[发明专利]声波测井波动声学方法

权利要求书

1.一种声波测井波动声学方法，其特征在于，包括以下过程：

1)在待测井内液体中沿井轴居中放置声波测井仪器，声波测井仪器包括同轴设置的发射探头和阵列接收探头；

2)发射探头激发振动，在井内液体中阵列接收探头接收井内不同源距的声波测井波形，处理井内声波测井波形，从中得到波数-频率分布曲线；建立裸眼井模型或套管井模型，计算井内液体中声波传播的二维谱以及二维谱幅度极值的分布曲线；井内液体中以地层纵波、横波和井内液体速度传播的声波为斜率不同的斜直线，分别称为纵波速度线Vc、横波速度线Vs、井内液体速度线Vf；；

3)根据井内液体中声波二维谱和波数-频率分布曲线进行测井应用：

应用1：地层横波时差处理方法

根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线在与横波速度线重合处消失，从中找出靠近横波速度线的地层横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到横波、伪锐利波的时差频散曲线，将横波和伪锐利波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的横波时差，取其倒数即为横波速度；

应用2：地层纵波时差处理方法

根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线有的部分与纵波速度线重合，有的靠近纵波速度线；从中找出靠近纵波速度线或与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到纵波的时差频散曲线，将纵波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的纵波时差，取其倒数即为纵波速度；

应用3：地层纵波时差的径向分布

在与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层纵波时差的径向分布；

应用4：地层横波时差的径向分布

在与横波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层横波时差的径向分布；

应用5：伪锐利波时差的径向分布

在与横波速度线接近的伪锐利波的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层伪锐利波时差的径向分布；

由于横波速度与伪锐利波的速度接近，在波数-频率分布图中是连接在一起的，所以，伪锐利波时差的径向分布与地层横波时差的径向分布大多数情况下是重叠的，两者都表示地层横波的径向分布，两者在地层中的分布方式不一样；

应用6：波数的三个区域与对应模式波的探测区域

根据井内液体中声波二维谱分布，将波数分为三个区域：波数小的区域径向波数比较大，入射波偏向半径方向，径向探测深度比较深；波数大的区域径向波数比较小，井内入射波偏向井轴方向，径向探测深度浅；波数位于中间的区域，两者均能够涉及，探测不同径向深度地层的纵波时差和横波时差；

应用7：频率的三个区域与对应模式波的探测区域

根据井内液体中声波二维谱分布，将频率分为三个区域：在低频区域，井内能够传播的声波只有Stoneley波，波形最单纯，只能够探测井壁z方向的波阻抗突变，寻找裂缝或岩溶、空洞；随着频率的增加则开始有单一的纵波、横波以及伪锐利波分布出现，该区域称为中频区域，这一区域的声波探测深度比较深，其单一的频散曲线能够给出不同深度的纵、横波时差的径向分布；进一步增加频率则为高频区域，主要特征是：有多个模式波同时存在，叠加在一起构成响应波形；测量的波形涉及多个频散曲线，多个频散曲线综合作用形成井内液体的反射波、纵波、横波以及面波的耦合波波阵面，与井外固体的透射纵波和横波以及伪锐利波相对应；

应用8：模式波的截止频率与最大探测深度

根据井内液体中声波二维谱分布特征——模式波均具有截止频率，声波测井纵、横波和伪锐利波的探测深度由截止频率位置的波数确定，其对应波数的倒数是声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，即最大探测深度；也是理论上声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，该径向探测深度主要随井眼半径改变：井半径越大，截止频率越低，对应的波数越小，探测深度越深；最大探测深度也同时受地层纵、横波时差影响：纵横波时差不同，相同截止频率对应的波数不一样，最大径向探测深度也不一样。