早期电缆和随钻测井测量地层纵波和横波的相速度依赖于在钻井液中激发首波并探测相应的声波。然而,假如钻井液中的声速等于或大于地层中的相速度,这种模式就不成立。在随钻测井中,这种情况导致开发了各种系统来激发和探测漏泄波及多极导波以得出慢地层中纵波和横波的相速度。在这两种情况下,必须应用考虑心轴的分散校正来达到要求的相速度。心轴有效地减小了等效井径,从没有心轴的系统导出的简单分散校正是不够的。
总之,研制用于慢速、软地层的随钻声波速度测量系统必须克服几个障碍。长度比例(例如源距)必须和声源频谱及相速度配伍,源距对要分离的相必须超过若干波长,而同时不能太长以免使信号强度被软地层过分衰减。
在20世纪90年代中期引入了随钻声波测井仪单极换能器排列构型,发射器和接收器排列在钻铤一侧。一种类似的排列被称为拟偶极,其发射器和接收器排列在钻铤对侧。单极发射器产生定向压力脉冲,单极声波测井仪在理论上能够激发和测量井眼导波,例如斯通利波、弯曲波和螺旋波。在证实了该测井仪确实能激发和测量导波之后,研制了一种低频发射器以增强这些信号,并增加接收器的接收时间以便更好地记录井眼导波。两个发射器中的一个经过改进,形成一支双频随钻声波测井仪,高频和低频发射器依次发射。阵列接收器记录两组单独的波形并储存在存储器内。
影响随钻声波测井质量的因素有:发射器、接收器和心轴衰减特性;电子器件和操作系统的操作;心轴偏心的影响;由于井眼的特点,例如不规则和扩大,不理想的测量配置;由于蚀变和侵入形成的地层特性,例如岩性、构造(夹层、裂缝等)、有效应力、各向异性等,或特性变化;井液特性;钻井条件,例如温度、压力和钻井噪声。
在设计和研制过程中将密切注意前两项因素,而在校正中,例如分散效应校正将考虑其它因素。
心轴的衰减率在工作频率范围内接近6dB/ft,直到慢度为340µs/ft范围内适合于弯曲波测量。预计随着衰减器的改进、增加声源强度和窗口长度,能够在衰减率超过6dB/ft、慢度达到600µs/ft的未固结砂岩和软泥岩中实现横波测量。
自从引入双频单极随钻声波测井仪之后,该仪器用作实时提供地层的纵波慢度。声波慢度的测量范围为40~180µs/ft,采样间隔为6.4µs/ft。将去假频滤波器从78kHz降低到39 kHz,并增加采样周期到12.8µs/ft,延长慢度范围到将近340µs/ft。再增加记录波形的长度,将慢度范围加倍到600µs/ft。然而,发射器的中心频率和带宽降低到能够在慢地层中进行横波测量,这在一定条件下导致较弱的纵波波至。因而,第二个发射器在15kHz的工作频率下采集数据,以保证在所有条件下得到良好的纵波测量值。低频发射器、长的波形记录和优化的发射器特性使仪器能够记录高阶波至。发射系统的频谱和耦合特性特别适合在慢地层中激发弯曲波。
低频信号的带宽限于尽量减少相似算法的分散效应,该算法用于识别和区分单个波形,例如纵波的首波和导波。应用相速度处理算法计算波至时间。在研制低频发射器的同时,研究出了一种新的分散校正算法将导波的速度校正到慢的横波速度。测井仪能实时提供井下计算的纵波和折射横波数据。从分散校正后的弯曲波波至得出的横波是后处理的产品。