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.     

随钻声波测井研究进展

论述了随钻声波测井的纵波测量、横波测量及仪器的发展,分析了随钻声波测井面临的难题.随钻纵波测井仪器隔声体是实现随钻纵波测量的关键;利用漏能纵波求取极慢地层的纵波速度的方法也有所发展.埘随钻横波测井进行r总结.快地层随钻横波测井除了可以采用单极子测量,还可以采用四极子模式进行测量;慢地层随钻横波测井可以有偶极子或四极子等方式进行测量,存在争议的是慢地层随钻偶极子的横波测量足否可行.对仪器偏心的研究表明从随钻偶极子中提取地层横波足有可能的.随钻声波测井由于偏心的原因无论采用何种模式进行测量都会产生频散.总结了随钻测井噪声的研究现状,表明噪声均为低频噪声,埘随钻横波测井有一定影响.     

随钻四极子声波测井仪的设计及试验

针对随钻单极子声波测井仪器无法随钻测量软地层横波速度的问题,设计了一种随钻四极子声波测井仪。该测井仪由Drilog?随钻测井系统、接收电路、扶正器、接收声系、隔声体、发射声系及发射电路组成。详细介绍了随钻四极子声波测井仪关键部件发射换能器、隔声体和接收声系的设计实现方法,并通过试验和模拟方法验证了这些关键部件的功能。该测井仪在新疆轮台KS3-B1Sa井进行了试验,测得了高质量单极子全波及四极子横波信号,且硬地层单极子全波中的横波时差与四极子横波时差吻合。现场试验表明,随钻四极子声波测井仪的功能达到了设计要求,可以随钻测量地层的横波速度,为准确评价地层提供测井数据。      

钻铤结构对随钻声波测井响应的影响

为了有效提取随钻声波测井时的地层声波信息，采用有限差分法和时间慢度相关分析法，研究了钻铤外径、钻铤内径、钻铤内部变径和钻铤外壁刻槽等因素对钻铤波传播的影响。模拟计算结果显示，钻铤外半径变大时，即钻铤外壁和井壁的间隙较小时，接收波形里没有地层横波；钻铤内半径变小时，钻铤波、地层横波和斯通利波幅度变化不大，但是当钻铤壁厚变薄时斯通利波幅度明显增大；钻铤内变径对钻铤波幅度的影响，主要取决于声源频率是否在钻铤固有阻带频率范围内；钻铤外壁刻槽后，钻铤波幅度变小，可以从接收波形里提取出地层纵波。研究结果表明，钻铤的内径和外径变化会对地层横波和斯通利波的接收产生影响，而钻铤的内壁和外壁形状（如刻槽）会对钻铤波的幅度产生影响，钻铤结构与随钻声波测井响应的变化关系可以为随钻声波测井仪隔声体设计和随钻声波测井资料解释提供理论依据。      

弹性地层中的横波测井

本文从柱状井内弹性波的传播理论出发,着重分析位于井轴上的多极子声源激发的井内声场中的反射纵波相反射横波的远场特性,指出利用多极子声源直接进行横波测井的可能性。同时,应用分离波数技术,实际计算出单极子、偶极子和四极子振源激励时的井内远场接收波形,证实了理论分析的结论。     

多极子声源的横波测井

本文介绍了周围为无限固体介质的裸眼井中多极子声源激发的弯曲波、扭转波等模式声波的理论基础,从数值上计算了弯曲波等模式在不同的井孔半径下,硬、软地层井孔中的速度频散曲线。结果表明,在截止频率处,其速度最大且等于地层的横波速度.计算了理想的井孔模型(无衰减)及有吸收衰减情况下由偶极子及四极子声源激发的声波波形图,从图形看出其首波是以横波速度传播的。曾在模型井中进行了测试,实验结果与理论计算有较好的一致性。本文所介绍的方法对于软地层中横波速度的测量有重要意义,有助于进一步研制横波测井仪。     

弹性地层中的横波测井理论及其数值验证

本文从柱状井内弹性波的传播理论出发,分析了位于井轴上的多极子声源激发的井内声场中反射纵波和反射横波的远场特性,从理论上指出了利用多极子声源直接进行横波测井的可能性。同时,应用分离波数技术,实际计算了单极子、偶极子和四极子声源激发时的井内远场接收波形,证实了理论分析的结论。     

随钻偶极横波远探测优势频带及反射声场

电缆声波远探测测井已取得了长足进展,将这种技术应用于随钻声波测井,特别是随钻地质导向方面,具有潜在的应用价值。针对偶极声源随钻反射声波成像测井,基于偶极声源在井外无限大地层中产生的SH横波和SV横波的位移远场渐近解,对比分析了有无钻铤时井外地层辐射声场及井内声场,以及相应的偶极声场激发频带;结合三维有限差分数值模拟方法,讨论了井旁存在声阻抗不连续面时,井内接收的随钻偶极全波波形的SH反射横波变化特征。分析表明：与裸眼情况下相比,随钻条件下的SH和SV横波辐射指向性除受钻井井孔的调制外,同时还受到钻铤的强烈调制。尽管如此,随钻偶极横波同样适用于远探测成像测井,其中偶极声源存在一个优势激发频带,在仪器设计上应考虑和利用。     

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。     

随钻声波测井技术发展现状

文章介绍了随钻声波测井理论和仪器。经过二十多年的发展,已经形成了单极子、多极子和偏心声源测井技术,不仅能够实现快慢地层的纵横波速度测量,而且能够实现方位声波的测量。随钻声波数据处理的难点在于解决钻井噪声和仪器偏心对地层信号的影响,旋转叠加技术提供了一种消除噪声影响的途径。随钻声波测井仪研制需要解决的关键技术包括,声波换能器、隔声体和井下电路的设计,其中声波换能器和隔声体的设计至关重要。随钻声波测井技术代表了未来声波测井的发展趋势,具有广泛的应用前景。     

随钻声波测井仪的最新发展:SonicScope475/Shock Wave L WD Sonic Tool

斯伦贝谢公司新一代随钻声波仪器SonicScope 475斯伦贝谢公司最新推出了多极子随钻声波仪器(SonicScope 475),可以提供与泥浆速度无关的纵波和横波数据以及斯通利波信息。仪器可进行单极和多极声波测量。48个接收器封装在4个阵列中,每个阵列包含有12个传感器,每个传感器的     

不同环境下随钻测井中的横波和纵波测量

随着双偶极声波测井的发展，在随钻测井环境下我们可以利用双偶极声波测井获取地层的横波速度。该文提供了不同环境下随钻测井的实例，特别是双偶极横波测井。通过这些例子，我们着重讨论几个影响双偶极声波测井的主要因素，其中包括频散效应及其控制因素如噪声干扰、仪器偏心、地层类型(快或慢)及地层的各向异性影响。我们利用理论数学模型来分析和解释数据表达的波形，证明了在钻井液特性、仪器和井眼尺寸已知的情况下，频散效应在理论上是可以校正的，但是钻井液特性及仪器偏心的不确定性又会引起误差，与钻井相关的噪音及仪器偏心又会产生其他噪声，对数据产生干扰。有证据表明，钻井噪声与钻井速度有关。在噪声存在的情况下，要使测量数据可靠，关键在于提高信噪比。在快地层中，双偶极声波测井在5～12kHz的工作频率内可以直接测量地层的横波速度而无需频散校正。地层方位上的各向异性也会增加双偶极声波测井解释的复杂性。当地层的各向异性较大时，能够测量到快、慢两个双偶极波，这时可以直接利用这两个波确定地层的各向异性。但是对于各向异性中等大小的地层．较慢的双偶极波在数据中占主要地位，测量的声速偏向于慢波速度，了解这些影响因素。有助于从LWD(随钻测井)测井中准确地提取地层的声波特性。     

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。     

多极子阵列声波测井仪

多极子阵列声波测井仪（MPAL）是中国石油集团测井有限公司研发的具有完全自主知识产权的新一代多极子阵列声波测井仪器。该仪器的声系由1个单极子发射换能器、1个四极子发射换能器、2个相互正交的偶极子声波换能器及8个多极子接收站组成,     

国外随钻测井技术的最新进展及发展趋势

介绍了国外测井公司近年来推出的多种随钻测井仪器的特点、结构组成及工作参数.主要包括低频四极横波测井仪器、宽频多极声波测井仪器、紧凑型补偿电磁波电阻率测井仪器、方位聚焦电阻率仪器、方位深电阻率传感器等.这些新仪器和技术的应用,拓宽了测量范围、提高了测井数据的质量、节省了钻井时间和成本,使得LWD测井数据在地质导向以及地层评价中发挥更重要的作用.     

MPAL多极子阵列声波测并仪器的应用

文章介绍了MPAL多极子测井仪器的设计思路及仪器组成。MPAL多极子阵列声波测井仪器利用多种组合模式,在裸眼和套管井中进行声波单、偶极阵列测井,偶极子横波直接测井,测量得到的数据可以直接提取软硬地层中的纵波、横波和斯通利波漫度参数来进行储层的地质评价。近几年在二连油田识别岩性、识别油气层、预测地层的破裂压力,利用各向异性检测压裂效果等应用效果较好。     

双频随钻声波测井仪扩展现有单极发射技术，提供软地层横波数据

90年代中期引入的随钻声波测井仪的换能器结构是单极的(unipolar)。随钻声波测井仪中的发射器和接收器都放置在钻铤一侧。在钻铤另一侧有称为假偶极子的类似排列，它包括发射器和接收器阵列。单向(umpde)发射器产生定向压力脉冲，它不同于各方向都有信号的单极(monopole)型发射器。理论上单向测井仪能够激发和测量井眼导波，比如斯通利波、弯曲波、和螺旋波。在证明该测井仪确实可以激发和测量导波以后，研制了一个低频发射器来加强信号，并且增加接收器接收时间以更好地记录井眼导波。把两个发射器中的一个进行调制，依次激发高频和低频发射器，有效地产生双频随钻声波测井仪信号。分别记录接收器阵列两组波形数据集，并贮存在测井仪的存储器中。将低频信号的带宽限制到使频散对相似系数计算的影响降到最小，相似系数算法常用于识别和分离单一波形，例如纵波首波和导波。然后使用相位速度处理方法计算波至时间。在使用低频发射器的同时研究出了新的频散校正算法，用于将导波的速度校正到正确的慢横波速度。实例提供了北海和墨西哥湾测井的原始波形和处理后的测井曲线结果，图示说明了新的频散算法的结果。     

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。     

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。     

偶极子横波测井方法的实验研究

最近，研制出两种新的偶极子声源，一种片状的，另一种是圆管状的。对两种声源的性能进行了实验比较，发现室内混凝土观测到的偶极子声波（弯曲波）波形的首波相速度近似等于混凝土横波速度，其视频率约为单极子声波频率的一半，即１０ｋＨｚ左右。实现还表明，在短源矩时测定弯曲波参数较为方便。