[发明专利]与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪、测量慢地层横波速度的方法

说明书

本发明提供了一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪、测量慢地层横波速度的方法。与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪中的底部钻具组合包括钻铤和钻头，钻铤的端部上安装钻头，钻铤上连接的单极随钻声波测井仪包括：安装在钻铤上的声波接收器；安装在钻铤上的单极子声源，并且单极子声源发出预定频率范围的声波；单极子声源与声波接收器之间由隔声体连接；钻铤的外直径D1与钻头的外直径D2的比值为d，则0.75＜d＜1。应用本技术方案能够解决现有技术中存在的对于慢地层横波速度测量，需同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层纵波与横波速度，操作过程与数据处理复杂导致测量精度不高和效率降低的技术问题。

技术领域

本发明属于石油钻井测井技术领域，更具体地说，是涉及一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪、测量慢地层横波速度的方法。

背景技术

根据测井方式，油田测井可分为电缆测井和随钻测井。电缆测井是通过电缆把声波测井仪下放到油井中采集数据，测井操作过程要求停止钻井作业并把钻杆抽出，才能把声波测井仪放进油井内。随钻测井则能够实现边钻井边测量数据。因为随钻测井不会影响钻井作业的进度，所以可以缩短工程项目整体的完成时间，从而降低成本。

声波测井的主要目的是应用声波方法测量地层的纵波速度与横波速度。这些数据可以用于计算地层的弹性参数、孔隙度、孔隙压力等。

随钻声波测井中对声波在地层中井孔响应特征的很多认识，都是基于电缆声波测井研究延伸得到的。为了减少声波测井仪对数据测量的干扰，电缆声波测井仪会采用特殊的结构设计和材料器件来实现声源与接收器间的隔音。而随钻声波测井仪是直接安装在钻铤上，因为钻铤需要保证有足够的强度来支撑钻头的钻井活动，所以随钻声波测井仪很难实现很好的隔音效果，并且随钻声波测井仪整体的声阻抗比较高。因此随钻声波测井仪与电缆声波测井仪之间，两者对数据测量的影响存在非常大的差异。

现代随钻声波测井方法主要包括单极子(monopole)测井和四极子 (quadrupole)测井。当地层横波速度大于油井中钻井液波速时，该地层称为快地层，此时，单极子测井通过测量油井中接收到的滑行纵波与滑行横波的走时差，即可获得该地层的纵波速度与横波速度信息。当地层横波速度小于钻井液波速时，该地层称为慢地层，只有纵波能在慢地层的油井壁上形成滑行纵波而无法形成滑行横波，此时单极子测井仅可获得地层纵波速度。对于慢地层横波速度的测量，需要通过四极子测井来分析四极子源产生的螺旋波(screwwave) 来测量。因此，想要通过随钻测井来获得地层的纵波速度与横波速度信息，在快地层中只需要使用单极子测井，但慢地层中需要同时使用单极子测井和四极子测井。不少松软的泥岩层或压力较高的砂岩层的横波速度都小于钻井液的波速，为典型的慢地层。

在慢地层中，传统单极子源只能用于测量纵波速度，需要另外应用四极子源产生的螺旋波才能获得地层横波速度信息。但螺旋波的波速是与波的频率相关的，不同频率的波以不同的速度传播(这种现象称为频散)。四极子源产生的螺旋波包含很多频率成分，只有当频率接近于低频截止频率时，它对应的波速才是真实的地层横波波速。因此四极子测井数据需要进行一些专门的数据处理，用于修正频散的影响，才能获得真实的地层横波速度。而螺旋波的频散特性同时还受随钻声波测井仪结构与属性的影响，因此应用四极子测井测量地层横波速度需要进行比较复杂的数据处理，这可能会导致结果的可靠性降低。因此，同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层横波速度，操作过程和数据处理复杂导致测量精度不高且效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与底部钻具组合配合使用的单极随钻声波测井仪(也可简称为“与钻具组合配合的测井仪”，即底部钻具组合简称为钻具组合，单极随钻声波测井仪简称为测井仪)、测量慢地层横波速度的方法，以解决现有技术中存在的对于慢地层横波速度测量，需同时使用单极子测井和四极子测井来分析地层横波速度，操作过程与数据处理复杂，导致测量效率降低的技术问题。