一种多源组合声反射测井仪及井旁界面探测方法技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探和声波测井领域，特别涉及一种多源组合声反射测
井仪及井旁界面探测方法。
背景技术
随着油气勘探开发的不断深入，各国都在开展复杂油气藏的勘探开发研究，而传
统的勘探开发技术逐渐显示出不足，在地球物理测井领域，该问题日趋显著。对于复杂非均
质储层，尤其是碳酸盐岩的裂缝和溶洞型储层，传统的测井方法由于探测深度的限制，只能
探测井壁附近3m内的地层信息，而对于更深的地层则无效，而地震勘探由于频率较低，分辨
率受到限制，对于尺度在几十厘米到十几米的小型构造更是无能为力，因而急需一种探测
深度比常规测井大，分辨率又比地震勘探高的地球物理探测方法。近年来发展的声反射成
像测井技术正是适应复杂地区勘探开发而产生的一种新的声波测井技术，它采用类似地面
地震的信号采集方式和处理方法，利用阵列声波测井中记录的反射波而不是滑行波信息，
对井外地质构造成像。这种方法可以探测水平井及与井眼相交地层的产状，识别井旁裂缝
带，判断储层油气界面，以及对地震无法探测的小构造进行成像，其分辨率介于测井和地震
之间，克服了测井“一孔之见”和地震“雾里看花”的局限，有着广阔的发展前景和应用空间，
近年来又在仪器测量方式和数据处理等方面有很大的进展。并且国内近年来的初步应用显
示其在复杂非常规储层有较好的效果,是我国急需的一项新技术。
在实际应用中，一直以来，反射波成像仪器设计方案均是采用传统的用于测量井
眼附近地层速度信息的阵列声波测井仪器，或者稍加改进，而由于阵列声波仪器主要用于
测量地层速度信息，因此接收器个数只有8到13个，这对于以地面地震勘探作为借鉴的声反
射成像来说是远远不够的，原因在于地面地震为了压制干扰，提高信噪比，一般有成千上万
个检波器，而且设计成了可以对地下同一目标有几十、几百次的覆盖次数，而阵列声波测井
仪器采用的8到13个的接收器个数，按照目前的接收器间隔和仪器提升间隔相等的情况来
看，覆盖次数只有接收器个数的一半，这对于井下复杂环境下的远井界面探测十分不利，当
然，由于当前技术、测井仪器系统及井眼条件的限制，也很难制造在井轴方向上具有几十、
上百个接收器的阵列声波仪器，而这一限制必然使得反射波成像测井的探测效率和精度都
大打折扣。
目前，虽然国内外多家单位已经成功开发了声反射测量仪器及相关处理软件，但
在实际资料处理中，均存在反射波信号微弱，难以准确清楚成像的问题，而且当存在平行井
轴的井旁反射界面时，常常难以获取反射信号，这些问题的原因之一就在于接收器个数少，
覆盖次数少。国内外的研究现状表明，反射声波成像测井方法还不完善，需要在现有技术条
件下解决覆盖次数少、信噪比低这一问题。
发明内容
本发明提供了一种多源组合声反射测井仪及井旁界面探测方法，以在不极大增加
仪器设计复杂度的前提下增加声反射成像测井的覆盖次数，并且为后续的信号处理提供方
便。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种多源组合声反射测井仪，包括：仪器
外壳及设置在所述仪器外壳上的发射器阵列及接收器阵列；所述接收器阵列的多个接收站
在所述仪器外壳的轴向上等间距设置；所述发射器阵列设置在所述接收器阵列的下方或者
上方，所述发射器阵列的多个发射站在所述仪器外壳上等间隔设置。
一实施例中，每个发射站采用一个单极子发射器，每个接收站采用一个单极子接
收器。一实施例中，每个发射站采用一组正交偶极子发射器，每个接收站采用一组正交偶极
子接收器。
一实施例中，每个发射站采用一组方位发射器，每个接收站采用一组方位接收器。
一实施例中，所述发射站组成单极子、偶极子、正交偶极子或四极子的声源结构，
所述接收站的接收模式与所述声源结构的声源模式相同。
一实施例中，每组方位发射器中方位发射器的个数大于或等于2，小于或等于16。
一实施例中，所述发射站的个数为2-15，所述接收站的个数N为6-30个，所述接收
站之间的间隔为0.1至0.5m。
一实施例中，设接收站之间的间距为dx，第n个发射站与距离其最近的接收站的距
离为TR(n)，并且假设从n到n+1，发射站离接收站越来越远，则第n+1个发射站与距离其最近
的接收站的距离通过以下公式计算得到：
TR(n+1)＝TR(n)+(N-1)*dx+dx,n>＝1。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种井旁界面探测方法，应用于上述多
源组合声反射测井仪，每个发射站采用一个单极子发射器，每个接收站采用一个单极子接
收器，该井旁界面探测方法包括：
每个单极子发射器依次激发声波；
所述接收器阵列记录所述声波；
测井完成后，将同一深度位置的单极子发射器组合，得到同一深度组合源距的发
射器阵列道集；
进行反射波提取，速度分析，偏移成像及叠加处理，得到多覆盖次数的井旁反射体
成像结果。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种井旁界面探测方法，应用于上述
多源组合声反射测井仪，发射站及接收站均采用正交偶极结构，该井旁界面探测方法包括：
相互正交的偶极子按照正交偶极子仪器的发射顺序发射波形；
所述接收器阵列记录四组正交偶极波形；
测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的发射
器阵列道集；
进行多源组合声反射测井仪旋转的方位校正、反射波提取、速度分析、偏移成像及
叠加处理，得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种井旁界面探测方法，应用于上述
多源组合声反射测井仪，发射站采用方位发射器，接收站采用方位接收器，该井旁界面探测
方法包括：
采用如下至少一种发射模式发射波形：单极子模式、偶极子模式、正交偶极子模
式、双正交偶极子模式及四极子模式；
采用上述发射模式对应的接收模式接收波形；
测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的发射
器阵列道集；
进行多源组合声反射测井仪旋转的方位校正、反射波提取、速度分析、偏移成像及
叠加处理，得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
本发明实施例的有益效果在于，通过对传统阵列声波仪器进行改进，增加了发射
器阵列，并设计了特定的发射器的源距；在每一个测井深度记录位置，发射器阵列均依次发
射，接收器阵列分别接收，在后期处理过程中，通过将同一深度位置的不同源距发射器组
合，可以得到与增加接收器个数相同效果的阵列波形；由于只是简单增加了发射器阵列就
达到了成倍增加接收器阵列的效果，因而方案简单可行，并没有极大增加仪器设计的复杂
度；本发明的阵列设计，可以使声反射仪器对井外反射体的探测效率大大增加，极大地增加
了覆盖次数，非常有益于后续的处理；由于每个深度位置的道集数据大大增加，使得以往在
共发射器道集提取反射波的难度大大降低，并且可以更方便的分离出平行井轴界面的反射
波，这也是以往仪器不具备的。这样，本发明通过对发射器阵列的特殊设计，达到了在不极
大增加仪器设计复杂度的前提下增加声反射成像测井的覆盖次数的效果，增加的道集数据
也为后续的信号处理提供了方便，而且仪器的功能完全包含常规阵列声波测井内容，使得
本发明在声反射成像测井领域具有非常良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一具体实施例的多源组合声反射测井仪的结构示意图；
图2为本发明一实施例的井旁界面探测方法流程图；
图3为本发明一实施例的井旁界面探测方法流程图；
图4为本发明一实施例的井旁界面探测方法流程图；
图5为本发明实施例采用阵列发射器合成多覆盖次数阵列的原理图；
图6为本发明实施例多源组合声反射测井仪的一般数据采集及处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种多源组合声反射测井仪，该多源组合声反射测井仪包括：
仪器外壳及设置在所述仪器外壳上的发射器阵列及接收器阵列；所述接收器阵列的多个接
收站在所述仪器外壳的轴向上等间距设置；所述发射器阵列设置在所述接收器阵列的下方
或上方，所述发射器阵列的多个发射站在所述仪器外壳上等间隔设置。
一实施例中，所述发射站的个数为2-15，所述接收站的个数N为6-30个，所述接收
站之间的间隔为0.1至0.5m。图1为本发明一具体实施例的多源组合声反射测井仪的结构示
意图，如图1所示，该多源组合声反射测井仪等发射站的个数为5个(S1至S5)；接收站的个数
为12个(R1至R12)，间隔为0.15m，并且第一个发射站S1的源距为0.3m(即第一个发射站S1距
离第一个接收站R1的距离为0.3m)。
一较佳实施例中，发射站的数目为4至6个，发射站的结构一般包括单极子发射器、
正交偶极子发射器及方位发射器三种。具体如下：
(1)每个发射站采用一个单极子发射器；
(2)每个发射站采用一组正交偶极子发射器；
(3)每个发射站采用一组方位发射器，方位发射器个数应大于等于2，小于等于16
个，在一较佳实施例中，一般设置8个方位发射器，在仪器周向上等角度排列。
一较佳实施例中，接收站点个数为8到13个，每个接收站均包括和发射器站相同结
构、相同排列的接收器，具体如下：
(1)若每个发射站采用一个单极子发射器，每个接收站采用一个单极子接收器；
(2)若每个发射站采用一组正交偶极子发射器，每个接收站采用一组正交偶极子接收器；
(3)若每个发射站采用方位发射器，每个接收站采用相同结构的方位接收器。发射
站可以组成单极子、偶极子、正交偶极子或四极子的声源结构，即发射站采用如下至少一种
发射模式发射波形：单极子模式、偶极子模式、正交偶极子模式、双正交偶极子模式及四极
子模式，接收站的接收模式与所述声源结构的声源模式相同。各种具体如下：
(1)单极子模式：8个方位同时发射声波。
(2)偶极子模式：相邻三个方位同时发射正相位信号，相对应的三个方位同时发射
相反相位的信号；或相邻四个方位同时发射正相位信号，相对应的四个方位同时发射相反
相位的信号；或相邻两个方位同时发射正相位信号，相对的两个方位同时发射相反相位的
信号，其余方位不发射信号；或任意一个及其相对方位的一个发射，其余不发射。
(3)正交偶极子模式：8个方位发射器，可以按照以上分组的偶极子源的组成方式，
组成一组正交偶极子源。
(4)双正交偶极模式：8个方位发射器，按照1个方位发射器及与其相差180度的另
一发射器组成一对偶极子源，按此组成方式组成两组正交偶极模式，成为双正交偶极模式，
两组正交偶极声源分别发射。
(5)四极子模式：按照1个方位发射器及与其相差180度的另一发射器组成一对相
位相同的源，相差90度和270度的两位两个方位发射器组成另一对相位相反的源，形成四极
子源。
对应于发射模式，接收站也采用方位接收器，并且与发射站结构相同，以8个为例，
则以上每一种发射模式，都有其对应的接收模式，若采用4个方位发射器与方位接收器，则
没有上述双正交偶极模式。
测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的发射
器阵列道集，对于方位接收器阵列，需要考虑测井过程中的仪器旋转问题，进行仪器旋转的
方位校正，再进行反射波提取，速度分析，偏移成像、叠加处理，即可得到具有方位信息的多
覆盖次数井旁反射体成像结果。
较佳地，接收站通常采用0.15m间隔，本发明不限于此。
设接收站之间的间距为dx，设第n个发射站与距离其最近的接收站的距离为TR
(n)，并且假设从n到n+1，发射站离接收站越来越远，则第n+1个发射站与距离其最近的接收
站的距离通过以下公式计算得到：
TR(n+1)＝TR(n)+(N-1)*dx+dx,n>＝1。
基于上述公式，如果设定好接收站的间隔dx和第一个发射站的源距，其他发射站
位置都可以确定下来。
由于第一个发射站和接收器站的距离较近，因而将隔声体设置在第一个发射器站
与第二个发射器站之间，第二个发射站比第一个离接收器更远。
测井过程中，多源组合声反射测井仪上提采用的深度间隔和接收器间隔相同，每
个深度记录位置，发射器阵列的每个发射器依次激发，然后被接收器阵列分别记录，各个发
射站发射的声波互不影响。
在一个多源组合声反射测井仪的深度采样位置(通常为多源组合声反射测井仪某
一位置对应的测井深度)，每个发射器都分别有自己的深度位置，测井完成后，将同一深度
位置的不同发射器组合，可以得到同一深度组合源距的发射器阵列道集。
具体地，在测井时需要记录多源组合声反射测井仪上某一发射器的旋转角度信
息，即相对于地理北极的角度。
若采用偶极或正交偶极发射(接收)模式或者方位发射(接收)模式，需要把不同深
度的波形依据记录到的仪器旋转信息进行方位校正，再进行反射波提取、速度分析、偏移成
像及叠加处理，来得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
本发明通过对传统阵列声波仪器进行改进，增加了发射器阵列，并设计了特定的
发射器的源距；在每一个测井深度记录位置，发射器阵列均依次发射，接收器阵列分别接
收，在后期处理过程中，通过将同一深度位置的不同源距发射器组合，可以得到与增加接收
器个数相同效果的阵列波形；由于只是简单增加了发射器阵列就达到了成倍增加接收器阵
列的效果，因而方案简单可行，并没有极大增加仪器设计的复杂度；本发明的阵列设计，可
以使声反射仪器对井外反射体的探测效率大大增加，极大地增加了覆盖次数，非常有益于
后续的处理；由于每个深度位置的道集数据大大增加，使得以往在共发射器道集提取反射
波的难度大大降低，并且可以更方便的分离出平行井轴界面的反射波，这也是以往仪器不
具备的。这样，本发明通过对发射器阵列的特殊设计，达到了在不极大增加仪器设计复杂度
的前提下增加声反射成像测井的覆盖次数的效果，增加的道集数据也为后续的信号处理提
供了方便，而且仪器的功能完全包含常规阵列声波测井内容，使得本发明在声反射成像测
井领域具有非常良好的应用前景。
图6为本发明实施例多源组合声反射测井仪的一般数据采集及处理流程图。如图6
所示，首先，发射站按照其所具有的特征(单极、正交偶极或者方位)，发射相应的声波，接收
站按照其所具有的特征(单极、正交偶极或者方位)，接收相应的波形。
在每个深度位置，每个发射站重复以上步骤，直至所有发射站分别工作一次，再移
向下一个深度位置。
所有深度位置测量完成后，对每一深度位置，将具有同一测量深度的不同源距的
发射器站组合成一个道集。
对于组合后的道集数据，进行滤波、分离反射波、速度分析、偏移叠加处理，可以得
到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
如图2所示，基于上述的多源组合声反射测井仪，本发明实施例还提供了一种井旁
界面探测方法，其中，每个发射站采用一个单极子发射器，每个接收站采用一个单极子接收
器。该井旁界面探测方法包括：
S201：每个单极子发射器依次激发声波。
具体地，在每个深度采样位置，每个声源(单极子发射器)依次激发声波。
S202：所述接收器阵列记录所述声波。
S203：测井完成后，将同一深度位置的单极子发射器组合，得到同一深度组合源距
的发射器阵列道集。
在一个仪器深度采样位置，每个发射器都分别有自己的深度位置，所以测井完成
后，将同一深度位置的单极子发射器组合，就可以得到同一深度组合源距的发射器阵列道
集。
S204：进行反射波提取，速度分析，偏移成像及叠加处理，得到多覆盖次数的井旁
反射体成像结果。
具体地，在S203之后，通过进行反射波提取，速度分析，偏移成像及叠加处理，即可
得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
如图3所示，基于上述的多源组合声反射测井仪，本发明实施例还提供了一种井旁
界面探测方法，其中，发射站及接收站均采用正交偶极结构。该井旁界面探测方法包括：
S301：相互正交的偶极子按照正交偶极子仪器的发射顺序发射波形；
S302：所述接收器阵列记录四组正交偶极波形；
S303：测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的
发射器阵列道集；
S304：进行多源组合声反射测井仪旋转的方位校正、反射波提取、速度分析、偏移
成像及叠加处理，得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
如图1所示，s1和s3，s2和s4为两组互相正交的偶极子，在每个深度采样位置，每个
发射站依次发射波形，然后分别被接收器阵列记录。对于每一个正交偶极发射站，s1和s3组
成的偶极子先发射，然后记录两个方位偶极波形，s2和s4组成的偶极子再发射一次，再记录
两个方位偶极波形，一共记录四组偶极波形。测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组
合，可以得到同一深度组合源距的发射器阵列道集，再进行仪器旋转的方位校正、反射波提
取、速度分析、偏移成像及叠加处理，即可得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
如图4所示，基于上述的多源组合声反射测井仪，本发明实施例还提供了一种井旁
界面探测方法，其中，发射站采用方位发射器，接收站采用方位接收器，其特征在于，包括：
S401：采用如下至少一种发射模式发射波形：单极子模式、偶极子模式、正交偶极
子模式、双正交偶极子模式及四极子模式；
S402：采用上述发射模式对应的接收模式接收波形；
S403：测井完成后，将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的
发射器阵列道集；
S404：进行多源组合声反射测井仪旋转的方位校正、反射波提取、速度分析、偏移
成像及叠加处理，得到多覆盖次数的井旁反射体成像结果。
下面分别说明各种不同的发射模式：
1)单极子模式：8个方位同时发射同相位声波。
2)偶极子模式：相邻三个方位同时发射正相位信号，相对应的三个方位同时发射
相反相位的信号，即可组成一个偶极子源，如s2s3s4(s代表方位发射器，发射站一般用S表
示，如图1中的(c)方位发射器)和s6s7s8组成一个偶极子源，s8s1s2和s4s5s6也可以组成一
个偶极子源；或相邻四个方位同时发射正相位信号，相对应的四个方位同时发射相反相位
的信号；或相邻两个方位同时发射正相位信号，相对的两个方位同时发射相反相位的信号，
其余不发射；或任意一个及其相对的一个发射，其余不发射。
3)正交偶极子模式：两组正交的偶极子源，如s2s3s4和s6s7s8组成的一个偶极子
源，s8s1s2和s4s5s6组成的一个偶极子源，合在一起可以获得一个正交偶极子源。
4)双正交偶极模式：8个方位发射器，按照1个方位发射器及与其相差180度的另一
发射器组成一对偶极子源，如s1和s5，s3和s7组成一组正交偶极子源，s2和s6，s4和s8组成
一组正交偶极子源，两组正交偶极声源分别发射双正交偶极子源，该模式可以获得更多方
位。
5)四极子模式：按照1个方位发射器及与其相差180度的另一发射器组成一对相位
相同的源，相差90度和270度的两位两个方位发射器组成另一对相位相反的源，形成四极子
源。如s1和s5同相位，s3和s7同相位但是和s1、s5相反，同时发射。
对应于发射模式，接收站也需要采用8个方位接收器，并且接收站与发射站结构相
同，以上每一种发射模式，都有其对应的接收模式。
测井完成后，可以将同一深度位置的不同发射器组合，得到同一深度组合源距的
发射器阵列道集，对于方位接收器阵列，需要考虑测井过程中的仪器旋转问题，进行仪器旋
转的方位校正，再进行反射波提取、速度分析、偏移成像及叠加处理，即可得到具有方位信
息的多覆盖次数井旁反射体成像结果。
图5为本发明实施例采用阵列发射器合成多覆盖次数阵列的原理图，图5说明了本
发明仪器结构在数据采集过程中，与另一多接收器阵列声反射测井仪结构的等价性，也说
明了本发明采用阵列发射器合成多覆盖次数阵列的原理，左图为一个发射器，60个接收器
的仪器结构，该仪器结构具有较高的覆盖次数(30次)，但是对于测井仪器来说接收器太多，
结构复杂。右边5个图采用5个发射器，12个接收器的阵列结构，可以达到和左图仪器结构相
同的探测效果，而且与60个接收器的仪器结构相比，本发明的多源组合声反射测井仪结构
大大简化且易于实现。
本发明通过对传统阵列声波仪器进行改进，增加了发射器阵列，并设计了特定的
发射器的源距；在每一个测井深度记录位置，发射器阵列均依次发射，接收器阵列分别接
收，在后期处理过程中，通过将同一深度位置的不同源距发射器组合，可以得到与增加接收
器个数相同效果的阵列波形；由于只是简单增加了发射器阵列就达到了成倍增加接收器阵
列的效果，因而方案简单可行，并没有极大增加仪器设计的复杂度；本发明的阵列设计，可
以使声反射仪器对井外反射体的探测效率大大增加，极大地增加了覆盖次数，非常有益于
后续的处理；由于每个深度位置的道集数据大大增加，使得以往在共发射器道集提取反射
波的难度大大降低，并且可以更方便的分离出平行井轴界面的反射波，这也是以往仪器不
具备的。这样，本发明通过对发射器阵列的特殊设计，达到了在不极大增加仪器设计复杂度
的前提下增加声反射成像测井的覆盖次数的效果，增加的道集数据也为后续的信号处理提
供了方便，而且仪器的功能完全包含常规阵列声波测井内容，使得本发明在声反射成像测
井领域具有非常良好的应用前景。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例
的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，
依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内
容不应理解为对本发明的限制。