第9讲正交偶极子声波测井1.pdf

《测井新方法》
第9讲 正交偶极子声波测井（1）
张元中
地球物理与信息工程学院测井系
《测井新方法》
主要内容
1、声波测井发展历程
2、物理基础及方法原理

声波的一般特性
声波：是由机械振动产生
的振动波。
声波的频率范围：
20~20kHz (人耳能听到）。
次声波：频率低于20Hz。
超声波：频率大于20kHz。

Particle
Motion
Particle
Motion
Wave
Direction
Wave
Direction
纵波：质点振动方向和波的传播方向一致。
横波：质点振动方向和波的传播方向垂直。
流体只能传播纵波而不能传播横波。
纵波速度总是大于横波速度。

声波测井根据声波物理特性测量井下岩层的速
度（时差）或幅度衰减等规律，判断岩性、估算
孔隙度以及岩石弹性力学性质的测井方法。
声波测井方法50年代初在国外开始出现，与地
震勘探得原理类似，主要记录声波传播速度。
在近50年的发展中，先后出现了用于检查水泥
胶结质量的声幅测井；测量井剖面声波纵波速度
（慢度或时差）的声速测井；能够得到井壁上孔
洞、裂缝分布情况直观图像的井下声波电视测井
井（周声波扫描成像测井）。

20世纪70年代末出现长源距声波全波列测井，
实现了对滑行纵波、滑行横波、伪瑞利波和斯通
利波等在时间轴上分离，从而实现了对声波全波
列的数字化记录。
在声波测井发展历史中，需要解决的一个重要
问题是井筒中横波的测量。
在快速地层（横波速度大于井内流体声波速度，
“硬”地层）中，仪器能接收到横波；而在慢速
地层（横波速度小于流体声波速度，“软”地
层），仪器接收不到滑行横波。

测量地层横波有两种方法：1）间接横波测量法，
从全波列中提取横波，或者根据斯通利波反演求
得地层横波速度；2）利用偶极子横波测井方法在
地层中直接激发转换横波的方法。
单极子声源的声波测井仪，只能够在快速地层
中产生转换横波，在慢速地层不产生转换横波，
而斯通利波反演横波则会受到井眼条件、地层密
度等多种因素的影响，可靠性较差，并且斯通利
波的提取也十分困难。

使用单极子声源很难获得准确的横波信息，提
出了偶极子横波测井的方法。
1967年，White首先提出了利用偶极子源能够产
生横波信号，并且于1971年提出了可能的横波速
度测井仪。
1980年，Kitsuzezaki首次研制成功一种以低频
工作的电磁驱动偶极子横波测井仪，该仪器使用
的声源是一个电磁铁，由永久磁铁、线圈和激发
器组成的间接激发型偶极子声源，接收器用可伸
缩的橡胶管制成。

1984年Zemanck等人首先发展了一种比较实用
的压电偶极子横波测井仪，声源为激发横波功能
的偶极子压电换能器，声系为单发双收声系，源
。压电偶极子横波测井仪的
工作频率为2kHz，且频带较窄。
一般说来，在地层中激发横波存在一个最佳的
频率范围，在该范围内可以使激发的横波明显强
于纵波，这个最佳的频率范围随着地层横波速度
而变化，如果粗略知道地层横波速度的近似范围，
就可以选择最佳的频率范围。

模型井实验研究发现：在硬地层中，最佳频率
的范围是3kHz-8kHz，此时地层横波幅度是纵波
幅度的20倍；在软地层，最佳范围是1kHz-4kHz，
横波幅度是纵波幅度的10倍。
1995年，SLB推出了偶极子横波测井仪DSI，声
系统包括1个单极子换能器和2个正交的宽频带偶
极子换能器，单极子源可以激发横波、纵波和斯
通利波，偶极子源可以激发横波，还可以进行正
交偶极子横波测量，探测横波速度的各向异性。