CN114017014A - 声波测井波动声学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波测井波动声学方法：待测井液体中放置声波测井仪器；发射探头激发振动，阵列接收探头接收井内声波测井波形，处理井内声波测井波形，得到包含地层纵、横、伪锐利波的耦合波的波数‑频率分布曲线。建立套管井或裸眼井模型，获得到井内液体中声波的二维谱和二维谱幅度极值的分布；根据井内液体中声波二维谱进行测井应用：地层横波时差处理方法；地层纵波时差处理方法；地层纵波时差的径向分布；地层横波时差的径向分布；伪锐利波时差的径向分布；波数的三个区域与对应模式波的探测区域；频率的三个区域与对应模式波的探测区域；模式波的截止频率与最大探测深度。本发明适用于单极子、偶极子、正交偶极子声波测裸眼井和套管井。
Description
技术领域
本发明属石油工程和地面各种工程施工中地层声波时差和速度参数测量和岩性评价的专用仪器技术领域，尤其涉及一种利用钻孔进行声波测井，探测井周围地层声学参数的方法，更具体的说，是涉及一种声波测井波动声学方法。
背景技术
在石油勘探和地面勘探以及地下空间开发过程中，钻孔，并在钻孔中进行声波测井，获得地层的纵、横波速度参数是非常重要的，可以用其评价地层岩性、计算孔隙度以及评价检测地下采空区、设计压裂施工方案等等。目前的声波测井有很多种：单极子、偶极子以及SBT等等，应用也涉及到各个领域：岩性评价、孔隙度计算、破裂压裂预测和高压异常预测以及压裂施工设计、各向异性分析等等。随着技术的进步，这些应用还在继续发展。但是，原有的声波测井原理建立在几何声学和滑行波的基础上，没有涉及到声波频率这个重要影响因素，也没有考虑井筒形状对声波传播的影响，如井内液体中激发的声波在井壁反射以后产生的反射波会再次到达井壁产生反射和透射。井半径和波长接近，波长远远大于套管厚度，这些因素使得几何声学的条件不再满足，在几何声学的声波测井原理中均没有涉及也无法涉及，依据几何声学建立的原有的一些基本概念例如滑行波等物理上根本就不存在，是在解释液固界面附近接收到的波形的到达时间时人们根据到达时间公式假设的物理过程，并不是真正的物理过程，以此为基础演绎的声波传播过程也是错误的。以此为基础建立的诸如探测深度和探测区域等错误严重影响了人们对于声波测井所测量到的信息的理解，使得认识上出现了严重偏差，不但制约了仪器的发展，而且在实际工程应用中也出现了很多问题，例如：固井质量检测问题。很多重点探井花费巨大，最后却因为固井质量检测出错导致对所勘探地层的误判，最终不能验证所获得的油层，导致勘探失误，还有海底原油泄漏等造成巨大损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中对原理认识的不足，提出一种基于波动声学理论计算结果和井内、外声场分布和传播特征的声波测井波动声学方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明声波测井波动声学方法，包括以下过程：
1)在待测井内液体中沿井轴居中放置声波测井仪器，声波测井仪器包括同轴设置的发射探头和阵列接收探头；
2)发射探头激发振动，在井内液体中阵列接收探头接收井内不同源距的声波测井波形，处理井内声波测井波形，从中得到波数-频率分布曲线；建立裸眼井模型或套管井模型，计算井内液体中声波传播的二维谱以及二维谱幅度极值的分布曲线；井内液体中以地层纵波、横波和井内液体速度传播的声波为斜率不同的斜直线，分别称为纵波速度线Vc、横波速度线Vs、井内液体速度线Vf；；
3)根据井内液体中声波二维谱和波数-频率分布曲线进行测井应用：
应用1：地层横波时差处理方法
根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线在与横波速度线重合处消失，从中找出靠近横波速度线的地层横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到横波、伪锐利波的时差频散曲线，将横波和伪锐利波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的横波时差，取其倒数即为横波速度；
应用2：地层纵波时差处理方法
根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线有的部分与纵波速度线重合，有的靠近纵波速度线；从中找出靠近纵波速度线或与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到纵波的时差频散曲线，将纵波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的纵波时差，取其倒数即为纵波速度；
应用3：地层纵波时差的径向分布
在与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层纵波时差的径向分布；
应用4：地层横波时差的径向分布
在与横波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层横波时差的径向分布；
应用5：伪锐利波时差的径向分布
在与横波速度线接近的伪锐利波的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层伪锐利波时差的径向分布；
由于横波速度与伪锐利波的速度接近，在波数-频率分布图中是连接在一起的，所以，伪锐利波时差的径向分布与地层横波时差的径向分布大多数情况下是重叠的，两者都表示地层横波的径向分布，两者在地层中的分布方式不一样；
应用6：波数的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将波数分为三个区域：波数小的区域径向波数比较大，入射波偏向半径方向，径向探测深度比较深；波数大的区域径向波数比较小，井内入射波偏向井轴方向，径向探测深度浅；波数位于中间的区域，两者均能够涉及，探测不同径向深度地层的纵波时差和横波时差；
应用7：频率的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将频率分为三个区域：在低频区域，井内能够传播的声波只有Stoneley波，波形最单纯，只能够探测井壁z方向的波阻抗突变，寻找裂缝或岩溶、空洞；随着频率的增加则开始有单一的纵波、横波以及伪锐利波分布出现，该区域称为中频区域，这一区域的声波探测深度比较深，其单一的频散曲线能够给出不同深度的纵、横波时差的径向分布；进一步增加频率则为高频区域，主要特征是：有多个模式波同时存在，叠加在一起构成响应波形；测量的波形涉及多个频散曲线，多个频散曲线综合作用形成井内液体的反射波、纵波、横波以及面波的耦合波波阵面，与井外固体的透射纵波和横波以及伪锐利波相对应；
应用8：模式波的截止频率与最大探测深度
根据井内液体中声波二维谱分布特征——模式波均具有截止频率，声波测井纵、横波和伪锐利波的探测深度由截止频率位置的波数确定，其对应波数的倒数是声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，即最大探测深度；也是理论上声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，该径向探测深度主要随井眼半径改变：井半径越大，截止频率越低，对应的波数越小，探测深度越深；最大探测深度也同时受地层纵、横波时差影响：纵横波时差不同，相同截止频率对应的波数不一样，最大径向探测深度也不一样。
所述待测井为裸眼井或套管井；对于裸眼井，声波测井仪器采用单极子或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子；对于套管井，声波测井仪器采用声波固井测井仪器或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子；其中，单极子的发射探头的主频与裸眼井的井筒的固有频率相等；声波固井测井仪器的发射探头的主频与套管波的固有频率相等；偶极子和正交偶极子的激发频率尽量低，小于1kHz。
采用偶极子测井时，根据井内液体中偶极子横波测井波形获得的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用偶极子横波测井的时差频散曲线设计地层横波时差处理方法：偶极子横波测井的时差频散曲线中，时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差，将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差；
采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得两个正交的偶极子横波的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用正交偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的两个相互垂直的水平方向振动的横波时差处理方法：每个偶极子横波测井的时差频散曲线中，时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差，将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差。
采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用正交偶极子横波测井波形获得地层各向异性及其方位角分布的处理方法；具体实施方式是：将四个测井波形变换到频率域，在频率域用其频谱计算各个频率的地层各向异性和方位角，将不同频率计算的各向异性和方位角投影得到各向异性分布和方位角分布，其中的峰值位置即为所要计算的各向异性和方位角。
采用长、短源距偶极子测井时，根据井内液体中声波二维谱中长、短源距偶极子横波的波数-频率分布曲线，获得长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线，利用长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，通过波数-频率分布曲线转换为波数，将波数取倒数转化为径向深度-时差分布曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段横波时差差异。
采用长、短源距单极子测井时，根据井内液体中所测量的波形获得长、短源距单极子的波数-频率分布曲线，转换为长、短源距单极子纵、横波测井的时差频散曲线，利用长、短源距单极子纵、横波测井的时差频散曲线特点获得地层的纵、横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，转化为径向深度-时差曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个井段的纵、横波时差的差异。
采用长、短源距单极子测井时，根据井内液体中声波测井波形获得长、短源距单极子伪锐利波的波数-频率分布曲线，获得长、短源距单极子伪锐利波测井的时差频散曲线，利用长、短源距单极子伪锐利波的时差频散曲线获得地层横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，取出伪锐利波的时差频散曲线，转化为径向深度-时差曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段的伪锐利波时差差异。
基于井内声波测井仪器激发的声场分布和井内液体、井外固体中传播声波的耦合关系分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测位置，根据井外固体中的波阵面形状分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测深度；其中：
井内声波测井仪器中阵列接收探头接收到的地层中的纵波、横波和伪锐利波在井内液体中的耦合波与对应的地层中的纵波、横波和伪锐利波所在的位置为接收探头接收到的纵波、横波和伪锐利波的探测位置；这个位置是一个区域；
纵波、横波的探测深度：在液-固平面界面上液体和固体的声波耦合位置处画界面的垂线，纵波和横波的球形波阵面与该垂线重合的长度分别为纵波的探测深度、横波的探测深度；伪锐利波的探测深度为伸向固体内部垂直界面方向的橄榄形状波阵面的长度；纵波和横波的探测深度随时间改变，伪锐利波的探测深度不随时间改变，随频率改变，在频率固定以后探测深度是固定的。
本发明方法基于严格的波动方程及其在圆柱边界条件下的解析解，以真正的井内、外声场分布和传播规律以及二维谱为基础，对声波测井仪器设计、资料处理和资料应用进行了全面的、系统的变革。抛弃了物理上根本不存在的‘滑行波’的概念，根据井外地层中纵波、横波和伪锐利波的传播过程和物理图像以及波阵面形状重新定义了声波测井的基本概念——声波在井筒中真正的传播过程、井筒内声波的探测深度、探测区域以及声波测井波形的描述方法——二维谱。从物理机理上对声波测井原理进行了客观、深入的理解。这些概念的重新定义对整个声波测井技术发展和进一步的应用将发挥重要作用。目前本发明已经获得的有益效果如下：
(1)依据新的声波测井波动声学理论对普通声波测井仪器设计进行改进，以井筒的固有频率为基础设计仪器，降低激发频率后保证了仪器在各种使用环境和条件下对声波时差或者纵波速度的有效测量，保证了测量波形的幅度以及最终保证了时差测量的精度。真正从根本上解决了普通声波测井仪器长期存在的因为首波幅度小而出现的周波跳跃问题。
(2)根据井筒中激发的声波在井壁多次反射，第二次和第三次反射后激发的地层纵横波及其耦合波幅度大的特征改进了现有的数字声波测井仪器(裸眼井)：数字声波仪器源距短，在灰岩和白云岩地层首波幅度特别小，时差测量效果不好，调整频率、加长源距后避开了第一次反射导致的幅度小的纵波耦合波，用第二次激发的纵波耦合波，有效地改善了测量结果。声波测井波动声学理论解决了声波测井仪器改进的思考方向。
(3)对于固井质量检测中的套管波，声波测井波动声学基于套管与井内液体边界上位移和应力连续的条件导出了井内液体中沿井轴方向存在一个耦合波，其沿井轴的传播速度等于套管波的速度，该耦合波满足井筒的边界条件以后存在固有频率，而且只有在固有频率处能够满足边界条件。第二个固有频率处波形的幅度大，但是与I界面胶结质量存在多解性。在胶结质量很差，I界面存在一个很大的水环时，其套管波幅度很小。完全颠覆了套管波幅度小胶结质量就好的传统固井质量解释评价的理论依据。这也是目前声波固井质量测井一直存在的问题：很多井包括重点探井，在油层位置的套管波幅度小，但是试油出大量的水，一直找不到原因。实际上该位置固井I界面很差，是串槽状态，固井仪器(发射探头和接收探头等仪器本身的设计问题)测量的套管波幅度小，该幅度小不表示固井质量好，而是固井质量很差。固井质量解释存在多解性。
(4)依据新的声波测井波动声学理论对固井质量声波测井仪器进行了重新设计。以套管井中套管波的固有频率设计仪器激发频率，保证了仪器在各种使用环境和条件下对反映固井胶结质量的套管波进行有效测量，在保证测量波形幅度的前提下最终保证了固井质量检测的精度。不再需要进行井下刻度，不用找没有胶结(自由套管)的井段。解决了目前长期困扰人们的固井质量检测中的刻度问题和标定问题。从根本上实现了声波测井固井质量检测仪器的标准化，为重点探井的固井质量检测提供了准确的资料。
(5)当地层的声速与套管波速度接近或者地层声速高于套管波速度的深部地层，目前基于3英尺源距首波幅度的固井质量测井无法对固井质量进行有效测量，用阵列声波测井，将地层纵波和套管波有效分开后，用套管波的分布、幅度和衰减系数即可对这些深部地层的固井质量进行有效评价。解决了目前进一步向深部钻探时的固井质量检测问题，可以有效地避免重大安全事故。
(6)声波测井波动声学理论对声波测井资料评价影响深远，目前正进行着深刻的改变。声波的探测深度随源距改变，源距越大探测深度越深。声波测井中的模式波存在截止频率，该截止频率决定着声波测井方法最大探测深度，即声波测井波形直接测量的地层深度是有限的，取决于井眼条件，由井中所能够传播的最低频率的模式波决定。在突破了‘滑行波’这个概念的制约后，用声波测井获得的频散曲线形状和分布便可以实现井壁外面地层破碎、裂缝、各向异性、地应力等分析。还可以进一步挖掘声波测井资料的新应用。
(7)依据新的声波测井波动声学理论对声波的频散曲线进行挖掘，结合面波勘探方法能够获得地层径向深度的声波时差剖面——声波时差的径向分布。
(8)依据声波进入地层以后沿球面波向外传播的特征，将声波测井向径向浅层勘探领域拓展。球面的声波在地层中传播，进入地层深部，其过程中遇到断层、裂缝等波阻抗界面会产生反射波，这些反射波回到井内被声波测井探头接收以后位于声波测井的后续波中，与前述的声波测井波形在时间上是分开的，通过其到达时间随测井深度的变化实现井间和远处地层分布、断层的探测，建立井周围空间分布解释方法。
(9)依据新的声波测井波动声学理论对源距和时间进行新的思考，将不同源距的测量波形与不同深度的波传播相对应，结合二维谱能够构建不同径向深度探测方法。时间因子的作用除了反映远处反射波外，近井地层的共振现象和断层引起的模式振动也是声波测井信息进一步处理和研究的方向。
(10)本发明专利所建立的声波测井波动声学方法是全方位的，适合所有的声波测井方法：单极子、长短源距单极子、偶极子、正交偶极子、长短源距偶极子、声波固井测井仪器等。
附图说明
图1是四个不同时刻的液体(上)、固体(下)中传播的声波以及液-固界面的耦合关系示意图；
图2是横波和纵波的探测深度示意图；
图3是伪锐利波的探测深度示意图；
图4是液体中的接收探头接收到的波形所探测的区域位置示意图；
图5是井内激发的声波在井壁多次反射、透射波时的声场分布；
图6是井内液体中声波波数-频率分布曲线，构成二维谱的极值分布；
图7是固井胶结质量中I界面胶结差时的时差频散曲线；
图8中(a)是裸眼井内横波和伪锐利波的时差频散曲线；
(b)是实际单极子测井波形处理的时差频散曲线；
图9是k-f二维谱纵波线的时差频散曲线转换为深度-时差曲线的方法；
图10是k-f二维谱横波线的时差频散曲线转换为深度-时差曲线的方法；
图11是k-f二维谱伪锐利波线的时差频散曲线转换为深度-时差曲线的方法；
图12是偶极子横波测井的时差频散曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明从波动声学的波动方程和边界条件出发，以实轴积分法得到的解析解所描述的井内、外的声场分布，井内、井外声波波阵面形状以及耦合关系、声波真实的传播过程为基础，重新定义声波测井的探测深度和探测区域这些基本概念。并利用井内声波传播的二维谱派生了一系列全新的声波测井技术，从声波时差测井到正交偶极子测井，在解决实际生产中出现的问题的同时，进一步推动声波测井技术的发展、产生新的应用。
声波测井波动声学方法基于圆柱形状的井内液体中激发的声波的传播规律。井内液体中的声波被激发以后在井壁处多次反射、透射，在地层中激发多个纵、横波向外传播，同时也沿井壁传播，这些纵、横波在井壁与井内液体耦合，生成新的耦合波，该耦合波沿z轴的传播速度与地层的纵波、横波速度相同，以此测量地层的声学参数。声波测井波动声学方法用声波的具体传播过程重新定义了声波测井的探测深度和探测位置，与现有的基于几何声学基础上的声波理论完全不同，因此，本专利申请从最简单、最直接的液-固平面界面的声波传播规律开始，然后介绍液-固圆柱形状的响应。
本发明声波测井波动声学方法，包括以下过程：
第一步：在待测井内液体中沿井轴居中放置声波测井仪器，
待测井为裸眼井或套管井。声波测井仪器包括同轴设置的发射探头和阵列接收探头。对于裸眼井，声波测井仪器采用单极子或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子；对于套管井，声波测井仪器采用声波固井测井仪器或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子。偶极子和正交偶极子的激发频率尽量低，小于1kHz。
根据井内液体中声波二维谱分布中频率和波数之间的对应关系，确定仪器发射探头的频率及频率区间。低频区域波数小的那些分布，径向探测深度大；低频区域波数较大的那些分布，探测深度变浅；中频区域随着频率的增加波数增加，对应的二维谱分布的径向探测深度减小。高频区域波数均比较大，径向探测深度最浅，主要探测井壁附近的地层以及井内液体。
单极子的发射探头的主频与裸眼井井筒的固有频率相等。地层中的纵波以球形波阵面在地层中传播，沿井壁传播时只有z方向的波数分量，速度为地层的纵波速度，井内液体中与其耦合的声波沿z方向传播的速度与其相同，z方向的波数耦合后也与固体相同。在这样的条件下，满足井内液体的波动方程和边界条件以后井内液体的响应存在固有频率，如图6所示的波数-频率分布曲线中，纵波时差线Vc上一段一段的线段。只有在这些固有频率处激发，以地层纵波速度传播的声波幅度才比较大。Vc虚线上一段一段的直线段对应裸眼井的固有频率。靠近Vc或与Vc重合的曲线是纵波模式波，其最低的频率所对应的波数的倒数是纵波最深的探测深度。依据该井筒的固有频率设计地层纵波时差测量仪器——普通声波测井仪器(单极子)，可以获得比较大的纵波幅度，用频散曲线可以获得准确的地层纵波时差，提高现有声波时差测井的精度。使发射探头的主频与井筒的某个固有频率相等或者接近，从而获得幅度比较大的地层纵波耦合波，用这些波形获得比较准确的地层纵波时差。
声波固井测井仪器的发射探头的主频与套管波的固有频率相等。套管井的套管和水泥环之间的胶结面(I界面)胶结差时，套管中传播的声波沿z轴传播的速度为常数，经过套管内壁耦合到井内液体中，产生与其耦合的声波(套管波)，其沿z方向传播的速度也是常数，与裸眼井的地层纵波一样，耦合的套管波也存在固有频率，如图7所示的时差频散曲线中，紧挨虚线Vcg上面的水平粗线分布中箭头所指的频率处。在该固有频率处套管波幅度大。用该固有频率设计套管波检测方法，实现固井质量胶结检测的声波固井质量检测仪器。仪器的发射频率必须选择或包含该固有频率才能够有效测量固井胶结质量。
第二步：发射探头激发振动，在井内液体中阵列接收探头接收井内不同源距的声波测井波形，对井内声波测井波形中处理得到包含地层纵波、横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，建立裸眼井模型或套管井模型，计算获得井内液体中声波测井响应的二维谱(在波数-频率所构成平面上的分布)以及二维谱幅度极值的分布曲线。井内液体中以地层纵波、横波和井内液体速度传播的声波为斜率不同的斜直线，分别称为纵波速度线Vc、横波速度线Vs、井内液体速度线Vf。
声波测井是在液体中放置发射和接收探头，通过测量液体中传播的声波及其耦合波对井外固体的声波时差和横波时差进行测量。最早的声波测井理论来源于无限大液-固平面界面上的声波传播特征。其基本定义和概念也来源于此。声源在无限大均匀液体中激发以后，以圆球形波阵面传播，如图1上半部分外面的大圆形所示，遇到液固平面界面时产生反射和透射，在液体中产生反射波，球面形状，见图1中上半部分的小圆所示。在其上有与固体中传播的纵波耦合的波(图1中是直线)和与横波以及伪锐利波(面波)耦合的波(图1中是直线)。图1下半部分所示的固体中有纵波(球面)、横波(球面)、伪锐利波(在表面以下橄榄形状波阵面)分别以地层纵波速度、横波速度、面波速度传播。随着时间的增加，传播距离差异加大。根据井外固体中纵波、横波、伪锐利波的波阵面形状分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测深度。纵波、横波的探测深度：在液-固平面界面上液体和固体的声波耦合位置处画界面的垂线，纵波和横波的球形波阵面与该垂线重合的长度分别为纵波的探测深度、横波的探测深度，如图2所示，HA是纵波的探测深度，HB是横波的探测深度。液体中在特定位置接收到的波形反映固体介质中纵波、横波所到达的地层深度。在液体与固体中传播的声波相耦合，接收位置处的波阵面与地层内纵横波波阵面所到达的垂直深度相对应。伪锐利波的探测深度为伸向固体内部垂直界面方向的橄榄形状波阵面的长度，如图3所示，橄榄形波阵面所深入到地层的深度，频率越低，橄榄形越长。纵波和横波的探测深度随时间改变，伪锐利波的探测深度不随时间改变，随频率改变，在频率固定以后探测深度是固定的。
基于井内声波测井仪器激发的声场分布和井内液体、井外固体中传播声波的耦合关系分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测位置。在液体中沿界面的平行线放置阵列接收探头，该接收探头接收到地层中的纵波、横波和伪锐利波在井内液体中的耦合波与对应的地层中的纵波、横波和伪锐利波所在的位置为接收探头接收到的纵波、横波和伪锐利波的探测位置，这个位置是一个区域，如图4所示。液体中的接收探头接收到的波形所探测的区域位置，在A’、B’、C’位置接收到的波形分别测量地层A、B、C处的地层纵波、横波和Stoneley波信息。通常情况下，固体中的纵横声波速度快，液体中的声波速度慢，液体中的耦合波沿界面以纵波速度传播，波阵面是斜线，其垂线的传播速度是液体的速度。液体中的探头接收到的声波是耦合波，当在界面上接收时，测量的是该接收探头所在位置的固体的声速。液体中接收到的波形所探测的地层位置较接收探头所在位置远。当在距离液-固界面一定距离A’的液体中接收时，其耦合的固体中的声波已经传播到较远的距离A，如图4所示。其所探测的固体位置A较接收探头所在位置A’远(以发射探头为准，传统声波测井几何声学理论的滑行波是较接收探头所在位置近)，是固体中的声波已经传播到的位置。同样，B’点测量到的横波耦合波，其对应的横波已经在固体中传播到B点。C’点测量到的直达波和Stoneley波与地层中的C点位于同一位置。
井内液体中激发的声波振动较液-固平面界面多一个到达井壁以后发生的反射、透射过程，如图5所示。井内激发的声波在井壁会多次反射，每次都激发纵、横波，第一次幅度小，第二次幅度大，图5(g)中刚刚反射时，地层横波附近的面波幅度小，多次反射以后能量减小，面波激发的幅度小，看不到面波。圆形波阵面的反射波继续在井内液体中传播会再次到达井壁产生第二次、第三次反射。每次反射在地层中均激发出纵波和横波以及伪锐利波。其中第二次、第三次反射激发的声波幅度很大。地层中传播的纵波、横波和伪锐利波沿井轴分别以地层的纵波、横波和伪锐利波速度传播，井内液体中与其耦合的声波也以同样的速度在井壁沿井轴方向与其耦合。井内液体中这些耦合的波和反射波叠加在一起构成井内声波测井波形。当井内液体中的波长与井半径接近时，各类反射波和耦合波形成各类与井半径有关的圆柱形状的模式波。其速度随频率变化，时差也随频率改变。在波数-频率所构成的平面上分别以斜直线、曲线的形式表现。其中纵波、套管波有固有频率，分布在以纵波、套管波速度为斜率的斜直线上，每个固有频率处有一个小的直线段(分布在纵波或套管波所在的直线上，以一小段分布的方式存在)；横波和伪锐利波是曲线，有截止频率，在截止频率处等于地层的横波速度，低于截止频率时模式波不再存在。纵波也有曲线状的模式波，也有截止频率，在截止频率处等于地层的纵波速度，低于截止频率该模式波不再存在。频率最低处的模式波是Stoneley波。从测井波形中能够处理出纵波、横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，绘制在一起得到井内液体中声波的全部分布。建立裸眼井和套管井模型，获得井内液体中声波的二维谱，其中包含以纵波、横波、井内液体速度为斜率的斜直线，分别是纵波速度线Vc、横波速度线Vs、井内液体速度线Vf，如图6所示。Vc虚线上一段一段的直线段对应裸眼的固有频率。靠近Vc的曲线是纵波模式波，其最低的频率所对应的波数的倒数是纵波最深的探测深度。
第三步：根据井内液体中声波二维谱和波数-频率分布曲线进行测井应用：
应用1：地层横波时差处理方法
井内液体中声波的传播特征可以用波数k频率f构成的k-f平面的二维谱分布进行描述，如图6所示。根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线在与横波速度线重合处消失，从中找出靠近横波速度线的地层横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，将每个波数-频率分布曲线中的波数与频率相除得到时差，以频率为自变量绘制其中的两个模式得到这两个模式的时差频散曲线，得到横波、伪锐利波的时差频散曲线，如图8所示。其中的横波和伪锐利波的时差频散曲线是连在一起的，位于图8的中间部分。其特征是：时差频散曲线中频率越低越接近地层的横波时差，见图中的虚线。用该时差频散曲线的特征设计地层横波时差的处理方法：将横波和伪锐利波的时差频散曲线向时差轴投影，所得曲线的峰值位置即为地层的横波时差，取其倒数即为横波速度Vs。该方法既充分利用了井内液体的时差频散曲线特征，又将各种频率所携带的地层横波信息得以充分的利用，实现了横波时差的频散校正，提高了横波时差处理精度。将声波时差处理从时间域的相关对比过渡到了频率域的频散曲线。该横波时差经过了频散校正，与地层的横波时差接近程度高，比相似相关方法处理的横波时差精度高。
应用2：地层纵波时差处理方法
根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线有的部分与纵波速度线重合，有的靠近纵波速度线。从中找出靠近纵波速度线或与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量得到纵波的时差频散曲线，根据纵波的时差频散曲线设计地层纵波时差的处理方法。在井内液体中以地层纵波速度沿z方向传播的声波有两部分：一部分是地层中传播的纵波通过井壁边界条件耦合到井内液体中，其沿z轴的传播速度等于地层的纵波速度。但是由于圆柱形井筒边界的影响，不是所有频率都有可以传播，只在井筒的固有频率附近能够传播，幅度比较大，在k-f图上表现为：在井筒固有频率处有一段斜直线分布，其时差等于地层纵波时差，这段分布位于地层纵波速度线Vc上，如图6中水平的双箭头所示位置。在每个固有频率处所分布的线段其斜率均相同，等于地层的纵波速度，离开固有频率其幅度快速减小。另一部分是圆柱形的井壁边界条件导致的，井内的响应中在靠近纵波速度线Vc附近有模式波存在，在k-f二维谱上表现为一组频散曲线，频率越低越接近地层的纵波速度线，其时差越接近于地层的纵波时差，如图6中的单箭头所示部分。这一部分的特征也在测井波形中存在，也携带地层的纵波时差信息。根据纵波时差信息的这两种分布方式以及对应的时差频散曲线，设计地层纵波时差处理方法：将纵波速度线附近的时差频散曲线向时差轴投影，得到曲线的峰值位置即为地层的纵波时差，取其倒数即为纵波速度Vc。该峰值包含两种情况下的纵波时差信息，是两种情况下那些等于地层纵波时差的信息的叠加结果。同样，该方法将纵波时差处理从时域的相似相关转换到了频率域，基于井内声波传播的时差频散曲线。该方法充分利用了井内声波传播规律在时差频散曲线上的表现以及频散曲线的特征，将两种以地层纵波速度传播的波形中的纵波时差信息有效地加以应用、综合，该纵波时差经过了频散校正，精度比较高。
应用3：地层纵波时差的径向分布
根据井内液体中声波的二维谱分布中的纵波(以地层纵波速度Vc为斜率的斜直线)的波数-频率分布曲线以及纵波线附近的模式波的波数-频率分布曲线，将不同频率处的时差转换为不同径向深度处的时差，得到井周围地层的纵波径向时差分布。如图9所示，每个频率f1处引水平线(见水平箭头)到纵波Vc的分布线上得到一个对应的波数k1，k1/f1得到该频率和波数所对应的时差(波数除以频率)，将波数k1取倒数得到波长，该波长定义为径向深度。
在与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线。其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，即得到对应的径向深度-时差分布，该分布就是井周围地层的纵波时差径向分布。
该分布由两部分组成，第一部分是固有频率处的分布，与纵波时差完全相等的时差分布，在二维谱上的分布是离散的，只有固有频率附近一个很小频率区间，对应于很小的径向深度区域；第二部分是纵波速度线Vc的模式波分布，与纵波时差接近的时差分布在二维谱上是连续的，有一个频率范围，对应于一个较大的径向深度区间。如图9所示，该纵波分布线最小的波数k2对应着声波测井仪器径向所能够探测到的最大深度1/k2。
应用4：地层横波时差的径向分布
根据井内液体中声波二维谱分布中的横波(以地层横波速度Vs为斜率的斜直线)的波数-频率分布曲线以及横波线附近的模式波的波数-频率分布曲线，将不同频率处的时差转换为不同径向深度处的时差，得到井周围地层的横波时差径向分布。
在与横波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线。其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层横波时差的径向分布。方法如图10所示，在k-f二维谱分布线与横波速度线Vs相交的位置附近取对应的频率f1s和波数k1s，将波数k1s取倒数得到波长即深度，在该深度位置的横波时差是k1s/f1s。用同样的方法绘制其它频率和对应深度的横波时差得到该频率的地层横波时差所在的深度。即该深度位置的横波时差。在测井过程中，不同的地层，其所测量的横波时差深度是不同的。因为分布线与横波时差线的交叉点的频率和波数不一样。即同一仪器在不同的地层测量到不同径向深度地层的横波时差。
应用5：伪锐利波时差的径向分布
根据井内液体中声波二维谱分布中的伪锐利波的波数-频率分布曲线(位于横波速度线Vs与井内液体速度线Vf之间)，将不同频率处的时差转换为不同深度处的时差，得到井周围地层的伪锐利波即面波的时差分布。
在与横波速度线接近的伪锐利波的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线。其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层伪锐利波时差的径向分布。方法如图11所示，将频率fms通过伪锐利波分布线找到对应的波数kms，将波数kms取倒数得到该频率对应的深度1/kms，该深度处的伪锐利波时差为fms/kms，同样方法对分布线的其它点进行转换，得到径向不同深度面波时差的分布。图11中伪锐利波与横波分布线连在一起，横波分布线很短，面波分布线比较长。横波分布线只能给出一小段地层径向深度位置的时差，面波分布能够给出井壁表面固体内部一定区域的伪锐利波(面波)时差径向分布。这个深度不是绝对的深度，而是波长，是声波面波波阵面所能够涉及到的深度。井的存在导致了面波的频散曲线，该频散曲线的形状决定了面波的勘探深度。随着频率的增加，面波勘探深度减小，最终逐步接近于液体的声速。
由于横波速度与伪锐利波的速度接近，在波数-频率分布图中是连接在一起的，所以，伪锐利波时差的径向分布与地层横波时差的径向分布大多数情况下是重叠的。两者都表示地层横波的径向分布。两者在地层中的分布方式不一样。
应用6：波数的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将波数分为三个区域：波数小的区域(0～3，单位1/m)，径向波数比较大，入射波偏向半径(水平)方向，这样的声波主要沿半径方向入射，在地层中沿半径方向传播的能量比较大，因此对应的径向探测深度比较深；波数大的区域(10以上，1/m)，径向波数比较小，井内入射波偏向井轴方向，入射波的主要能量沿井轴方向比较多，径向入射能量少，因此径向探测深度浅；波数位于中间的区域(3～10，1/m)，两者均能够涉及，探测不同径向深度地层的纵波时差和横波时差。
应用7：频率的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将频率分为三个区域：在低频区域(0～1，kHz)，井内能够传播的声波只有Stoneley波，波形最单纯，只能够探测井壁z方向的波阻抗突变，在遇到波阻抗差异较大的界面时会在井中沿z轴产生反射波，用该波寻找裂缝或岩溶、空洞；随着频率的增加则开始有单一的纵波、横波以及伪锐利波分布出现，该区域称为中频区域(1～15，kHz)，这一区域的声波探测深度比较深，其单一的频散曲线能够给出不同深度的纵、横波时差的径向分布；进一步增加频率则为高频区域(15以上，kHz)，主要特征是：有多个模式波同时存在，叠加在一起构成响应波形。测量的波形涉及多个频散曲线，多个频散曲线综合作用形成井内液体的反射波、纵波、横波以及面波的耦合波波阵面，与井外固体的透射纵波和横波以及伪锐利波相对应；这些频散曲线整体合在一起构成井内响应的高频区域的反射波和透射波，满足几何声学的条件。
应用8：模式波的截止频率与最大探测深度
根据井内液体中声波二维谱分布特征——模式波均具有截止频率，声波测井纵、横波和伪锐利波的探测深度由截止频率位置的波数确定，其对应波数的倒数是声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，即最大探测深度。或者说声波测井纵、横波和面波的探测深度受井筒截止频率影响。在截止频率处有一个最小的波数，其倒数是声波测井在该井筒内所能够探测到的最大探测深度(直接探测的深度，通过波长获得，即波长所涉及到的径向深度)。也是波动声学理论上声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，这个深度是声波测井的最大径向探测深度。这是从声波测井发射探头激发后沿井内液体传播的声波，即接收探头在井内液体中直接接收的波形所测量的地层径向深度。该径向探测深度主要随井眼半径改变：井半径越大，截止频率越低，对应的波数越小，探测深度越深；最大探测深度也同时受地层纵、横波时差影响：纵横波时差不同，相同截止频率对应的波数不一样，最大径向探测深度也不一样。该深度不包括井壁外面的地层中断层或者裂缝在地层中引起的反射波，这些反射波再次回到井内液体中时被接收探头所接收，这类反射波在测量波形采样时间加长后出现在后续波中，其到达时间随声波仪器所在井深改变，所涉及到的地层径向深度很深。
应用9：偶极子横波时差处理方法
根据井内液体中偶极子横波测井波形获得的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用偶极子横波测井的时差频散曲线设计地层的横波时差处理方法。如图12所示是用实际的偶极子测井波形处理的偶极子横波测井时差频散曲线。根据偶极子横波测井的频散曲线特点：其时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差；将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差。多个模式波时，这种投影方式将每个模式波中的地层横波时差信息都有效利用，进行了频散校正，提高了横波时差的处理精度。
采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得两个正交的偶极子横波的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用正交偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的两个相互垂直的水平方向(X、Y)振动的横波时差处理方法。每个偶极子横波测井的时差频散曲线中，时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差，将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差。
应用10：频率域计算横波各向异性
采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，参考横波时差，利用正交偶极子横波测井的时差频散曲线，设计频率域的地层各向异性及其方位角分布的处理方法。具体实施方式是：将四个正交偶极子的测井波形变换到频率域，在频率域用其频谱计算各个频率的地层各向异性和方位角，将不同频率计算的各向异性和方位角投影得到各向异性分布和方位角分布，其中的峰值位置即为所要计算的各向异性和方位角。利用两个水平方向振动的时差频散曲线的差异获得地层各向异性和地质特征(裂缝、应力)。具体方法是：通过上述应用4(地层横波时差的径向分布)所述方法，将时差频散曲线通过f-k平面的分布转换为深度-时差分布，两个不同振动方向的深度-时差分布相减得到横波时差的差异在径向上的分布。
应用11：长、短源距波形频散曲线的应用
采用长、短源距偶极子测井时，根据井内液体中声波二维谱中长、短源距偶极子横波的波数-频率分布曲线，获得长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线，利用长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，通过上述应用4(地层横波时差的径向分布)所述方法，将横波附近的分布转化为两个径向深度-时差分布曲线，用颜色表示时差并突出高频处(井壁附近)时差的差异：将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段横波时差差异。
采用长、短源距单极子测井时，根据井内液体中所测量的波形获得长、短源距单极子的波数-频率分布曲线，转换为长、短源距单极子纵、横波测井的时差频散曲线。利用长、短源距单极子纵波测井的时差频散曲线特点获得地层的纵波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得纵波时差频散曲线，通过上述应用3(地层纵波时差的径向分布)所述方法，转化为两个径向深度-时差曲线，用颜色表示纵波时差并突出高频处(井壁附近)纵波时差的差异：将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个井段的纵波时差的差异。利用长、短源距单极子横波测井的时差频散曲线获得地层的横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得横波时差频散曲线，通过上述应用4(地层横波时差的径向分布)所述方法，转化为两个径向深度-时差曲线，用颜色表示横波时差并突出高频处(井壁附近)横波时差的差异：将两个横波时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个井段的横波时差的差异。
采用长、短源距单极子测井时，据井内液体中声波测井波形获得长、短源距单极子伪锐利波的波数-频率分布曲线，进一步获得长、短源距单极子伪锐利波的时差频散曲线，利用长、短源距单极子伪锐利波的时差频散曲线获得地层横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，取出伪锐利波的时差频散曲线(时差介于地层的横波时差与液体时差之间，随着频率的增加，时差从横波时差连续变化到井内液体的时差)，按照上述应用5(伪锐利波时差的径向分布)转化为两个径向深度-时差曲线，用颜色表示时差并突出高频处(井壁附近)时差的差异：将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段的伪锐利波即面波时差差异。
本专利申请中关于声波测井的两种探测深度是统一的。一种根据波阵面的形状进行定义，一种根据频散曲线中最低阶模式波的最小波数进行定义。第一种定义是直观的。在井内液体激发时，能够在地层中激发出纵波和横波的那些频率成分综合作用以后所形成的波阵面，能够直观的观测到。第二种定义描述在井筒内激发时，能够激发出地层纵波或者横波的最低频率，这是接收波形中所接收到的地层纵波或者横波波形的最低频率，是频率的下限。低于该频率以后，在井筒内激发不再产生地层的纵波或横波，只有Stoneley波。或者说，第一种定义给出的是所接收到的波形中主频位置处的探测深度，第二种定义给出的探测深度是声波测井最大的探测深度。
声波测井波动声学方法是一种基于严格理论解及其结果而建立起来的一整套理论体系。从抛弃物理上不存在的‘滑行波’到用真正的声波传播过程建立探测深度、探测区域以及基于波数k和频率f的二维谱分布。将声波测井的理论、仪器设计和应用完整地联系了起来。这是一个理论基础，更是一个个基于基础理论研究结果基础上的具体技术。这些结果为应用人员打开了一条通道，在该基础上，通过应用人员的努力能够逐渐建立起全新的声波测井原创技术，丰富钻孔技术，保障地下空间以及各种地面勘探应用的新需求。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种声波测井波动声学方法，其特征在于，包括以下过程：
1)在待测井内液体中沿井轴居中放置声波测井仪器，声波测井仪器包括同轴设置的发射探头和阵列接收探头；
2)发射探头激发振动，在井内液体中阵列接收探头接收井内不同源距的声波测井波形，处理井内声波测井波形，从中得到波数-频率分布曲线；建立裸眼井模型或套管井模型，计算井内液体中声波传播的二维谱以及二维谱幅度极值的分布曲线；井内液体中以地层纵波、横波和井内液体速度传播的声波为斜率不同的斜直线，分别称为纵波速度线Vc、横波速度线Vs、井内液体速度线Vf；；
3)根据井内液体中声波二维谱和波数-频率分布曲线进行测井应用：
应用1：地层横波时差处理方法
根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线在与横波速度线重合处消失，从中找出靠近横波速度线的地层横波、伪锐利波的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到横波、伪锐利波的时差频散曲线，将横波和伪锐利波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的横波时差，取其倒数即为横波速度；
应用2：地层纵波时差处理方法
根据井内液体中声波二维谱在波数-频率分布的特点：分布曲线有的部分与纵波速度线重合，有的靠近纵波速度线；从中找出靠近纵波速度线或与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线，用波数除以频率得到时差，以频率为自变量分别得到纵波的时差频散曲线，将纵波的时差频散曲线向时差轴投影，所得到曲线的峰值位置即为地层的纵波时差，取其倒数即为纵波速度；
应用3：地层纵波时差的径向分布
在与纵波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层纵波时差的径向分布；
应用4：地层横波时差的径向分布
在与横波速度线重合的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层横波时差的径向分布；
应用5：伪锐利波时差的径向分布
在与横波速度线接近的伪锐利波的波数-频率分布曲线上，选择最低频的分布线，其每个频率均有对应的波数，用波数除以频率得到时差，将波数取倒数得到波长，将该波长定义为径向深度，则该频率处的时差就是该径向深度位置的时差，按照这种方式将最低频的分布线的所有频率处的时差转换为对应径向深度位置的时差，得到径向深度-时差分布曲线，就是井周围地层伪锐利波时差的径向分布；
由于横波速度与伪锐利波的速度接近，在波数-频率分布图中是连接在一起的，所以，伪锐利波时差的径向分布与地层横波时差的径向分布大多数情况下是重叠的，两者都表示地层横波的径向分布，两者在地层中的分布方式不一样；
应用6：波数的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将波数分为三个区域：波数小的区域径向波数比较大，入射波偏向半径方向，径向探测深度比较深；波数大的区域径向波数比较小，井内入射波偏向井轴方向，径向探测深度浅；波数位于中间的区域，两者均能够涉及，探测不同径向深度地层的纵波时差和横波时差；
应用7：频率的三个区域与对应模式波的探测区域
根据井内液体中声波二维谱分布，将频率分为三个区域：在低频区域，井内能够传播的声波只有Stoneley波，波形最单纯，只能够探测井壁z方向的波阻抗突变，寻找裂缝或岩溶、空洞；随着频率的增加则开始有单一的纵波、横波以及伪锐利波分布出现，该区域称为中频区域，这一区域的声波探测深度比较深，其单一的频散曲线能够给出不同深度的纵、横波时差的径向分布；进一步增加频率则为高频区域，主要特征是：有多个模式波同时存在，叠加在一起构成响应波形；测量的波形涉及多个频散曲线，多个频散曲线综合作用形成井内液体的反射波、纵波、横波以及面波的耦合波波阵面，与井外固体的透射纵波和横波以及伪锐利波相对应；
应用8：模式波的截止频率与最大探测深度
根据井内液体中声波二维谱分布特征——模式波均具有截止频率，声波测井纵、横波和伪锐利波的探测深度由截止频率位置的波数确定，其对应波数的倒数是声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，即最大探测深度；也是理论上声波测井在该井筒内所能够测量到的最大径向深度，该径向探测深度主要随井眼半径改变：井半径越大，截止频率越低，对应的波数越小，探测深度越深；最大探测深度也同时受地层纵、横波时差影响：纵横波时差不同，相同截止频率对应的波数不一样，最大径向探测深度也不一样。
2.根据权利要求1所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，所述待测井为裸眼井或套管井；对于裸眼井，声波测井仪器采用单极子或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子；对于套管井，声波测井仪器采用声波固井测井仪器或长、短源距单极子或偶极子或正交偶极子或长、短源距偶极子；其中，单极子的发射探头的主频与裸眼井的井筒的固有频率相等；声波固井测井仪器的发射探头的主频与套管波的固有频率相等；偶极子和正交偶极子的激发频率尽量低，小于1kHz。
3.根据权利要求2所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，采用偶极子测井时，根据井内液体中偶极子横波测井波形获得的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用偶极子横波测井的时差频散曲线设计地层横波时差处理方法：偶极子横波测井的时差频散曲线中，时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差，将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差；
采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得两个正交的偶极子横波的波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用正交偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的两个相互垂直的水平方向振动的横波时差处理方法：每个偶极子横波测井的时差频散曲线中，时差随频率改变，频率越低时差变化越小，越接近于地层的横波时差，将时差频散曲线向时差轴投影，其峰值处即是地层的横波时差。
4.根据权利要求2所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，采用正交偶极子测井时，根据井内液体中正交偶极子测井波形获得波数-频率分布曲线，进一步获得偶极子横波测井的时差频散曲线，利用正交偶极子横波测井波形获得地层各向异性及其方位角分布的处理方法；具体实施方式是：将四个测井波形变换到频率域，在频率域用其频谱计算各个频率的地层各向异性和方位角，将不同频率计算的各向异性和方位角投影得到各向异性分布和方位角分布，其中的峰值位置即为所要计算的各向异性和方位角。
5.根据权利要求2所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，采用长、短源距偶极子测井时，根据井内液体中声波二维谱中长、短源距偶极子横波的波数-频率分布曲线，获得长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线，利用长、短源距偶极子横波测井的时差频散曲线获得地层的横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，通过波数-频率分布曲线转换为波数，将波数取倒数转化为径向深度-时差分布曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段横波时差差异。
6.根据权利要求2所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，采用长、短源距单极子测井时，根据井内液体中所测量的波形获得长、短源距单极子的波数-频率分布曲线，转换为长、短源距单极子纵、横波测井的时差频散曲线，利用长、短源距单极子纵、横波测井的时差频散曲线特点获得地层的纵、横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，转化为径向深度-时差曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个井段的纵、横波时差的差异。
7.根据权利要求2所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，采用长、短源距单极子测井时，根据井内液体中声波测井波形获得长、短源距单极子伪锐利波的波数-频率分布曲线，获得长、短源距单极子伪锐利波测井的时差频散曲线，利用长、短源距单极子伪锐利波的时差频散曲线获得地层横波时差径向分布的处理方法：分别用长源距和短源距波形获得时差频散曲线，取出伪锐利波的时差频散曲线，转化为径向深度-时差曲线，将两个时差频散曲线的差异在对应的径向深度处用不同的颜色展现出来，得到整个测量井段的伪锐利波时差差异。
8.根据权利要求1所述的声波测井波动声学方法，其特征在于，基于井内声波测井仪器激发的声场分布和井内液体、井外固体中传播声波的耦合关系分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测位置，根据井外固体中的波阵面形状分别定义纵波、横波、伪锐利波的探测深度；其中：
井内声波测井仪器中阵列接收探头接收到的地层中的纵波、横波和伪锐利波在井内液体中的耦合波与对应的地层中的纵波、横波和伪锐利波所在的位置为接收探头接收到的纵波、横波和伪锐利波的探测位置；这个位置是一个区域；
纵波、横波的探测深度：在液-固平面界面上液体和固体的声波耦合位置处画界面的垂线，纵波和横波的球形波阵面与该垂线重合的长度分别为纵波的探测深度、横波的探测深度；伪锐利波的探测深度为伸向固体内部垂直界面方向的橄榄形状波阵面的长度；纵波和横波的探测深度随时间改变，伪锐利波的探测深度不随时间改变，随频率改变，在频率固定以后探测深度是固定的。
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