[其他]偶极声切变波测井的方法和装置

说明书

本发明涉及一种偶极声波测井的方法和装置;更具体地说涉及利用偶极声源在有套管和无套管钻井中的切变波速度测井。而且，本发明涉及存在钻井干扰声波至条件下测井时，切变波速度的确定。

早期广泛采用的声波测井技术，是测量由单极（轴对称）声源所激励的压缩声波横穿0.3米地层所需的时间。这被称作“德耳塔时间”（“deltat”）测量。例如，可参见施鲁姆伯格有限公司的“声波测井”，测井说明：第一卷，原理，1972年，第37页至41页（Schlumberger    Limited，“The    Sonic    Log”，Log    Zterpretation;Volume    1，Principles，1972，pp.37-41）。另一种熟知的波，即切变波，其波速也被发现是有用的，可以在一定的条件下，由常规的单极声波测井下井仪得到。

在常规的声波测井中，当单极声源发出的能量发生模式转换并且在井壁上发生临界折射时，就会激励起切变波。遗憾的是，切变速度并非总是存在的。例如，在相对松散的地层中，由于切变速度小于或等于钻井的流体速度，切变速度便不能直接得到。在这些情况下，以切变速度传播的能量不能发生临界折射，因而没有切变能量沿井壁传播。更有甚者，在某些情况下，切变能量由于压缩波至而被强烈地误差和阻隔。

早在1967年，J.E.怀特（White）就提出一种能记录所有各种波型，包括切变波，但又不依赖于折射的下井仪。参见J.E.怀特，“休拉测井：一种建议采用的声波下井仪”，《专业测井分析工作者协会汇刊》，第八届年度测井专题讨论会，论文I，1967年（J.E.White，“The    Hula    Log：A    Proposed    Acoustic    Tool”，Paper    I，Transactions    SPWLA，Eighth    Annual    Logging    Symposium，1967）。这种下井仪包括与井壁接触的四个点力紧压于井壁支承的换能器，据说，它能激励起四种钻井波型：径向波型式，轴向波型，扭转波型和弯曲波型。图1和图2所示的径向波型和轴向波型，被看作类似于常规测井下井仪的激励源特性。图3所示的扭转波型，据说完全由切变波组成。图4所示的弯曲波型，据说由伴随井壁显著运动的切变波组成。图1-4中的矢量线，指出了所施的点力的方向，并表示成同样大小。由于扭转波型和弯曲波型作用时，直接激励起切变波，因此，即使是在慢地层中，当临界折射不能发生时，也可望探测到切变作用。但是，对于弯曲波型，怀特从慢页岩地层中只发现微弱的切变作用。

在怀特以后，还有人提出过一些其他的接触换能器或称“直接激励”换能器。例如可参见：1983年7月19日公布的授予瓦特（Waters）的美国专利第4，394，754号;1983年4月19日公告的授予瓦特（Waters）等人的美国专利第4，380，806号;1967年11月28日公布的授予埃里克森（Erickson）等人的美国专利第3，354，983号。这一类型的接触装置，从工业适用观点看，一般是不受欢迎的，因为它们严重限制了测井的速度。

对于弯曲波型，怀特还提出一种测井下井仪，该下井仪有一个能提供偶极型或对称型激励声源，它是间接地通过钻井流体，而不是直接地通过换能器与井壁接触发生作用的。每一发射换能器和接收换能器皆由钛酸钡对分半圆筒组成。例如，就发射换能器而言，它的两个半圆筒分别由极性相反的电压所驱动，因而，其中半个圆筒发射正压力脉冲，而另半个圆筒发射负压力脉冲。参见1971年7月13日公告的授予怀特的美国专利第3，593，255号。

还有其他一些类型的采用间接偶极激励声源的测井系统，被建议用于切变波测井。基苏内泽基（Kisunezaki）提出一种具有动圈或圆筒的偶极声源。圆筒的运动，在垂直于井轴方向排出一定量的水，同时从相反的方向吸入同等量的水。参见1980年6月17日公告的授予基苏内泽基的美国专利第4，207，961号;也可参见1983年5月17日公告的授予奥古拉（Ogura）的美国专利第4，383，591号。

其他用于提供偶极间接激励的换能器设计，都包含有弯曲型元件。1981年7月15日公告的安高纳（Angona）和泽马奈克（Zemanek）发明的欧洲申请专利公告第31，989号，介绍了这种设计，它包含有两个粘在一起，并镶插在一塑料封装化合物中的片状压电元件。这种设计也可参见1983年5月10日公告的授予考德威尔（Caldwell）的美国专利第4，383，308号。