一种可用于钻杆传送环境的新型单极和交叉偶极声波测井仪已经设计出来。这种声波仪器因具有坚固的机械设计，使其不仅仅只限于接在仪器串的底部。进行钻杆传送测井或电缆传送测井时，NMR和泵抽式地层测试器可以放在测井仪器串上声波仪器的下部。该仪器用一套系统方法设计，其多数功能可地面调节。例如，每一深度的交叉偶极子声源弯棒的脉冲形状、周期、幅度和频率均可调。同样，单极子输出信号幅度也可在地面选择。对每个深度采样点的96条波形数据进行数字化时，采样点数、采样间隔和波形压缩均可选择。通过一个四组合测井系列以每英尺两个采样点采集声波数据，可以实现每个深度采样96条波形，测井速度接近1800ft／hr(30ft／min)。不同地层的实例证实了这种仪器在获取单极P波数据、单极折射横波数据、交叉偶极弯曲波时差和地层各向并性特征方面的能力。实例中包括下面几种代表性地层：*孔隙度接近零的碳酸盐岩地层，其折射横波时差和弯曲波时差小于100μs／ft。*多孔柔韧的墨西哥湾砂岩和页岩，其弯曲波传播时间可超过700μs/ft。*天然裂缝地层，可通过交叉偶极弯曲波时差探测到，并可由裸眼井眼成像资料证实。     

在声速极慢的地层中测定纵波速度

井眼表层的纵横波速度常用井中声波波形测定的。为此，现代的声波测井仪配备有多种类型的声源，例如单极声源和偶极声源，偶极声源主要用于测定横波速度。但我们发现，在一种孔隙度为35％，横波速度为465米／秒的松散砂岩中，用偶极子声源测定纵波速度，比单极声源优越。在这种地层中，记录到的折射纵波信号受到其它声波成份的损害，这种成份已被识别出是泄漏纵波，它妨碍了在这种砂岩中辨认纵波。然而对偶极声源来说，由记录波形得到的频谱上，折射纵波位于6．5千赫，泄漏纵波位于1．3千赫，呈现为两个清清楚楚分开的成份，因而能用带通滤波器从中把折射纵波分离出来；而单极声源的记录波形频谱上，其各种声波成份严重重叠，难以用带通滤波器从中分离折射纵波。针对这种地层，从偶极折射纵波得到纵波速度是2150米／秒。偶极声源激励的泄漏纵波是频散的，相速度的范围从1．0千赫时的1800米／秒到1．6千赫时的1630米／秒。看起来，在这种声速极慢的地层中，采用从记录的波形中分离出纵波成份的方法，来测定地层的纵波速度，偶极声源比单极声源优越。     

偶极子声源在套管井中的应用研究

套管井第I界面胶结差时单极子声波测井通常测量不到地层波信息。在套管井边界条件下,推导出了不同胶结状况下的偶极子声源激发的井内声场,计算了它在井孔中的二维谱和时域波形。计算结果表明在稍高的激发频率下,在第I界面胶结不好时在接收波列中可清晰地观测到纵波和弯曲波振相,分别以地层纵波和横波的速度传播,这表明横向偏振的声源比纵向振动的声源有更好的穿透性;在较低的激发频率下,波形中占主导地位的是地层弯曲波和套管弯曲波;在第I、II界面均胶结良好时主要是地层弯曲波。