[发明专利]一种井中三维探测的多分量声波测井装置

说明书

本发明公开了一种井中三维探测的多分量声波测井装置，包括：声学测量装置及处理器；所述声学测量装置包括：多方位发声且多源距的多极子声源阵列发射器短节、发射和接收之间的隔声短节、多个周向等间隔布置的方位单元接收站阵列短节和深度定位装置。所述处理器分别与各所述多方位单元接收站和深度定位装置通信连接。本发明可以解决在常规三维探测(轴向、径向、周向)的声波测井技术中，多方位探测(井周360度)和多尺度探测(近井和远井)的技术问题。

技术领域

本发明属于地球物理测井技术领域，具体涉及一种利用多阵列、多方位、多极子声源形成的发射模式，多方位、多阵列接收形成的接收模式，不同收-发组合模式形成多分量数据，实现井中轴向、径向、周向三维探测的声波测井方法和装置。

背景技术

随着油气勘探目标向缝洞型碳酸盐岩油气藏、裂缝型砂岩油气藏和非常规油气藏等复杂储层转变，测井探测对象也从均质油气藏向非均质油气藏转变。对测井技术的需求也从一维探测向三维(轴向、径向、周向)探测，从井壁(1-2厘米)、近井(1-2米)到远井(井外数十米)多尺度综合探测转变。常规声波测井只提供沿着井轴的一维声速曲线，难以满足非均质油气藏三维、多尺度探测的需求。

根据离井探测距离，井中采集的声波全波形可分为井筒直达波和地层反射波。直达波是沿着井筒地层附近滑行的面波，对井外地层的探测距离一般为1米左右。单极源-单极接收及偶极源-偶极接收的收-发模式的直达波经时间-慢度相关处理(Kimball andMarzetta.1984.Semblance processing of borehole acoustic arraydata.Geophysics)得到沿井中一维的地层纵波、横波、斯通利波声速曲线。单极源-单极接收的到时层析反演(Hornby.1989.Tomographic reconstruction of near-boreholeslowness using refracted borehole sonic arrivals.Geophysics)或偶极源-偶极接收的弯曲波频散反演(Tang and Patterson.2010.Mapping formation radial shear-wavevelocity variation by a constrained inversion of borehole flexural-wavedispersion data.Geophysics)得到井附近1米范围的声速变化二维(轴向和径向)剖面，结合单极源-多方位独立接收的收-发模式或正交偶极源-正交偶极接收的收-发模式能增加周向探测信息，实现井附近1米的三维声速成像。相比于普通超声固井评价技术受到偏心影响严重的缺点，单极源-多方位独立接收的收-发模式由于声源频率低，对偏心不敏感，也可进行套管井固井质量评价。正交偶极源-正交偶极接收的收-发模式经Aford旋转实现井周HTI地层各向异性探测(Tang and Chunduru.1999.Simultaneous inversion offormation shear-wave anisotropy parameters from cross-dipole acoustic-arraywaveform data.Geophysics)。

地层反射波是声源在地层中产生的体波，辐射至地层远处再反射被井内接收的弹性波，对井外地质体的探测距离可达数十米。利用井中声源(单极或偶极)辐射到地层声阻抗界面再反射回井中被接收的反射波，经信号处理后可实现井外数十米范围的地质构造成像，称为声波远探测技术(Hornby.1989.Imaging of near-borehole structure usingfull-waveform sonic data.Geophysics；Tang.2004.Imaging near-borehole structureusing directional acoustic-wave measurement.Geophysics)。单极源远探测探测距离短(一般为15米)，但井中直达波干扰强；偶极源远探测探测距离探测距离较远(达25米，甚至更远)，且井中直达波干扰少。声波远探测技术由于受到井中直达波干扰和常规仪器收-发模式限制，在成像信噪比和界面方位多解性含存在瓶颈。