海洋技术▏声波远探测技术概述及发展
远探测声波反射测井使测井实现了由井孔近端几米到井孔远端数十米范围的跨越，在探测深度方面填补了测井与地震之间的空白，不但可对井壁成像观察到的裂缝进行有效性评价，还可以对井外数十米内可能存在的异常体进行探测，可以在其它勘探手段无法达到的分辨率上提供地层的构造特征，对井周围的地层构造进行成像，具有广泛的应用前景。现今，相关技术研究的文献较多，对发展进行论述，对发展趋势和前景进行分析的少。本文系统梳理了近年来声波远探测测井的发展脉络，从基本原理、仪器研发、处理解释技术和应用研究进展等方面展开论述，重点介绍了现阶段的突破性进展，最后对理论及该技术发展前景进行了展望。
一、声波远探测发展概述
声波远探测测井也称单井反射声波远探测，是以井中声源辐射到井外地层中的声场能量作为入射波，探测从井旁构造反射回来的声场。通过分析处理接收到的全波信号，可以对井周围的地层构造进行声波成像，并获得井旁地质构造信息，其在井旁裂缝及构造体识别等方面具有重要作用。根据成像所利用反射波性质不同，声波远探测技术又分反射纵波成像（主要针对单极子）和反射横波成像（主要针对偶极子）。
⒈单极子反射纵波远探测
单极子反射纵波远探测与常规地震勘探原理类似，提出较早。国内单极子纵波反射成像与国外几乎同步，但走的是企业和高校产学研相结合的道路，数值模拟、实验研究和仪器制造系统化同步进行，更为系统。
⑴国外发展
斯伦贝谢在理论分析基础上，对模拟数据和仪器（单发12接收器接收）测量数据进行处理解释（fk滤波，共中心点叠加和反映射成像）和原理验证；但是单极子纵波成像源距固定条件下，探测深度及信噪比有较大限制，随后开展了相关源距与波形相关分析、基于DSI的改进仪器研制和基于改进测量技术（BARS）的算法（Wiener反褶积、叠前广义Radon 变换偏移成像）研究，并在裂缝地层进行了成像应用，逐步技术发展，Sonic Scanner测量仪器产生，通过8个接收方向中的4个和8个方向数据分析，加入适应性交互滤波、参数反演进行波场分离的方法和S-S波进行裂缝识别的方法不断完善其BARS技术进行了远探测技术，使得成像结果对方位具有一定的分辨能力，在气液边界和储层边界识别、非常规储层勘探裂缝寻找和从水平井中对邻近垂直井成像进行了应用；贝克休斯则利用其XMAC(Elite) 仪器，开展相关单极子反射纵波处理及成像技术的研究，并对斜井和各向异性地层进行了应用；MIT和CREWES项目组则进行了实验室合成树脂缩尺模型单极子全波采集以及纵横波传播性质分析，相关数值模拟及分析，利用现有地震软件对DSI测量数据进行远探测处理)和Karhunen-Loeve(KL)变换等相关算法以及成像方法的探索)等工作，为单极子反射纵波远探测理论奠定基础。
⑵国内发展
大港油田测井公司首先对XMAC 仪器数据开展PP 波反射波成像分析，并在大港油田千米桥潜山碳酸盐岩储层评价中进行了应用，并随后与中国石油大学（北京）通过实验与数值模拟相结合的方式，研究了探头频率特性、源距以及采集时间等因素对单极子反射纵波性质的影响，提出了一套能探测井外10～15m范围的远探测声系设计方案，获取了远探测对探头几何尺寸、频率、幅度以及相控阵等参数的要求，并针对探头频率做了测试实验，通过在模型井中的实际实验，得到可以通过降低声波信号的频率增加探测深度的结论，最终研发远探测声波成像测井仪研发，并在裂缝性火山岩储层和缝洞型碳酸盐岩储层评价以及利用反射波能量进行储层预测探索方面进行了应用，通过实验模型模拟过井壁裂缝模拟、井旁裂缝模拟和井旁溶蚀孔洞指导现场解释；高校及科研院所则在缩尺混凝土模型实验测量、有限差分和有限元数值模拟和相控阵声源研制、波场分离技术（多尺度相关法和Modified Ridgelet 变换、Radon 变换和高分辨率Radon 变换等）、基于散射理沦的等效偏移距偏移方法、随钻条件下钻铤影响和裂缝张开度等参数对声波远探测识别裂缝条件等方面进行了大量工作，支持远探测仪器的研发和处理解释。
⒉偶极子反射横波远探测
因为软地层单极子测井无法记录到横波信息，根据正交偶极子测井中弯曲波低频声速与地层横波声速基本相等的性质，发展了该项技术，同时也为最大主应力方向和大小的计算创造了条件。偶极子反射横波成像是在正交偶极子测井技术上发展起来的，由于反射横波对流体更好的探测能力（流固界面横波全反射），偶极子具有偏振特性能够形成不同走向的地质异常体成像图（方位指向性），以及反射波信噪比（杂波干扰较少）更强，偶极子反射横波远探测与单极子反射纵波远探测相比具有明显的优势。偶极子横波远探测在国外首先提出，但却是在国内快速发展完善的。
⑴国外发展
随着声波远探测技术发展，贝克休斯在进行单极子纵波反射成像的基础上，综合研究了偶极子横波辐射特性、接收和反射特性，开发了基于XMACII仪器的阵列数据波场分离技术、中值滤波去直达波、数据叠加技术和偶极子横波反射成像等技术，在岩丘、裂缝及层界面识别中进行了应用。
⑵国内发展
中国石油大学（华东）首先提出了通过控制声源激发频率，使其在弯曲波截止频率以下激励的方法进行远探测仪器设计，通过对软地层偶极子反射纵波、硬地层偶极子反射横波辐射、接收、反射特性(和差分模拟与实验室缩尺模拟研究偶极子声源井外纵波、SH 和SV 型横波性质，确立了偶极子反射横波远探测仪器优选关键参数，并对套管井条件下偶极子反射横波远探测可行性进行了研究，为偶极子横波远探测奠定了理论基础；其他高校和科研院所则针对现有偶极子反射横波成像仪器现有问题，开展了三分量传感器方法研究和相控阵三维SH横波远探测测井理论研究，为偶极子横波远探测的不断完善提供条件；与此同时，国内企业在偶极子横波远探测仪器研发、处理方法改进和应用方面做了大量的工作，走在了世界声波测井前列：中石油各单位侧重于利用现有仪器进行方法处理和软件开发，在塔里木地区和川渝地区对界面、裂缝、和溶蚀孔洞发育等相关储层射孔及酸化压裂提供指导，中海油利用现有仪器研究了与井斜交地层、过井裂缝和井外缝洞的成像特征，并基于改进研发偶极子横波远探测测井仪器，对井外70m 过井裂缝成像与解释模式研究，中石化胜利测井公司一方面利用现有仪器进行了裂缝和溶蚀孔洞远探测特征描述和识别，一方面研发多分量横波远探测成像测井仪进行反射横波超远距离探测，对井外100m范围内地质异常体进行成像。
二、声波远探测技术作用及应用实例
远探测仪器的主要作用有：①井筒及以远地质异常体精细描述；②支持和优化钻井设计；③提升井震结合水平，可以对缝洞型储层裂缝、溶孔和溶洞的描述，为石油工程提供技术指导和支持勘探及开发生产提供基础。通过该项技术的初步推广应用（处理解释新井正交偶极子资料38口、老井42口；新仪器测井解释14口），已在碳酸盐岩、火成岩、变质岩等复杂缝洞型油气藏、非常规油气的勘探开发中取得明显的应用效果。
⒈过井裂缝
X1井录井显示为荧光-油斑级显示13m/5层，显示较好，但远探测处理结果显示井外反射信息较少，仅见到一条明显过井裂缝（图1），走向为NEE-SWW。压裂后试油，累计产油4.54t。在采取完井措施时，以钻穿裂缝形式侧钻，从而钻遇更多的裂缝面，扩大含有面积，侧钻井远探测成像结果显示889～1514.92m段，裂缝反射异常数量比直井有所增加，表明侧钻后钻遇更多的裂缝。
图1 X1井及X1井侧钻井常规测井及偶极子横波远探测成果图
⒉溶孔
X2井常规解释II类层5m/1层、III类层21m/2层，成像处理结果显示仅在7212.0～7217.5发育裂缝及溶蚀现象，其余井段溶蚀程度不高，整体看井轴附近储层发育较弱，远探测处理结果显示，自井轴到井外35m反射信息逐渐增多，井外20～35米范围内反射信息最为强烈（图2），斑块状反射信息集中发育， 推测井旁溶蚀孔发育。后期压裂后试油， 油井自喷生产日产油近60m3/d， 产气9205m3/d，不含水。
图2 X2井常规测井、电成像与偶极子横波远探测成果图
⒊溶洞
图3为X3井成像效果图，该资料通过多分量横波远探测成像测井仪器测量，对井外近百米范围内地质异常体进行多方位成像。该井勘探过程中，相关测录井资料反映该段无明显油气显示，利用反射横波进行成像后发现，近东西偏振方向远探测偏移成像图中有强烈反射信号，而近南北向则反射较弱，综合分析认为该井存在地质异常体，且发育在南北方向。该井后期酸化压裂后测试，日均产油近60吨。
图3 X3井声波远探测仪器远探测成像图
三、结论与展望
声波远探测发展经历了从不定向发展到定向，从远距离探测发展到更远距离探测，从单极子纵波成像发展到偶极子横波成像，从以数据处理解释为主到方法研究、仪器研制、数据处理解释等软硬件共同发展的新阶段，在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要的作用。
声波远探测作为一项新的测井手段，不仅在碳酸盐岩和火山岩地层方面有其优势，其在裂缝及地质异常体的识别方面，对地质解释及油藏识别也有重要的帮助作用，可以有效弥补成像测井仪器等探测深度较浅的问题，反映储层横向延伸变化或裂缝向井外延伸发育情况。尤其是随着勘探开发水平的不断深入，反射声波成像在发现新的隐蔽油气藏、进一步发掘有利的油气聚集区以及油藏精细描述方面有广泛应用前景。
【作者简介】文章作者/董经利 许孝凯 张晋言 翟勇 晁永胜，分别来自中石化胜利石油工程有限公司和中石化胜利石油工程有限公司测井公司；第一作者董经利，1964年生，男，山东桓台人，高级工程师，研究方向为地球物理测井；本文为国家科技重大专项，地震与井筒精细勘探关键技术(2016ZX05006-002)；文章来自《地球物理学进展》（2019年网络首发版），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台整理。
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