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随钻声波测井是一种集钻井、声波测井、油藏描述等多学科为一体的综合性实时测井新技术之一,它在大斜度井和水平井测井,疏松地层、高压地层以及非常规油气藏测井(特别是页岩气勘探和开发测井)等方面发挥着越来越大的作用。如,利用随钻声波测井能够快速估算油气储层介质的纵波和横波速度。然而基于随钻测井模型的声传播理论与解释方法仍不够完善,这在各向异性储层中更为突出。本文针对各向同性和横向各向同性(TransverselyIsotropic,简记为TI)弹性地层中随钻声波测井的声场传播特性进行了详细的研究,以期为改进随钻声波测井仪器的设计、提高随钻声波测井资料的处理和解释能力提供必要的物理基础和理论指导。 首先,本文采用模式分析的方法深入分析了各向同性弹性地层时随钻单极子、偶极子和四极子声源在井孔中激发的各模式波的频散、激发强度以及灵敏度特性。计算了不同声源条件下的井孔声场全波响应,并对这些合成阵列声波用STC(SlownessTimeCoherence)方法进行了相速度提取处理。并重点研究了偶极子随钻测井时钻铤和地层的耦合作用,研究发现,偶极子声源条件下钻铤和地层的耦合作用比较强,并且慢速地层中不能利用随钻弯曲波的低频段直接获取地层横波速度,但是根据弯曲波的灵敏度分析得知慢速地层时弯曲波在频率大于约1.2kHz时主要受地层横波速度的控制,可以通过一定的方法反演地层横波速度。 其次,利用上述各种计算与模拟方法分别研究了快速和慢速横向各向同性弹性地层对称轴与井轴平行时随钻井孔声场响应特点,并与电缆测井中的结果进行了对比分析。研究发现,随钻低频斯通利波受地层弹性常数c66的影响较电缆测井中的要大,因此,用这一规律更适用于反演地层水平向横波速度;与各向同性地层中的情况类似,慢速横向各向同性地层中随钻偶极子最低阶弯曲模式波在频率较高时主要受地层弹性常数c44控制;随钻四极子螺旋波的特征与电缆测井中的情况类似,可用于获取TI地层垂直向横波速度。 最后,本文详细讨论了慢速地层中随钻偶极弯曲波在频散效应较小的高频段(大于4kHz)受地层各参数的影响程度,发现慢速地层的随钻最低阶弯曲波在高频段主要受地层横波速度的影响,而且这种影响是近似线性的,本文通过计算模拟得到了各向同性地层和TI地层在声源频率为6kHz时各自的线性近似关系,由此关系可以利用弯曲波相速度间接获取地层横波速度。