唐曉明，魏周拓，蘇遠(yuǎn)大，莊春喜

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，聲學(xué)測(cè)井聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266555）

0 引 言

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的深入和測(cè)井技術(shù)的進(jìn)展，一些新的測(cè)井方法和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)便是其中之一。該技術(shù)改變了稱測(cè)井技術(shù)為“一孔之見(jiàn)”的宿論并能彌補(bǔ)井震結(jié)合時(shí)“霧里看花”的不足。實(shí)踐表明該技術(shù)可以對(duì)井周數(shù)米到數(shù)十米范圍內(nèi)的地層構(gòu)造及地質(zhì)體進(jìn)行探測(cè)，為油氣藏構(gòu)造描述及油田的勘探開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。該技術(shù)應(yīng)用前景十分巨大，可以顯示與井相交的地質(zhì)界面；探測(cè)井旁的傾斜地層界面、裂縫、斷層、尖滅及鹽丘內(nèi)部構(gòu)造等［1－5］；在水平井中追蹤油儲(chǔ)邊界［6］；可以在套管井中探測(cè)井外地質(zhì)構(gòu)造［7］；這項(xiàng)技術(shù)還有可能在鉆井過(guò)程中探測(cè)鉆頭前面地層的信息，以決定鉆井的下一步走向和位置［8］。

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)單井反射聲波測(cè)井方法開(kāi)展了很多研究，在理論研究、儀器研發(fā)、數(shù)據(jù)處理及成像方法等方面取得了一系列成果，但其中也存在很多不足。本文以遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)的發(fā)展為脈絡(luò)，重點(diǎn)介紹了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)的進(jìn)展，論述了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井的理論方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例對(duì)該技術(shù)的具體應(yīng)用作了詳細(xì)說(shuō)明，展望了該技術(shù)今后改進(jìn)和發(fā)展的方向。

1 聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)的發(fā)展

1.1 單井反射聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)進(jìn)展

單井反射聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)用井中聲源向井外地層輻射聲場(chǎng)，并探測(cè)從井旁地質(zhì)構(gòu)造反射回來(lái)的聲場(chǎng)能量。通過(guò)分析處理接收器接收到的全波信號(hào)，可以對(duì)井周圍的地層構(gòu)造進(jìn)行聲場(chǎng)成像，并獲得井旁地質(zhì)構(gòu)造信息，獲得井旁地層結(jié)構(gòu)圖像［1－15］。目前，國(guó)內(nèi)很多油氣田都屬于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層，例如碳酸鹽巖儲(chǔ)層、致密砂巖及頁(yè)巖，這些非常規(guī)儲(chǔ)層巖石的一個(gè)很重要的特征就是孔隙度很低，從這些致密性儲(chǔ)層中也往往可以看到可觀的油氣顯示，這主要是因?yàn)榈貙又辛芽p（裂隙）的作用。因此，對(duì)于井旁裂縫帶的識(shí)別及其走向判斷已成為這種非常規(guī)儲(chǔ)層解釋的重要環(huán)節(jié)，可為后續(xù)壓裂開(kāi)采提供導(dǎo)向性信息，而利用偶極SH反射橫波進(jìn)行井旁裂縫帶識(shí)別是其中一個(gè)有效的技術(shù)途徑。就分辨率和探測(cè)深度而言，該技術(shù)填補(bǔ)了常規(guī)聲波測(cè)井和井間地震之間的探測(cè)空白（見(jiàn)圖1），是一種具有良好應(yīng)用前景的測(cè)井技術(shù)。

圖1 不同聲學(xué)測(cè)量方法縱向分辨率和探測(cè)深度關(guān)系圖

聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)分單極縱波法和偶極橫波法2種。單極縱波法是利用井中單極子聲源向井外輻射縱波，并接收從井外地質(zhì)體反射回來(lái)的縱波確定地質(zhì)體位置。1982年，ELF公司開(kāi)發(fā)了聲反射測(cè)井原型機(jī)，即速度與衰減評(píng)價(jià)儀（EVA），在1991年進(jìn)行了井旁反射波成像測(cè)試［16］。Hornby在1989年利用從陣列聲波數(shù)據(jù)分離出反射波，并將地震勘探的偏移方法應(yīng)用到了聲波測(cè)井成像處理中，得到了井旁地層結(jié)構(gòu)變化的圖像［1］。Schlumberger公司于1998年推出BARS（Borehole Acoustic Reflection Survey）反射波成像測(cè)井儀［15］，2006年推出 Sonic Scanner儀器，可進(jìn)行具有方位分辨能力的聲反射成像測(cè)量［17］。中國(guó)國(guó)內(nèi)，王乃星等通過(guò)波場(chǎng)分離技術(shù)，把聲波全波列測(cè)井記錄中的反射波信息分離并進(jìn)行了成像處理［18］。隨后，薛梅［19］、車小花、喬文孝等［20－21］，李長(zhǎng)文等［22］，宋立軍等［23］，楚澤涵等［24］，何峰江［25］、陶果等［26］針對(duì)單極聲源條件下的反射聲波，開(kāi)展了大量的研究工作。大港油田測(cè)井公司于2005年研制了新型遠(yuǎn)探測(cè)聲波反射波測(cè)井儀器，在中國(guó)華北、大慶等油田裂縫性儲(chǔ)層評(píng)價(jià)［27］以及在塔里木縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的應(yīng)用中［28］取得了一定的效果。

偶極橫波法則是近幾年發(fā)展起來(lái)的，是聲波測(cè)井技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)展。它是利用偶極聲波探測(cè)儀發(fā)射和接收地層深部的反射信號(hào)，通過(guò)偏移成像獲知井旁地質(zhì)構(gòu)造的橫向延伸范圍和發(fā)育情況，它把常規(guī)測(cè)井的測(cè)量范圍從井周1m左右提高到幾十米。Tang X M［11］于2004年將偶極子聲源引入到了單井聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井中，并提出了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井方法。2009年，Tang X M等［13］利用四分量偶極數(shù)據(jù)對(duì)井旁裂縫和鹽丘內(nèi)部的精細(xì)構(gòu)造進(jìn)行了成像，取得了顯著的應(yīng)用效果。2011年，魏周拓［29］全面系統(tǒng)地結(jié)合對(duì)偶極輻射聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，加深了偶極遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特征及反射聲場(chǎng)的理解。2012年，唐曉明、魏周拓［30］對(duì)偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)所取得重要進(jìn)展進(jìn)行了全面總結(jié)，討論了該技術(shù)發(fā)展?jié)摿?；隨后，唐曉明、魏周拓［31］利用數(shù)值模擬方法詳述了該技術(shù)的基本原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例說(shuō)明了偶極聲波遠(yuǎn)探測(cè)的重要特征及其有效性。與單極縱波法相比，偶極聲源使用的頻率約為2～5kHz。由于頻率較低，該方法有較深的橫向探測(cè)距離，可達(dá)20～30m的范圍，甚至更遠(yuǎn)。此外，由于偶極子聲源的指向具有方向性，采用四分量的偶極發(fā)射和接收，可同時(shí)確定反射體的位置和方位。偶極聲源的這些優(yōu)良特性使偶極橫波法不但能確定反射體的位置，還能確定其方位，較單極縱波法有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。

1.2 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井成像原理

為方便討論反射體對(duì)輻射聲場(chǎng)的反射，本文選垂直于反射體平面的波入射面作為參考面。當(dāng)偶極指向位于入射面時(shí)，將在入射面內(nèi)振動(dòng)的縱波和橫波定義為P波和SV波；當(dāng)偶極指向平行于反射體走向時(shí)，將沿此方向偏振的橫波定義為SH波。這樣定義的好處是可以直接引用以入射面為參考的P波、SV波及SH波的反射理論和結(jié)果（如反射系數(shù)等）。根據(jù)文獻(xiàn)［13］中的結(jié)果，可以寫出SV波和SH波位移的遠(yuǎn)場(chǎng)漸近表達(dá)式［13］為

式中，R為源到接收點(diǎn)的距離；uR為R向質(zhì)點(diǎn)位移，即為縱波的位移；uφ為平行于偶極聲源指向的質(zhì)點(diǎn)位移，即SH型橫波；uθ為與垂直向夾角為θ的方向上的SV型橫波。從式（1）可知，偶極輻射聲場(chǎng)是具有方向（θ，φ）調(diào)制的球面波，這從聲場(chǎng)的球面波幾何擴(kuò)散因子1／R可以看出。在波長(zhǎng)小于反射體尺度的條件下，將反射體近似為一無(wú)窮大平面，對(duì)于以eiωR／v（v為波速）形式入射到平面上的球面波，其反射波的形式為［3］

式中，RF為反射系數(shù)（入射波為平面波時(shí)）；D為從源到反射點(diǎn)，再?gòu)姆瓷潼c(diǎn)到接收點(diǎn)波的傳播總距離?？紤]到波在傳播過(guò)程中的非彈性吸收（用品質(zhì)因子Q表示），式（2）可進(jìn)一步寫為

當(dāng)反射波從地層向井中入射時(shí)，隨相對(duì)于井軸的入射角度的不同，充液井孔對(duì)波的振幅也有調(diào)制作用，稱為井的接收角度調(diào)制［32］。調(diào)制后的聲場(chǎng)從式（3）變?yōu)?/p>

式中，RC（θ1）為接收角度調(diào)制因子，θ1為入射角。事實(shí)上，接收因子與輻射因子有相同的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)彈性波的互易原理，井中聲源遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射指向與其遠(yuǎn)處聲場(chǎng)向井入射的接收方向因子相等［33］。

綜上所述，把通過(guò)低頻聲源遠(yuǎn)場(chǎng)輻射［式（1）］、反射和非彈性傳播衰減，以及受到井的接收調(diào)制后的P波、SV波及SH波的位移可寫為

式中，RFP、RFSHRFSV分別為P波、SV波和SH 波的反射系數(shù)；θ和θ1分別為波從井中的出射角及反射回來(lái)后相對(duì)于井軸的入射角；Qα和Qβ分別為地層縱波和橫波的品質(zhì)因子；SH、P和SV分別表示偶極聲源指向與反射體入射面垂直、共面時(shí)在井中得到的SH波、P波和SV波。

現(xiàn)在考慮在井中用2組正交的偶極發(fā)射和接收系統(tǒng)來(lái)接收這些入射波。一組系統(tǒng)的指向?yàn)閤方向；另一組系統(tǒng)的指向?yàn)閥方向。接收到的信號(hào)實(shí)際上就是把入射的位移矢量投影到x和y方向，得到的2個(gè)分量為

類似地，把x向聲源換到y(tǒng)方向，同樣可以得到y(tǒng)和x方向的2個(gè)接收分量為

對(duì)于P波，只需2個(gè)分量便可確定最大反射波（即聲源正對(duì)反射體的情況）

而比較xxP和yyP2個(gè)分量的相對(duì)大小，便可確定反射體的方位角φ。

對(duì)于橫波，需要把4個(gè)接收分量組合起來(lái)才能得到SH波和SV波為

在SV波很小或忽略不計(jì)的條件下［這種情況在反射體與井大致平行或者夾角較小時(shí)發(fā)生，見(jiàn)式（1）或式（5）］，橫波的情況可以簡(jiǎn)化到與縱波相似的情況，即僅利用SH波便可以確定反射體的大小和方位。

以上的分析結(jié)果也指出了偶極聲波存在的180°不確定性。在式（5）至式（11）中，將φ置換為φ＋180°將得到同樣的結(jié)果。對(duì)于某一反射體來(lái)說(shuō)，這意味著該方法不能確定該反射體是在井的右側(cè)（φ＝0°），還是在井的左側(cè)（φ＝180°）。換言之，偶極方法只能確定反射體的走向，而不能確定其傾向。但是，在很多地質(zhì)問(wèn)題中（如裂縫探測(cè)）得到地質(zhì)體的走向也非常重要。

2 實(shí)例分析

聲波測(cè)井時(shí)，相當(dāng)一部分能量輻射到地層中去，聲波被井旁地質(zhì)界面或裂縫（裂隙）反射后，井中的測(cè)井儀器也會(huì)記錄到反射聲波的信號(hào)。雖然反射信號(hào)比沿井傳播的聲波要小很多（10－1～10－3的量級(jí)），但經(jīng)過(guò)專門的數(shù)字信號(hào)處理，可以提取其中的微弱反射波信號(hào)并得到井旁反射體的位形［13］。

2.1 井旁裂縫帶探測(cè)

圖2 四分量交叉偶極橫波與單分量縱波的井旁裂縫帶成像結(jié)果對(duì)比圖

圖2為依據(jù)某井的四分量交叉偶極數(shù)據(jù)與單分量的縱波數(shù)據(jù)得到的井旁裂縫帶成像結(jié)果對(duì)比圖。其中對(duì)四分量交叉偶極數(shù)據(jù)分別在東西方向和南北方向2個(gè)方位分別進(jìn)行了遠(yuǎn)探測(cè)成像處理。從圖2中東西向遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果可以清楚地看到井旁存在明顯的2個(gè)大型裂縫帶，裂縫帶距離井軸徑向成像深度約8m。南北向的裂縫在圖的上部隱約可見(jiàn)，而下部卻完全看不見(jiàn)，這說(shuō)明下部的裂縫走向?yàn)闁|西向，而上部的裂縫走向?yàn)楸睎|東／南西西向，二者在圖的中部錯(cuò)開(kāi)，屬于2條不同的裂縫帶。這個(gè)例子充分說(shuō)明了多分量偶極橫波成像結(jié)果包含有方位信息，這對(duì)于后續(xù)的定向壓裂和射孔具有至關(guān)重要的作用和意義。另外，通過(guò)對(duì)比四分量交叉偶極成像結(jié)果和單分量的單極縱波成像結(jié)果可以看出，前者成像效果明顯優(yōu)于后者，從單極縱波成像圖中很難有效地拾取裂縫的清晰成像。但是，對(duì)比四分量交叉偶極和單極縱波的成像結(jié)果還是能從后者中辨認(rèn)出裂縫的延伸趨勢(shì)，這也為偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性提供了印證。

2.2 過(guò)井裂縫探測(cè)

圖3給出了碳酸鹽巖地層中某井偶極SH橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果與超聲井壁成像結(jié)果的對(duì)比圖，遠(yuǎn)探測(cè)成像數(shù)據(jù)為四分量交叉偶極數(shù)據(jù)。從圖3（a）中可以清楚地看到與井孔斜交的一系列連續(xù)性較好的反射體，反射體的傾角約50°，徑向成像深度有20m之多。圖3（b）為一段超聲井壁成像圖，對(duì)應(yīng)的深度位置如圖3箭頭所示。從超聲井壁成像結(jié)果圖上可以明顯看出井壁附近存在大量的裂縫，但據(jù)此無(wú)法判定這些裂縫進(jìn)入地層深部的延伸情況。通過(guò)拾取超聲井壁裂縫，計(jì)算得到的裂縫傾角和上述SH橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果反射體傾角基本相同，這說(shuō)明偶極SH橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像反射體就是井壁裂縫在地層中的延伸，這為過(guò)井的裂縫在地層中的橫向延伸提供了解釋手段。

圖3 某井SH橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果與超聲井壁成像結(jié)果對(duì)比圖

2.3 探測(cè)成熟頁(yè)巖地層中的排烴裂縫

聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)還可以探測(cè)井外頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的構(gòu)造。當(dāng)烴源巖在一定的溫壓條件下成熟時(shí)，液化或氣化的烴化物在地層中產(chǎn)生很大的孔隙壓力，致使巖石沿最大地層應(yīng)力方向發(fā)生破裂（即排烴裂縫）。由于地層深處的地層應(yīng)力往往是巖石的垂向負(fù)重造成的，所以這種裂縫一般垂向開(kāi)裂。利用聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)，可以確定這種裂縫的形態(tài)和方位。圖4給出了頁(yè)巖儲(chǔ)層中橫波遠(yuǎn)探測(cè)排烴裂縫成像的實(shí)際例子。從圖4中可以看到在成像結(jié)果中，存在若干垂向分布的反射體，其尺度大約在幾米到十米左右，這正是以上分析所指出的烴源巖成熟區(qū)的排烴裂縫。值得一提的是，這些反射體在東西向的方位清晰可見(jiàn)（箭頭所指位置），而在南北向卻沒(méi)有，說(shuō)明裂縫的走向?yàn)闁|西向。探明了頁(yè)巖地層中烴成熟的儲(chǔ)層后，進(jìn)一步的儲(chǔ)層開(kāi)采應(yīng)沿與裂縫平面垂直的方向鉆水平井，與層內(nèi)大量的排烴裂縫貫通，以獲得最大采收率。排烴巖裂縫走向的確定為下一步鉆井的方位提供了依據(jù)。以上的例子說(shuō)明了聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)在頁(yè)巖氣勘探的一個(gè)重要應(yīng)用。

圖4 頁(yè)巖儲(chǔ)層中排烴裂縫的橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果圖

2.4 利用遠(yuǎn)探測(cè)橫波反射成像技術(shù)識(shí)別隱蔽儲(chǔ)層

圖5是西部某井的橫波遠(yuǎn)探測(cè)在南北和東西方向的成像結(jié)果圖。在該井段所做的常規(guī)測(cè)井解釋未發(fā)現(xiàn)有油氣儲(chǔ)層，但從遠(yuǎn)探測(cè)成像圖中可以清晰的看出井旁20m范圍內(nèi)存在多處反射體，這些反射體在東西向和南北向的成像體構(gòu)造形態(tài)很不相同。圖5（a）南北向成像可見(jiàn)高傾角線狀縫，圖5（b）東西向成像斷續(xù)型構(gòu)造。綜合其他數(shù)據(jù)判明這是該地區(qū)存在的縫洞型構(gòu)造，試油后有高產(chǎn)工業(yè)油流出。

圖5 西部某井的橫波遠(yuǎn)探測(cè)在南北和東西方向的成像結(jié)果圖

3 展 望

將偶極橫波用作遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井所具有的良好的輻射覆蓋性、方位靈敏度和實(shí)際應(yīng)用的有效性，有著巨大的應(yīng)用前景。要充分挖掘這門技術(shù)的潛力，還須在理論研究、儀器研發(fā)、數(shù)據(jù)處理及成像方法等方面做進(jìn)一步的工作。

儀器改進(jìn)對(duì)提高遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)量十分重要。現(xiàn)有的偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)數(shù)據(jù)是常規(guī)的偶極或交叉偶極測(cè)井儀器采集的。這種儀器的研制并沒(méi)有考慮遠(yuǎn)探測(cè)的需要，因而在發(fā)射功率、接收靈敏度、數(shù)據(jù)量化精度以及工作頻率范圍等有待按遠(yuǎn)探測(cè)的要求進(jìn)一步優(yōu)化。結(jié)合儀器的研發(fā)和改進(jìn)，遠(yuǎn)探測(cè)的數(shù)據(jù)處理也有很多工作要做。在井中進(jìn)行遠(yuǎn)探測(cè)的最大問(wèn)題是來(lái)自地層深部的反射信號(hào)相對(duì)于沿井軸傳播的直達(dá)波是一個(gè)十分微弱的信號(hào)，探測(cè)儀器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的改進(jìn)可以有效地壓制井中直達(dá)波，提取和增強(qiáng)地層反射信號(hào)，進(jìn)一步提高遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井的有效性和測(cè)量范圍。遠(yuǎn)探測(cè)成像的特點(diǎn)是通過(guò)一維的鉆井軌跡上的密集測(cè)量對(duì)三維空間的物體進(jìn)行成像。研究在復(fù)雜條件下遠(yuǎn)探測(cè)數(shù)據(jù)的快速成像處理可以很大地提高成像的精度和有效性；對(duì)成像結(jié)果的解釋也有很多工作可做，例如，如何判別裂縫和地層、識(shí)別油氣儲(chǔ)層，需要什么樣的理論、方法，可以和哪些其他測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)綜合使用等等，這些都有待于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中加以檢驗(yàn)、認(rèn)識(shí)、歸納和總結(jié)。展望聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景，除了上述應(yīng)用領(lǐng)域之外，其將會(huì)有以下2個(gè)方面重要應(yīng)用。

3.1 套管井中的應(yīng)用前景

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)在套管井中的研究和應(yīng)用目前開(kāi)展的還很少，在國(guó)外，Bradley等［7］報(bào)道了偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)在北歐北海地區(qū)的套管井中探測(cè)井外天然氣構(gòu)造的應(yīng)用。由于套管井的大量存在，研究套管井中的遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)對(duì)于油田的挖潛和改造十分必要。用一個(gè)套管井中偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像的實(shí)例進(jìn)行分析和解釋。圖6中第1道是某一快速地層的套管井中偶極橫波測(cè)井的原始波形圖，第2道顯示了成像井段的深度，圖6中顯示的主要為沿井傳播的彎曲波。聲源輻射到井外，由地層中反射體反射回來(lái)的波的振幅一般很小，往往被淹沒(méi)或隱藏于彎曲波之中。但是，通過(guò)成像處理，這些反射波可以被提取出來(lái)，并用于反射體的成像處理。處理結(jié)果如圖6第3和第4道所示。由于偶極聲源的指向性，采用四分量的測(cè)量數(shù)據(jù)（xx，xy，yx，yy；圖6中第1道顯示的是xx分量的數(shù)據(jù)），可以選擇不同的輻射方向進(jìn)行成像。第3和第4道的輻射方向分別是南北和東西方向。由6圖中的成像結(jié)果可見(jiàn)，在×628m的深度左右，距井約10m處，存在一近乎于垂直的反射體（圖6中紅色橢圓所圈部分）。該反射體在南北方向上清晰可見(jiàn)，但在東西方向上的成像結(jié)果相對(duì)模糊，幅值較低。在垂直反射體所處深度之上，存在一個(gè)過(guò)井的傾斜反射體構(gòu)造（黑色虛線所示），在這2個(gè)輻射方向上都可以看到，且清晰度相當(dāng)。圖6套管井遠(yuǎn)探測(cè)成像探到的井外反射體證實(shí)了套管井中進(jìn)行遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井的可行性，同時(shí)還看到了成像結(jié)果具有偶極輻射所示的方向性。

圖6 套管井中偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像處理結(jié)果例子

3.2 更遠(yuǎn)的探測(cè)距離

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)重要的石油地球物理測(cè)井技術(shù)。由于使用了相對(duì)單極聲源更低的聲源激發(fā)頻率（約3kHz），及偶極聲源本身所具有指向性，該技術(shù)解決了單極反射縱波存在的探測(cè)深度較淺及不能確定反射體方位的問(wèn)題。然而，現(xiàn)今的聲波測(cè)井儀器，無(wú)論是對(duì)于單極反射縱波成像，還是偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)，大都沒(méi)有考慮遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井的實(shí)際需要，因此，遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)一個(gè)最大問(wèn)題就是來(lái)自地層深部的反射信號(hào)相對(duì)于沿井傳播的直達(dá)波是一個(gè)十分微弱的信號(hào)，其振幅只有井中傳播聲波（稱為直達(dá)波）的幾十到幾百分之一，甚至幾千分之一。這種微弱信號(hào)往往被淹沒(méi)在聲波測(cè)井的數(shù)據(jù)噪聲之中，難以測(cè)量和處理。這種測(cè)量的局限性極大地限制了現(xiàn)有遠(yuǎn)探測(cè)聲波技術(shù)的廣泛使用。為了突破上述遠(yuǎn)探測(cè)聲波測(cè)井方法的局限性，進(jìn)一步提高遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井的有效性和測(cè)量范圍，必須考慮遠(yuǎn)探測(cè)的需要，對(duì)儀器進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化［35］。

圖7是利用新近研發(fā)的低頻偶極橫波儀器測(cè)量數(shù)據(jù)得到的井旁反射體成像結(jié)果圖。該儀器由于考慮到了遠(yuǎn)探測(cè)的需要，在發(fā)射功率、接收靈敏度、數(shù)據(jù)量化精度以及工作頻率范圍等方面做了進(jìn)一步的優(yōu)化。從圖7的成像結(jié)果圖可以看出，聲波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向之一就是探測(cè)徑向上更遠(yuǎn)距離的井旁地質(zhì)構(gòu)造體。相對(duì)于傳統(tǒng)的利用常規(guī)偶極或交叉偶極測(cè)井儀器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行聲波遠(yuǎn)探測(cè)，專用的聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀探測(cè)橫向距離將更遠(yuǎn)，從圖7中可以看到距離井孔70m范圍內(nèi)的傾斜裂縫和地層界面。這種儀器的成功應(yīng)用可以極大地拓展測(cè)井技術(shù)對(duì)井旁地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)能力，為下一步更好地將測(cè)井、地震及地質(zhì)結(jié)合起來(lái)提供技術(shù)支持。

圖7 利用專門的低頻偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)得到的井旁反射體成像結(jié)果圖

4 結(jié) 論

（1）聲波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井技術(shù)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的研究和應(yīng)用，已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，從最初的單極反射縱波成像技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在的偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)，它把聲波測(cè)井的探測(cè)距離擴(kuò)大到井外幾十米的范圍，改變了測(cè)井界“一孔之見(jiàn)”的宿論。

（2）偶極橫波的主要優(yōu)點(diǎn)是偶極聲源良好的低頻輻射特性和方位靈敏度，相對(duì)于SV型橫波而言，偶極聲源產(chǎn)生的SH型橫波，加上四分量的接收方式，具有全方位的輻射覆蓋性，這是偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)的重要基礎(chǔ)。

（3）橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像技術(shù)能真實(shí)地反映井旁地質(zhì)構(gòu)造，不僅比單極縱波技術(shù)看得更遠(yuǎn)，而且成像結(jié)果包含方位信息。該技術(shù)能夠有效探測(cè)過(guò)井的和井旁的裂縫（帶）、探測(cè)井外頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的構(gòu)造、識(shí)別井旁的隱蔽儲(chǔ)層等地質(zhì)構(gòu)造。

（4）對(duì)現(xiàn)有偶極聲源測(cè)井儀器按遠(yuǎn)探測(cè)的要求進(jìn)行改造和優(yōu)化，并改進(jìn)和完善數(shù)據(jù)處理技術(shù)和成像方法，可進(jìn)一步提高橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)的測(cè)量范圍和有效性，使之在套管井中的油氣挖潛和改造、井旁儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的精細(xì)描述、非常規(guī)油氣儲(chǔ)層構(gòu)造的探測(cè)中看得更深更遠(yuǎn)，成為地下油氣、礦產(chǎn)資源勘探的一門可靠的應(yīng)用聲學(xué)技術(shù)。

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