用偶极测量数据确定横波时差

井眼中的声波模型具有频散性质，即它的相速度时差或速度倒数随频率变化而变化。而且，当脉冲波穿过接收阵列时，其波形的形状也总在变化。由单极声源产生的斯通利波和由偶极声源产生的弯曲波都是频散波形。弯曲波是很重要的，因为它提供了软地层的横波速度；软地层是指那些横波时差，或横波速度的倒数，小于井眼流体纵波时差的地层。弯曲波的频散使得确定横波变得困难。只有在零频率时，偶极弯曲波才以横波时差传播；高于零频率，它的相速度时差就会增加一个量，这个量称为频散偏移(dispersionbasis)。频散偏移量通常只占测量结果的一小部分。在频率很低时，可以忽略频散偏移得到近似测量结果。然而，由于要求声源激发的弯曲模式频率极低，这是非常困难的。实际上，弯曲波的颊散不可避免，必须考虑它。当弯曲波的幅度能满足精确估计时差时，有多种方法可从弯曲波中根据频带确定横波，但是频散偏移不能忽略：为了把频散减少到最小，传统的非频散技术在狭窄频带内处理波形，然后对频散偏移进行校正。这种在狭窄频带内处理并继而校正频散偏移的时差时间相关方法(STC)是一种很有用的技术。但在有些情况下其校正不准确，因为校正表不符合实际条件。频散波形的处理方法，利用了弯曲波的全部频散特性，淘汰了频散偏移校正。频散处理技术与最大似然法或最小二乘法非常相似，对于频谱并不确定的信号也能提供较好的结果。而且，它也能把井眼条件更精确地考虑进去，如声速很慢的油基泥浆。本文给出了从模式记录得到的频散曲线，讨论并比较了不同的处理方法和不同地层的例子。     

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。     

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。     

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。     

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.     

用井眼声波数据确定地层各向异性参数

用一种新算法可以把测得的井轴纵波、快横波、慢横波、和斯通利波时差转换为相对于地球方向轴的各向异性系数。该算法根据声波数据和单井成像仪器的纵向和可靠的地层倾角资料，提供正交的或横向各向同性的（TI）地层的四个各向异性系数。算法补偿了任何测井仪对斯通利波和弯曲波的影响。算法产生可证实的远场纵波和横波模量，远场是在井眼附近由于应力集中或岩石塑性产生的蚀变环带之外。横向各向同性的有向性，也称为极性有向性，可以用三个Thoms—en参数ε，γ，δ定量估计。根据垂直和水平切变模量，井眼声波数据产生γ参数。通常垂直切变模量是从交叉偶极声波测井获得的。井眼横切面的等效抗剪刚性，是在任意各向异性地层中用斯通利波数据估计得到的，这时井眼附近地层的蚀变已经影响到所有频率的斯通利波。一般而言，正γ指示泥岩的有向性，负γ指示渗透层。这些各向异性模量还可以与垂直地震剖面（VSP）导出的模量相结合，得到与传播方向有关的地震波速度。本文给出了现场数据分析结果。     

声学技术在天然开裂缝评价方面的进步

张开的天然裂缝，如果有的话，它能在低孔隙、坚硬的岩石环境里为大部分天然气提供通道。因此，全面了解裂缝属性，包括缝隙和渗透率在内，是优化生产、水泥胶结、完井设计、确定井位、油藏模拟所需要的。 声波扫描仪，是最新一代的声波波形测井仪，它有13个轴向接收器，能测量斯通利波，并改善了宽带频率响应，提高了波形保真度和增加了功率。高角度裂缝的斯通利波反射率是极小的，但为了评价它们的渗透率，就要求得到波形的能量损失或衰减。在使用现有技术，例如归一化差动能量[NDE]的条件下，频率响应的下端到达300Hz，能显著地改善高角度倾斜裂缝的探测能力。在设法区别钻井诱导裂缝和张开天然裂缝时，改善斯通利波测量是关键性的。当这两组裂缝与现场的应力场和陡倾角明显一致时，斯通利波的反射可能很微弱或没有。衰减技术，例如NDE，已被证明对评价裂缝开度和渗透率是最适宜的。 旋转偶极弯曲波频散曲线的慢度频率分析（SFA）方法也可以用来识别张开的天然裂缝。SFA是每个深度的弯曲波频率和幅度剖面在慢度平面的投影。传统的时差相关（STC）或相似性处理横波慢度，与SFA投影相比，证实了波形处理与频率成分一致。其幅度和频率信息提供岩层横波特征成像，探测范围从井眼进入岩层达若干英尺。当探测到天然裂缝层带时，信号强度和频率成分明显变化。把SFA投影与斯通利波NDE比较，提供了岩层的3维声波特征，来识别裂缝和并眼应力场。 本文给出一个案例研究，它采用最新一代斯通利波测得结果、SFA投影图像、和微电阻率成像。把增加的声波信息与电阻率图像数据比较，为识别张开天然裂缝可提供大量清楚而有效的岩层特征。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种测量三维（方位、径向和轴向）地层声学性质的模块式电缆声波仪器

井眼岩石的综合力学特征取决于径向、方位和轴向上变化的三维声波慢度。岩石声波性质的这些变化起因于应力分布不均匀、钻井过程引起井眼附近地层的力学或化学变化、以及地层的内在各向异性。 通过综合采集所有井眼波形（单极波、偶极波和斯通利波），井与全部采集数据的综合反演结果相结合，就能得到岩石的三维声学性质。纵波慢度的径向变化是通过单极探测实现的，这种新技术特有的单极收发间距变化范围很大．从很短到很长。横渡慢度径向变化是通过反演偶极弯曲波和斯通利波的宽带频散曲线得到定量值，这种新的声波仪器具有宽带特色。偶极声源的独特设计使它在脉冲模式或在线性调频脉冲模式下都能激发。 中国、挪威、墨西哥、巴西和美国的裸眼井电缆测井情况表明，纵波和横波慢度测量值以及它们的径向变化的精度都提高了。在增加轴向的和方位方向的接收器数目和一个静音装置及预测装置后。横波各向异性的估算就更可靠了，数据表明快横波方位方向上测量的慢度各向异性可小到1％～2％。这种新的测井仪能够测量从90-900μs／ft的横波慢度。改进后的单极和偶极频散曲线能够更清楚地识别地层的均匀性、非均匀性、各向同性和各向异性的机理。套管井地层评价数据表明，能够过套管可靠地测量高达450μs／ft的横波慢度。 先进的反演算法能够用宽带频散曲线正确地估计岩石的三维特性。精确测定相应的岩石特性能使决策及时（例如，射孔，防沙，确定井位及增产措施）。     

用两个不同源距的声波测井全波波形计算纵波和横波波速

讨论两个不同源距的声波测井全波波形的处理问题。用数值模型模拟SKC－B国产大数控声波全波列测井仪后，通过波形的二维谱发现：测井波形中，纵波具有频率选择性，但传播速度不随频率改变，其幅度比较小；横波及伪瑞利波是连在一起的，伪瑞利波的幅度比较大，速度随频率改变。从这睦结果可知：用实际测井波形计算纵波时差时，波形中的干扰对计算结果的影响比较大；用实际测井波形计算横波时差时，伪瑞利波对计算结果的影响比较大。根据实际测井波形的特点，研究了相应的纵波时差和横波时差的处理方法。计算纵波时差时，讨论了干扰的影响及其消除方法；计算横波的时差时，利用伪瑞利波群速度随着频率的降低，逐渐接近横波速度的特点，改进了直接相位法中横波的处理,并称其为相位法。     

随钻测井环境中横波速度测量：模型和现场评价

论文对随钻测井中，利用低频单极子，偶极子和四极子声源进行横波速度的测量进行了评价。理论分析表明，随钻测井中单极子和偶极子声源所发出的波中，包含着很强的沿钻铤滑行的仪器波。更进一步表明，随钻测井偶极子－弯曲波速度明显低于慢地层中的横波速度。因此，随着测井中偶极子波是不合适横波速度测量的，比较而言，四极子波有两个理由可说明其为最好的测量方式。首先，低频时可以消除仪器的四极子波干扰，其次，地层四极子波可以用来直接测量横波速度。一种测量横波的多极子随钻测井阵列声源仪器已经制造出来，并且已对不同的快，慢地层进行了几次现场测量。在2－10kHz的频率范围内，单极子声波数据中主要包括钻铤波和斯通利波，偶极子数据包含了钻铤波和地层弯曲波。四极子数据受钻铤波干扰最少，其主要由地层波四极子波组成。所测量的多极子波数据的特征和模型实验结果具有很好的一致性。分析和测量结果表明，四极子声波仪器最适合随钻测井中横波速度的测量。     

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。     

围岩、侵入和薄层对井眼声波测井曲线影响的评估：数值灵敏度研究

我们量化了围岩、层厚度、侵入和砂泥岩薄层对单极和偶极井眼声波测井曲线的相对影响。这是通过声波波形的数值模拟实现的，数值模拟包括了1-10千赫兹范围内所有传播波型。数值模拟中假定单极和偶极声源无限小，阵列接收器无限小，它们配置在类似市场上可买到的钢缆声波测井仪内。传播波型和它们的速度是用模拟波形的时差-相关度处理确定的。 对于围岩和层厚效应，我们考虑了边界为泥岩的软、硬地层。岩层厚度的变化考虑了发射-接收器完全包括在层内和部分越过不同层的情况。模拟显示，与在无限厚地层实测相比，围岩和层厚效应能够证明，在单极信号源时测得的纵波速度有高达30％的变化，而在偶极声源时测得的横波速度有31％的变化。 我们再现了砂泥岩薄互层，包括产油砂层内含薄泥岩的声波响应。泥岩厚度是变化的，以便考虑砂岩和泥岩的比例对测量值的影响。模拟显示，相对于有效叠层的声波速度，泥岩薄层在单极信号源时测得的纵波速度有7．3％的变化，而在偶极声源时测得的横波速度有5．8％的变化。 对于水基泥浆侵入含油地层的情况模拟了侵入影响。模拟显示，在软、硬地层的岩石物性和弹性特性采用实际参数假定时，由于侵入的影响，纵波测量值的变化可高达23％。     

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。     

利用声波测井估算地层速度,渗透率和横波的各向异性

本文叙述了阵列单极子声波测井仪和横波测井仪的现场数据的处理和解释。地层的Ｐ波速度是采用域值检测与交叉相关技术处理全波列得到的，Ｓ波也以同样方法从横波测井曲线得到的。采用扩展的Ｐｎｏｎｙ方法处理全波列得到了斯通利波的相速度和随频率变化的衰减函数。从２９５０英尺到３１５０英尺之间的地层被描述为各向同性的弹性介质。在这一层段中由斯通利波相速度反演得到的横波速度Ｖｓ与横波测量结果非常吻合，从３７１５英尺到     

标准电缆声波测井仪测量三维地层（方位、径向、轴向）声波特性

井眼岩石的多种机械特征依赖声波时差的三维特性,即径向、方位、轴向的不同,出现这些岩石声波特性的不同是因为非均匀应力的分布,钻井过程对近井眼交替进行机械或化学处理及地层固有的各向异性。通过使用所有的井眼模式(单极、偶极和斯通利波)对各种带宽波形进行综合测量以获取地层三维声波特性,这些井眼模式与所测量的数据积分反演相关。通过单极发射器在一个从很短到很长的大范围发射—接收空间进行测量,能够得到纵波时差的径向变化,这是该新技术的独到之处。通过在一个相当宽的频带范围内,以偶极弯曲和斯通利波模式的宽带弥散曲线的反演,横波时差径向变化能被定量测得。这就是新的声波测井仪器的特色。这个偶极声波源的独到设计使仪器既可以脉冲模式发射声波,也可以鸣叫模式发射声波。由于增加了轴向和方位接收探头以及无声发射和可预知的结构,从来自中国、挪威、墨西哥、巴西和美国的裸眼井测井资料中可以证明,纵波和横波时差测量和它们的径向变化精度都有所提高。在数据可靠指示时差各向异性小于1～2%时,也能可靠地对横波各向异性进行评价。新仪器已经可以测量90～900μs/ft横波时差。更好的单极和偶极模式的弥散曲线能清晰识别均质地层和非均质地层的各向异性和各向异性形成的各种机理。先进的反演算法通过宽频带弥散曲线信号对三维岩石特性做精确的评价。相关岩石特性的精度测定可及时地作出决定(如射孔、防砂、井位及增产措施)。     

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。