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浅谈声波测井技术发展现状与趋势

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摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技

术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技

术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的

多极子声波测井技术已经进入产业化进程。

关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波

测井；

从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井

测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极

其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的

弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹

性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层

应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进

行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形

成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方

法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；

为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供

输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融

现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新

科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声

波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要

的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的

测井方法之一。

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一、测井技术发展现状及趋势

声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断

增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波

测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、

四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔

中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的

需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不

断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一

方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围

在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声

波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟

电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理

器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、

逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代

声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的

基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方

向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增

加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构

和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。

（一）单极子声波测井技术

声波测井仪器的声系一般由声波发射探头、隔声体和声波接收探

头等部件构成。在井下采用单极子声源(对称声源)及单极子接收技

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术的声波测井技术称之为单极子声波测井技术或者为对称声波测

井技术。井下的单极子声源采用圆管状结构的压电振子，其在沿径

向膨胀和收缩的振动过程中始终保持圆管状的对称外形不变。当圆

管状的压电振子所辐射声波的波长比压电振子的尺度大许多时，可

以将圆管状的压电振子视为一个脉动球源，其辐射指向性近似为一

个球面，其水平指向性曲线近似为如一个圆圈。井下的单极子声源

可以向各个方向的井壁均匀辐射声波能量，显然，由单极子接收器

接收到的声波信号携带了整个圆周上井壁介质性质的综合信息。

单极子声源在硬地层井孔中激发起以滑行纵波为首波，包括滑行

横波、伪rayleigh波和stoneley波为先后顺序的全波列，其中滑

行纵波、滑行横波、伪rayleigh波和stoneley