就目前几种勘探方法来说，地震勘探方法探测范围大，但纵横向分辨率较低难以满足高精度勘探要求(李鲲鹏等，1997；赵俊猛等，2000；陈志德等，2012)；常规测井方法径向探测深度小，难以了解储集层横向变化或井壁裂缝向外延伸发育情况(孙炜等，2014)；VSP方法对井周围大斜度地层和复杂构造地层不能真实成像(邹延延等，2011).对于非均质性储集层来说，据井眼数十米范围内的地层界面、裂缝、断层或孔洞等的发育程度和横向分布情况也需要进一步了解，由此，为了得到井周围地层构造的准确成像，单井反射声波远探测技术应运而生并逐渐发展起来.

远探测声波成像测井采用地震工作方式(薛梅等，2002；楚泽涵等，2005)，以辐射到井外地层中的声波能量作为入射波，探测从井旁地层界面、裂缝和断层等声阻抗界面反射回来的声场(Hornby，1989；Yamamoto et al., 1998；Chabot et al., 2001；Tang et al., 2007；Patterson et al., 2008).1998年，Schlumberger公司以单极子为声源研制的单井反射波成像测井仪探测范围约为3~10 m(Schlumberger，1998)，但单极子声源无方向性，因而不能确定反射体的方位(唐晓明和魏周拓，2012a; 唐晓明等，2013).2004年，唐晓明教授首次把偶极子声源引入到单井反射声波测井中(Tang，2004).偶极声源由于使用比单极子声源较低的2~5 kHz频率，因此，与单极纵波法相比，偶极横波法有较深的横向探测深度.另外，采用四分量的偶极发射和接收，还可以同时确定反射体走向的方位(唐晓明和魏周拓，2012a;唐晓明等，2013).

中海油服基于偶极横波远探测声波成像方法的理论基础，研发形成了偶极横波远探测声波成像测井仪器.测量的数据经过软件成像处理以后能够对井眼周围70 m范围以内的裂缝、断层或溶蚀孔洞等构造进行清晰成像.随着远探测横波反射波测井技术及仪器的不断完善改进，井周围地层勘探的分辨率和探测深度大大提高，填补了常规声波测井与地震勘探之间的空白，为井间油气储集层的精细描述提供了一种新的技术方法.

偶极横波远探测测井技术以辐射到井外地层中的偶极子声源作为入射波，探测从井旁的倾斜地层界面、裂缝和孔洞等声阻抗界面反射回井中的横波，对井周围的这些地层构造进行声波成像.唐晓明教授利用正交偶极测井仪进行了偶极横波反射波的测量，测量结果显示井孔中接收到的反射波RWV表示(唐晓明和魏周拓，2012b)为

在井中，可以用两组正交的偶极发射和接收系统来接收这些入射波，两组系统指向分别为x方向和y方向，当x方向声源发射时，把入射的SH和SV波位移矢量分别投影到x和y方向就得到两个方向上的接收信号，类似地，当y方向声源发射时，同样可以得到x和y方向的两个分量(唐晓明和魏周拓，2012b)：

把上面四个接收分量组合起来，得到SH横波和SV横波为

在反射体与井基本平行或两者夹角很小的情况下，SV波很小或者可以忽略不计，这时候仅利用SH波就可确定反射体的大小和方位，

常规声波测井通常利用的是折射声波的波场，其探测深度相对较浅，偶极横波远探测测井利用的是反射波波场探测井旁的地质体，其探测深度通常为几米到几十米，因此，对仪器的要求是更远的探测深度，更高的采集精度及信噪比.中海油服基于偶极横波远探测声波成像方法的基本理论，在原有交叉偶极仪器EXDT61的基础上进行优化设计，研制出适合远探测测量的偶极横波远探测测井仪器EXDT71.远探测仪器与原交叉偶极仪器相比，增加了数据采样点数，提高了仪器接收灵敏度和数据量化精度，并且不压缩波形.另外，最大测速和单周期上传的数据量也有大幅度提高，极大节约了测量的时间.

图 1为EXDT71测的原始波形，单极和偶极首波波至时间曲线形态一致，在首波到达之前没有明显的噪声信号.在单极源波形中，纵波、横波和斯通利波界面清楚.偶极源波形中，同深度XX方向接收器与YY方向接收器、XY方向接收器与YX方向接收器记录的偶极横波幅度一致性较好，且进行重复性检查和地层的对应性检查都符合率良好.EXDT71与目前应用较多的各种阵列声波测井仪相比，记录长度明显增加，一般单极记录长度约为8 ms，偶极记录长度约为15 ms，EXDT71记录偶极长度约为40 ms，极大延长了波形的记录时间，且反射波清晰，波形质量较好(图 2)，为评价离井壁较远范围内储层的变化情况奠定了数据基础.

图 1

Fig. 1

图 1 EXDT71记录的单极及偶极波形 Fig. 1 Recorded monopole and dipole wave by EXDT71

图 2

Fig. 2

图 2 EXDT71与常规阵列声波测井仪测量波形对比 Fig. 2 The wave recorded by EXDT71 and conventional array acoustic logging instrument

在阵列声波数据采集后，我们必须先对数据做波形旋转处理，也就是对仪器进行方位校正，把仪器坐标校正到大地坐标.因为在测井时常发生声波仪器旋转，当仪器旋转时，它的方位会相对反射体变化，如果没有校正，仪器旋转的影响会模糊测量的方位信息.

波形旋转处理以后即对数据进行成像预处理，成像预处理包括压振和波幅补偿处理.压振波的目的就是利用最小二乘法寻找一个合适的滤波器Fltr，当最小时，使输入波形wv滤波后接近于理想波D，达到对波形整形的目的，减少振荡周期，提高反射体的分辨率，便于成像处理.

波幅补偿的目的是选择合适的品质因子Q值以补偿后续波振幅，使声波反射波振幅加强，该方法沿用了地震资料处理中的逆衰减滤波技术.地层介质在大多数情况下具有非完全弹性性质，声波在其中传播时会发生能量的损失，地层的吸收衰减特性用地层的品质因子Q来描述，衰减因子可表示为exp(－πft/Q)(宫同举等，2009)，其中f表示频率，t为声波传播到某一深度时的旅行时，衰减补偿可表示为wvexp(πft/Q).

成像预处理后便可以开始成像处理.反射声波成像处理前必须对全波列信号进行波场分离，因为声波测井数据中井中模式波的振幅很大，反射波的振幅比起井中的模式波通常要小很多，因此必须对仪器接收到的全波列信号进行波场分离以提取反射波信号(Tang X M et al. 2009)，进而对提取出来的上行反射波和下行反射波分别进行偏移成像处理最终得到地质反射体的图像.(魏周拓等，2010；王乃星等，1998；乔文孝等，2004；李长文等，2003)

成像后处理是指对成像处理的结果进行滤除直达波或噪声等的处理，使成像效果更好.数据处理流程及关键技术见图 3.

图 3

Fig. 3

图 3 数据处理流程图及对应关键技术 Fig. 3 Data processing flow chart and corresponding key technologies

为了验证偶极横波远探测仪器和成像处理方法的可靠性，我们先采用两口实验井进行了验证.两口实验井间距4.4 m，呈南北向分布，1#在南门，2#在北面，在1#中利用远探测仪器进行声波数据采集，图 4右为利用采集的数据处理出的成像图，在南北方向上，1#中能够观测到来自2#钢套管的横波反射信号，说明偶极横波远探测仪器设计合理，成像处理方法有效，可以对其它井进行解释评价.

图 4

Fig. 4

图 4 实验井模型及2#钢套管在1#中偶极横波远探测反射成像图 Fig. 4 The model of the test well and the dipole acoustic reflection imaging of the steel sleeve in 2#

为了分析偶极横波远探测成像技术的应用效果，我们分别选择了含有高角度构造的砂泥岩地层井、 缝洞型地层井、 压裂井、含少量裂缝的复杂岩性储层中的井等进行了测试，目前发现，偶极横波远探测成像技术在评价地层界面和含裂缝、缝洞型的储集层中取得了良好的应用效果.

(1)直井倾斜层或斜井水平层构造探测

根据偶极横波远探测成像处理原理，与井垂直相交的层界面不能成像，因此，利用偶极横波远探测成像结果可以评价与直井斜交的构造，或者是与斜井相交的水平的构造.

图 5为依据某井的四分量交叉偶极数据得到的偶极横波远探测成像结果与地层倾角统计对比图，该井岩性主要为砂泥岩，过井裂缝不太发育.从偶极横波远探测反射成像图上能够清晰地看到一系列连续性较好的与井斜交的反射体(白色箭头所指)，反射体倾角约25°，从地层倾角统计图上能看出地层倾角主频在20°~30°之间，由此可以判断远探测成像图上显示的反射体即为地层界面，也就是说，利用偶极横波远探测成像结果不仅能识别地层界面，而且能大致估算出地层倾角度数.

图 5

Fig. 5

图 5 直井旁倾斜地层界面在偶极横波远探测反射成像图上的显示 Fig. 5 The dipole acoustic reflection imaging of the dipping formation interface beside vertical wellbore

(2)过井裂缝探测

当裂缝与井眼相交时，在电阻率成像测井图像上能够识别，而裂缝延伸多远就要借助于偶极横波远探测成像来进行研究.

图 6中给出了四分量交叉偶极数据得到的偶极横波远探测成像结果与电成像对比图，该井岩性致密坚硬，岩性复杂，层厚变化大，厚层能达十几米，薄层不到一米，层界面丰富，裂缝也十分发育.从偶极横波成像图上可以清晰地看到两组倾角不同的反射体，一组反射体倾角较小，约25°，为地层界面，据电成像结果计算的地层倾角度数与此相当.另一组反射体倾角较大，约50°，径向成像深度可达70 m，裂缝与井相交的深度段大概在2260~2270 m和2310~2330 m附近，从电成像成果图上也可以明显看出在该深度段附近，井壁也存在着倾角较大的裂缝，通过拾取井壁裂缝计算得到的裂缝倾角和偶极横波成像结果计算的裂缝倾角基本一致，说明偶极横波远探测成像图中解释的反射体就是过井裂缝在地层中的延伸.这四条裂缝在距离井周70 m处都能看到，延伸较远.

图 6

Fig. 6

图 6 过井裂缝在偶极横波远探测反射成像图和电阻率成像测井图上的显示 Fig. 6 The dipole acoustic reflection imaging and resistivity imaging of the cracks over well

(3)井旁缝洞探测

当井旁发育缝洞且与井眼不相交时，根据电阻率成像测井图像无法识别井旁较远缝洞的发育，此时远探测成像可以为寻找井间油气储集层提供一种新的方法(李连锁等，2008；柴细元等，2009；张承森等，2011).

图 7中井利用常规测井资料解释物性较差，孔隙度2.0％左右，成像测井在该段解释出有少量高导缝，诱导缝较发育，但该段气测值较高，因此决定对该井进行远探测成像处理，探测离井壁较远处是否有缝洞发育.

图 7

Fig. 7

图 7 井旁缝洞在偶极横波和单极纵波远探测成像图上的显示 Fig. 7 The dipole and monopole acoustic reflection imagings of the fractures and caves near a wellbore

图 7中上幅图为利用该井的四分量交叉偶极数据得到的井旁缝洞成像结果图，分别在南北向、北偏东30°、北偏东45°、北偏东60°和东西向进行了远探测成像处理，下幅图为利用该井单分量纵波数据得到的井旁缝洞成像结果图.

从该井偶极横波远探测成像图中可以清晰地看到井旁在不同方位上存在多处反射体，反射体在离井壁25 m范围内，结合该区区域地质资料和其它资料判断图中反射体可能为缝洞型构造.上部反射体为一组裂缝，在南北方向上，该组裂缝隐约可见，在东西方向上该组裂缝较发育，可见该组裂缝走向为东西向，下部洞在南北方向—北偏东45°方向上都比较发育，规模较大.对该段进行压裂，压裂后见工业油流，证实了偶极横波反射波成像对井旁储集层的解释是合理的.这组缝洞也充分证明了四分量偶极横波远探测测井的方位性.

另外，对该段的单极纵波数据也进行了成像处理，并与偶极横波成像结果进行对比发现，偶极横波成像的清晰度明显优于单极纵波，单极纵波成像不能完整反映缝洞的发育情况，但基本可从单极纵波成像结果中确认该段确实有缝洞发育，这也再次证实了偶极横波成像结果的可靠性.

远探测声波测井技术近年来的一个重要进展是利用偶极横波远探测仪器来发射和接收地层深部的反射信号，中海油服研发了偶极横波远探测仪器，并对各种岩性地层井进行了测试，取得了如下的应用效果：

(1)研发设计的偶极横波远探测仪器的采样点数、精度和信噪比等能够满足远探测测井的需求.

(2)偶极横波远探测声波反射波成像资料与常规测井、电阻率成像测井等资料相结合综合分析，能够反映井旁70 m范围内的地层界面、裂缝等地质体的发育情况和径向延伸情况，为井旁油气层的精细描述提供了一种新的技术手段.

(3)在实际应用中，采用四分量的偶极发射和接收，能够确定井旁反射体走向的方位.

致 谢 本文得到资料解释中心张聪慧高工的悉心指导和帮助，还有声波项目组的全体成员也给本文以极大的帮助，在此一并致谢.