Rayleigh波环形传播测井方案

目前的声波测井方法主要是声速测井,声幅测井和全波列声波测井(变密度声波测井)。这三种方法所利用的是地层滑行纵波、套管波(可能有Lamb波)和沿井壁传播的地层Rayleigh波。这些声波的传播方向都平行并轴。利用平行井轴的声波进行测井,是目前声波测井的传统方式。本文试图突破这一传统,设法利用垂直井轴的声波进行测井,使Rayleigh波沿井壁作环形传播,其路径近似正园,园心在井轴上。Rayleigh波是面波,具有沿曲面传播的性能。这种利用Rayleigh波沿井壁作环形传播的测井方法,在国内外资料中尚未见到,本文哲称之为Rayleigh波环形传播测井。     

关于声速测井中Rayleigh波时差的理论基础

前言 声速测井中最常利用的是沿井壁的地层滑行纵波。但是,沿井壁传播的声波不只是地层滑行纵波。声波由泥浆进入地层,当入射角达到第二临界角时,可能产生滑行横渡,而滑行横波迅速转化为沿井壁的Rayleigh波。第二临界角θ_1″的公式是     

滑行纵波的理论分析

声波测井中的滑行纵波与地层内部的纵波不同。纵波不能在固体表面存在,在固体表面存在的是相应的滑行集散波。滑行集散波有两种,一种是负指数滑行集散波,另一种是正指数滑行集散波。两种滑行集散波有相同的声速,此声速略低于纵波声速。两种滑行集散波必须并存,才能满足边界条件,单独一种滑行集散波是不能存在的。离开固体表面稍远的区域,可以有平行于表面传播的纵波声束存在,但是需要与相应的滑行集散波相互衔接。滑行纵波系由纵波声束、负指数滑行集散波和正指数滑行集散波三种成份所组成。滑行集散波传播略慢,被纵波声束抛落在后。但前进中的纵波声束不断向表面扩散而产生出新生的滑行集散波。因此,实测所得的滑行纵波声速等于或非常接近纵波声速。这种分析对于井下情况也能近似适用。激发出泥浆纵波而使接收器获得讯号的是滑行集散波,纵波声束并不直接激发泥浆纵波。滑行集散波由于激发泥浆纵波而受到的损耗,要由纵波声束给以补充。滑行集散波的振幅,由于服从指数规律,因而数值上小于纵波声束的振幅,这是滑行纵波讯号并不很强的原因之一。     

提取全波列声波测井信号波前的一种新方法

把平滑过渡信号作为全波列声波测井信号中的各种波的数学模型,研究了其连续子波变换的波形特点,提出了一种提取其起始点的新方法.利用此方法可以精确地提取全波列声波测井信号的滑行纵波、滑行横波及斯通利波的波前.     

斯通利波在测井应用中的研究进展和现状

斯通利波是一种沿井壁传播的声波,当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就会产生斯通利波。近十几年来,由于长源距和偶极子阵列声波仪在测井中的广泛应用和全波形阵列声波测井资料中各组分波的处理分析方法的进步,可将斯通利波分离出来单独研究并应用于测井资料分析。斯通利波技术是评价裂缝及其渗透性的有效方法。     

横波未能沿井壁滑行的理论解释

声波测井中,在第二临界角下获得的沿井壁滑行的滑行波不是横波,而是类瑞利波。横波属于畸变波,是畸变波的特例,由各向同性均匀固体介质中的畸变波所需满足的条件,可知沿该固体以真空为界的表面滑行传播的畸变波位移振幅,要依负指数函数关系随深度而减弱。依此滑行畸变波的位移表达式和该固体表面处的边界条件,可以分析出横波作为畸变波的特例,不能存在于该固体表面附近,不能沿该固体表面滑行。由于这个论断可以近似地适用于裸眼井中井壁附近的情况,从而能够得出横波未能沿井壁滑行的理论解释。横波声速与类瑞利波声速在数值上的差别是明显的,不容忽视,不宜混淆。     

相控线阵声波测井辐射器物理模拟实验波形分析

以声波波形的两个最基本的特征振幅和频率为研究对象,分析了相控线阵声波测井辐射器做发射器时在模型井内测量的全波列波形,并考察了相控线阵的相邻阵元间激励信号的延迟时间、阵元个数等因素对测井波形的影响.实验结果表明,随着相邻阵元间激励信号延迟时间的增加,相控线阵的辐射声束指向角不断变大,先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件,使充液井孔中的滑行纵波、滑行横波和斯通利波分别得到加强.随着相邻阵元间激励延迟时间的增加,纵、横波的主频值发生漂移,当满足滑行纵(横)波临界折射条件时,纵(横)波波包的主频值最高,幅度值最大.随着相控线阵工作阵元个数的增加,在近似满足同相位叠加时,纵、横波振幅得到明显的加强.     

相控线阵声波测井辐射器物理模拟实验波形分析

以声波波形的两个最基本的特征振幅和频率为研究对象，分析了相控线阵声波测井辐射器做发射器时在模型井内测量的全波列波形，并考察了相控线阵的相邻阵元间激励信号的延迟时间、阵元个数等因素对测井波形的影响。实验结果表明，随着相邻阵元间激励信号延迟时间的增加，相控线阵的辐射声束指向角不断变大，先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件，使充液井孔中的滑行纵波、滑行横波和斯通利波分别得到加强。随着相邻阵元间激励延迟时间的增加，纵、横渡的主频值发生漂移，当满足滑行纵（横）波临界折射条件时，纵（横）波波包的主频值最高，幅度值最大。随着相控线阵工作阵元个数的增加，在近似满足同相位叠加时，纵、横波振幅得到明显的加强。     

现代声波测井技术及其发展特点

随着科技的发展,声波探测技术几经波折,在理论与实际应用的结合下,取得了客观的成果。声波探测技术的发展趋势及其特点也成了行业内深度研究的课题之一。该文着重分析现代声波测井技术的原理以及声波速度测井、全波列测井、多极子阵列声波测井、超声波井壁成像测井等技术的探测方法,分析声波测井技术的现状及其发展,对以上问题深入分析并为探索现代声波测井技术及其发展特点做参考。     

声波测井方法采用数字技术的展望

现有的声波测井方法记录井下弹性纵波首波的速度以划分岩性并估算孔隙率;记录弹性纵波首波幅度变化情况以判断套管和水泥的胶结情况。目前也发展了全波列测井,即记录整个声波波列的每个波峰的幅度,以研究套管、水泥环及地层间界面上声耦合情况。近年来国外提出测定声波波列中最大波幅与其相邻波峰幅度比值来估算贮集层的渗透率。国内亦有人提出分析井下自然声场的频谱以判断气、油、水层。综观国外声波测井方法的现状,至少在对声波在地层中传播机理的研究方面,在对解释方法的物理模型研究方面是保守的。 随着计算机及数字技术在测井工作中的应用及发展,本文提出一种采用数字技术的声波测井设想方案。     

固井后获得低声速地层信号的理论探索

在裸眼井中,不论地层声速高低,大都可以获得地层信号,这是由于地层声速一般高于泥浆声速,从而可能在地层中产生滑行波的缘故。但固井后的情况和裸眼井不同,有些地层的横波声速低于套管横波声速,因而不可能在地层中产生滑行横波和Rayleigh波。声测资料[1]证实,并非对所有地层都能获得Rayleigh波信号。如果个别地层的纵波声速也低于套管横渡声速,那就也不能获得地层纵波信号。本文试图从理论上探索,寻求措施,以便在固井后仍然能够获得低声速地层的地层信号。     

基于时域有限差分法的随钻声波测井仪隔声体隔声效果的数值模拟

随钻测井环境下,钻铤纵模式波会严重干扰地层纵波的测量,因此需要使用隔声体来减弱钻铤波对地层纵波测量的干扰.采用圆柱坐标系下的交错网格技术,自行开发了一种可用于设计随钻声波测井仪器隔声体的三维时域有限差分程序.利用该程序数值模拟采用不同结构的隔声体时,硬地层井眼中的随钻单极子声波测井响应,并对这几种不同结构的隔声体性能进行评价.结果表明:采用不同结构的隔声体,对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异;与其他结构隔声体相比,周期性交错排列的凹槽结构的隔声体在测量地层纵波速度时具有较好的效果.     

裂隙发育对低孔低渗含气地层声传播特征的影响

在含孔、裂隙介质弹性波动统一理论的基础上,研究裂隙发育对低孔含气地层弹性波速度的影响。针对岩心测量的纵横波速度,探讨估算岩心裂隙密度的方法。结果表明:随着裂隙密度的增加,弹性波的速度降低明显;地震、测井和实验室岩心测量频率下的波速变化明显,显示出了较强的频散特性;在孔隙度为1.1%时,裂隙发育岩石在饱含气时的纵波速度与饱含水相比明显降低,裂隙密度为0.15和0.35时,500 kHz下的纵波速度分别下降了7.6%和27%;井孔模式波的衰减与速度相比对含气的敏感性更高,这为利用声波测井方法识别孔隙流体性质提供了思路。     

滑行畸变波的理论探讨

本文认为,在第二临界角下,固体表面附近存在的应是滑行畸变波,而不是横波。滑行畸变波有负指数滑行畸变波和正指数滑行畸变波。两种滑行畸变波必须并存,单独一种不能存在。滑行畸变波系由第二临界角下离开固体表面稍远的、沿平行表面方向传播的横波声来转化而来,此横波声束并不受边界条件的制约。两种滑行畸变波的声速相同,其值略小于横波声速。总之,在第二临界角下,入射纵波会转化出固体中的横波声束、负指数滑行畸变波和正指数滑行畸变波。在传播中,滑行畸变波被相应的横波声束抛落在后。但此横波声束不断向固体表面扩散,在固体表面附近转化出新生的滑行畸变波。所以,实测所得的声速应该等于或非常接近横渡声速。这种分析对于井下情况也能近似适用。     

用二维谱技术研究相控线阵声波辐射器在充液井孔中产生的声场

采用二维谱技术对充液井孔中的相控线阵声波辐射器的辐射特性及其产生的声场进行了数值研究. 结果表明， 在频率波数域中可以清楚地把在时间空间域中难以分开的模式分辨开来. 相控线阵声波辐射器的阵元个数、阵元高度以及相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和辐射声束的偏转角. 增大井孔中的相控线阵声波辐射器的相邻阵元间的激励信号的延迟时间，可以使相控线阵辐射的声束入射于井壁上的指向角不断变大，先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件，从而使充液井孔中的滑行纵波和滑行横波分别得到加强. 在井孔中采用相控阵声波辐射器可以提高声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

基于时—频分解技术的全波列声波测井信号处理

声波测井信号通常包含几种不同模式的波，它们是由加窗的窄带信号产生且具有不同的主频，因此在时—频面中是可分的。根据这些波的不同特点，提出了基于时—频分解技术的各模式波的分离方法，把测井信号分解为一系列基本函数的线性组合，且它们在时—频平面上有良好的局部特性。根据时—频平面上的信号能量分布，可以得到各模式波的一种可能的分解，由此可进一步计算纵、横波时差，推断地下岩石特性。同时，各模式波也以解析的方式给出，有利于进一步的理论研究     

各向异性孔隙地层随钻声波测井理论模拟及应用

储层中普遍存在的各向异性和渗透性均会对弹性波传播产生影响。为满足油气资源勘探需求,对复杂储层中各向异性与渗透率的测量评价已逐渐从常规的电缆测井(wireline, WL)发展为随钻声波测井(acoustic logging while drilling, ALWD)。建立随钻声波测井模型,以Biot理论为基础研究了弹性波在横观各向同性孔隙地层中的传播机制,并对含有钻铤的充液井孔内各部分声场进行分析,导出了横观各向同性孔隙地层随钻声波测井的声场表达式。研究了随钻多极子声场模式波的频散特征。结合时间-慢度相关法分析了阵列波形中地层波和钻铤波的到时及慢度特征。结果表明：随钻斯通利波和螺旋波速度频散曲线对地层各向异性和渗透率有不同程度的灵敏度,可用于实际资料的反演,并在此基础上处理了实钻井声波数据,对地层渗透率和各向异性进行了综合评价。研究成果可作为复杂介质地层中随钻声波测井解释的理论基础。     

声波测井中共振弹性波的位相差分析

本文在文献[2]的基础上,进一步详细分析了裸眼井中点声源激发的弹性波的两种共振模式。分析表明:共振纵波与共振横波的振幅属同一数量级。同时论证了共振纵波与共振横波到达井轴上同一点的位相差等于零。本文的这两个结果为在实际声波测井工作中区别共振纵波与共振横波及进一步提取横波信息提供了依据。     

PS波现场测试的几个问题

PS波测井是P波(纵波)、S波(横波)速度测井的简称,亦称波速检层,属原位测试工作。PS波测井能可靠地测定地层的纵波和横波速度,进而计算出各种关于土层的动剪切模量Gd、动态弹性模量Ed及动泊松比Ud、场地卓越周期等多种重要岩土力学参数,为场地的地震效应评价、浅层地震勘探提供速度资料,亦可用于检验岩土加固与改良效果,因而被广泛用于解决工程勘探及水文勘探中所提出的地质问题。PS波测井有单孔法和跨孔法两种,震源方式包括击板法、弹簧激震法、定向爆破法等。由于单孔击板法简单有效,因此被大量采用。其测试设备包括浅震仪、井中三分…     

随钻声波测井中消除钻铤直达波方法的研究与验证

随钻声波测井是准确获取地层信息的重要手段,但是其中沿着钻铤传播的直达波严重干扰地层波的测量。为了消除钻铤直达波对测井数据的影响,提出了一种利用单声源延迟反相激励消除钻铤直达波的新方法。该方法通过自适应滤波有源噪声控制技术虚拟出一个发射声源,实现单声源和虚拟声源激发的两列钻铤直达波到达相同接收器时同频反相相互消除的目的,从源头上消除钻铤直达波对地层波信号的影响,避免了因对钻铤进行物理加工,导致降低钻铤机械强度所引发的测井风险。通过对单声源延迟反相激励原理模型的分析、对原理模型的仿真计算和开发基于自适应滤波有源噪声控制技术的软件对实际测井数据的处理,均验证了该新方法对随钻声波测井中的钻铤直达波消除效果明显。