与井轴垂直，与换能器的发射方向一致。换能器的工作频率很低；通常低于4千赫，这样的频率对挠曲波的激发是最合适的。
DSI的一个新功能就是低频发射功能，这时发射工作频率低于1千赫．在这种工作模式下，信噪比最大可提高20分贝。因此在大井眼井段和非常慢速的地层中可以给出很好的测量结果。另外探测深度也增加了。
纵波和横波直接发射进地层，但是
图2-2-22偶极声波测井仪的发射器和接收器
仍然存在沿井眼向上传播的剪切挠曲波，它将在井眼流体中产生一个“偶极型的压力波动，而具有方向性的接收器探测的正是这个压力波动。由井眼的挠曲运动所产生的这种剪切/挠曲波是频散波，在低频时它的传播速度与横波一样，在高频时它的传播速度比横波慢。与单极声波测井仪不同的是，偶极声波测井仪在慢地层中也能记录到这种剪切挠曲波。
如图2-2-23所示，在慢速地层中，剪切／挠曲波的持续时间较短，其频率集中在低频范围。除剪切／挠曲波外，在波形的开始处还存在较高频的纵波，在这种典型的慢速地层实测中，可以从清晰的挠曲波形中提取横波时差。图中为使用有限差分法模拟计算出的偶极声源在井眼和周围慢速地层中激发出的声波的传播情况的一张照片。其主要的特征是纵波体波、横波体波和井眼挠曲波。井眼挠曲波是地层中的纵波和横波波动及井眼流体中的压力波动所产生波的重叠。在图像上表现为一系列耳垂现象，径向上它总是位于井壁附近。井眼挠曲波的主边缘与横波体波一致；它在井眼中的视相位速度与地层的横波一致；它的尾部含有高频成分传播更慢，而旦它在纵向上逐渐发散。
在同一地层中，由单极发射器和偶极发射器测井仪测量的横波时差之间存在一散等环境影响造成的，这正是我们所期望的。
MAXIS 500现场系统可处理显示全波以及它的分量特征。高速的阵列处理器使用相关对比法（STC）计算纵波、横波和斯通利波信息。可选择的带通滤波器可使我们在一个模式内使用最优的频率范围进行处理计算。这种处理可得到准确的传播时间数据，甚至在困难井眼条件下也是如此，所得到的结果是岩石力学特性分析、地层评价以及地震应用所必不可少的数据。
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图2-2-23 地层波的传播及提取分布
定的差异，这是由地层的各向异性、探测深度不同、应力分布、纵向分辨率不同以及单极频
DSI仪可与其它测井仪组合测井．因此可节省钻井的时间，同时它所测量的常规声波曲线无论是在裸眼井还是在套管井都与以前的声波测井仪的测井曲线具有很好的可对比性。
3.2仪器描述和技术指标
DSI成像测井仪把高速遥测技术与同时传播中的8个阵列接收器的12位动态范围数字化技术结合在一起。探头部分把单极和偶极发射器与8个阵列接收器结合在一起，其接收器是8个电子结构与地震检波器类似的阵列接收器用于单极和偶极声波的接收。MAXIS500现场测井系统可采集这些数据并进行处理。
3.2.1工作方式
DSI有六种不同的工作方式，单独或任意组合均可准确地采集到所希望的波形： ①下偶极发射方式。测量横波时差，偶极发射，阵列接收。 ②上偶极发射方式。测量横波时差，偶极发射，阵列接收。
③交叉偶极方式。获取快慢横波时差，用以研究地层的各向异性，偶极发射，阵列接收。 ④斯通利波方式。测量低频斯通利波时差，斯通利波是由低频脉冲驱动的单极发射器产生，单极发射，阵列接收。
⑤横波方式。测量纵波、横波和斯通利波时差，单极发射，阵列接收。 ⑥首波检测方式。获取纵波时差，单极发射，阵列接收。
DSI测井仪可与现有大部分的测井仪组合测井。有关技术说明如表2-2-3所示。
表2-2-3 DSI测井仪器技术指标
耐温 3500F（17℃） 耐压 20000psi(138Mpa) 仪器直径 35/8in.（9.2cm） 最小井眼尺寸 51/2in.（13.9cm） 建议最大井眼尺寸 18in.（45. 7cm） 仪器长度 51 ft（15.5m） 单一模式 3600ft/h 最大测井速度 三个模式同测，不测6in。 分辨率 △t 1000ft/h 三个模式同测．同时还测6in 分辨率△t 900ft／h 数字化精度 12 bits 数字化采样间距 从10—32700μS变化,每个采样 数字化波形持续时间限制 最大为15000采样所有波形 声波带宽 偶极和斯通利 80-5kHz 高频单极 8-30kHz 组合性 所有MAXIS 500测井仪， 任何电阻率测井仪 3.2.2 DSI测量成果
现场一般可获得较高质量的纵波、横波和斯通利波时差及全波列信息，现场提供的图件中有以下内容：纵横波时差、斯通利波时差，纵横波时差时间相关处理变密度图，纵横波时差时间相关处理时差图，纵横波变密度图，纵横波波形图，斯通利波变密度图，斯通利波波形图，斯通利波时差时间相关处理图。
3.3 DSI的应用
DSI测量结果除传统纵波的用途外，其它的关键应用如下：机械特性分析：在这方面的应用包括井眼稳定性分析、射孔稳定性分析或出砂分析以及压裂高度预测等；地层评价：应用包括气层探测、自然裂缝探测和评价，以及定量指示渗透率等；地球物理解释：应用包括合成地震道以及对AVO分析技术所输入的幅度数据进行刻度等；地层各向异性：把各向异性
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与来自岩石物理地质以及油藏工程等方面的数据结合在一起可以反应出某些特征的连通情况以及流体的流动路径等。
3.3.1岩石机械特性分析
岩石机械特性分析有三个很重要的概念：岩石强度、地应力和岩石破裂机理。这三个概念可以解释和预测地层什么时候、哪里、为什么及怎样发生破裂。我们使用DSI测量数据可以得到计算动态弹性模量所需的这些定量信息。这些模量是确定岩石强度和地应力等的重要数据。当评价岩石的破裂机理时需考虑多种不同的岩石破裂模型。 3.3.1.1井眼稳定性
井眼稳定性评价的目的是确定合适的泥浆柱压力来保证在钻井过程中的井眼稳定。泥浆压力过低可能导致剪切破裂和地层垮塌；泥浆压力过高可能导致地层压裂和泥浆漏失。特别是在大斜度井中，这些问题表现的更为突出。根据井眼稳定性评价成果（如图2-2-24所示）可能选择准确的下套管深度、泥浆密度以及钻井参数。
3.3.1.2射孔稳定性或出砂分析
岩石机械特性分析的一个重要应用就是识别在生产过程中可能出砂的层3.3.1.3水力压裂高度确定
在水力压裂施工中，准确地计算水力压裂的高度是非常重要的，除此之外，如果达到预期的压裂效果，还需确定压裂液的体积和泵压等参数。影响水力压裂高度最重要的因素是应力差。这个应力差可通过用DSI波形得出的动态弹性模量计算出来，它与岩石物理处理结果一起可得到水力压裂层位周围的应力分布详细信息。
图2-2-24 井眼稳定性分析
位。临界出砂压降的定量预测对完井方案的设计是非常重要的。
3.3.2地层评价
在沉积地层，声波的传播速度取决于很多参数，但最重要的两个参数是岩石的骨架类型和孔隙的分布。在地层评价中，准确的横波数据对骨架矿物类型和孔隙流体的识别来说是非常有用的。
3.3.2.1岩性识别和气层探测
使用横波测量数据进行软地层解释评价的经验表明：在软地层中，Vp/Vs随沉积物压实程度的降低而增大。在Vp/Vs与△t的交会图上，△t是孔隙度的函数，所以横轴可以认为是孔隙度轴。在这样的交会图中，如图2-2-25所示，对白云岩和石灰岩来说，其关系几乎是一条水平线，其Vp与Vs的比值几乎是一个常数，分别为1.80和1.86。对于砂岩或含气砂来说，其关系也几乎是一条水平线，且Vp与Vs的比值近似为1.58；
图2-2-25 Vp/Vs与△t的交会图
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而含水砂岩却表现为：Vp与Vs的比值随孔隙度的增加、压实程度和有效地应力的降低而增加。
在已知上述△t和孔隙度的经验关系时，野外数据所表现出的这种特征正好与Biot－Gassmann理论相符合。对湿砂岩来说，它所提供的平均趋势线如图中蓝线所示；对泥岩来说，其平均趋势线如图中绿线所示，它与蓝线的形状几乎相同，只是Vp／Vs的比值整体增大偏移而已。图2-2-25所用的DSI数据来自马来西亚和英国北海油田。数据主要是由泥岩的数据构成，并且与泥岩平均趋势线具有很好的一致性。马来西亚的数据点趋向于低Vp／Vs比值，这是由薄的含气砂层造成的。而蓝色的北海砂岩数据点的趋势与湿砂岩平均趋势线具有很好的一致性。
如图所示的Vp／Vs与△t的交会图清楚地表明DSI测量数据如何使气层探测变得更容易。含气饱和度随数据点向右下角的偏移而增大。只根据气对△t的影响不足以定量确定含气饱和度；但是Vp／Vs与△t的交会确是优秀的气层指示器。 3.3.2.2裂缝评价
用单极斯通利波测量数据评价裂缝确实是一个很重要的应用，但是这种应用要求DSI测井仪测量的斯通利波的质量必须很好。
当井眼斯通利波遇到与井眼相交的开口裂缝时，由干裂缝引起的较大的声阻抗反差使一定量的斯通利波的能量被反射。这种技术基本上是通过对采集的斯通利波波形的处理而确定出反射系数的（反射能量与入射能量的比值），然后用反射系数确定出裂缝的开口度。 3.3.2.3指示渗透率
斯通利波的传播受数种因素的影响，其中包括骨架渗透率和开口裂缝。斯通利波可认为是由井眼诱导产生的一种压力脉冲，它将使流体向地层运动，这取决于地层的有效渗透率。这种流体向地层的运动将使斯通利波的能量减小，也使斯通利波的传播速度降低。斯通利波也受井眼尺寸、地层和仪器特性的影响。把高质量的DSI测量的斯通利波数据与现代的数字记录、滤波和处理技术结合在一起，就可计算出斯通利波的能量和传播速度，从而指示出渗透层。新的DSI低频工作模式可得到高质量的斯通利波，并且具有很高的信噪比。
在碳酸盐岩储层，由于非连通孔洞、孔隙充填及孔隙的影响，孔隙度并不是渗透率的很好指示器。图2-2-26显示出了一口井的一段裸眼井测井曲线，同时还显示出了计算的斯通利波能量和经标准化的能量差。表明在孔隙层斯通利波的能量衰减很小，指示该层的渗透率很低。
图2-2-26 碳酸盐岩储层DSI测井成果图
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3.3.3地球物理应用
除常规的声波测井在地球物理方面的应用外，DSI测量数据在地震方面还有很多应用；包括横波地震相关对比、横波合成地震道、VSP解释以及用于建立对非零偏移距VSP数据进行分析的模型等。同时还可使用DSI测量数据把与气有关的幅度异常区分出来，还可做为AVO分析技术的输入数据。
3.3.4横波各向异性测量
地下岩石的物理特性通常都假定为各向同性，即与方向无关。这种假设对理论工作者来说是很方便的，但不反应实际情况。以水力和风力作用形成的颗粒沉积在层理上具有一定的方向性，并且普遍存在的薄层状沉积使大多数的地层特性参数在垂直方向上与水平方向上不同。由局部地应力场控制的平行微断裂将导致具有另外的方向性，因此说地下地层是各向异性的，而不是各向同性的。
直到目前为止，地层各向异性通常被忽略，这是因为用传统的资料反应地层的各向异性实在是太困难的。即使做了这方面的工作，受它的影响也错误地认为传播时间在某个方向上大，或与交叉的地震线不匹配。但是，数据采集和处理技术的改进，例如，在井眼地震中，随着地质背景的越来越复杂，迫使油藏工程师们必须考虑到各向异性的重要性。把各向异性方面的测量信息与岩石物理、地质、油藏工程等方面的输入信息结合在一起，可以反应出有关特征的连通情况和流体的流动路径。比沿其它方向传播的快。识别和测量这种类型的各向异性将得到有关岩石应力和裂缝密度及方位等方面的信息。这些参数对设计水力压裂方案及水平和垂向渗透率各向异性等都是非常重要的。更复杂的情形，象倾斜层、裂缝性层状地层及具有多细裂缝的岩石等，将要根据各种各向异性的综合影响来进行研究。
3.3.5各向异性的确定和分析
两种类型的各向异性（TIH和TIV）都可由DSI测井仪探测出。对TIV这种各向异性来说，主要是通过在直井中测量的P波时差与在斜井和水平井中测量的P波时差不同来反应，通常在水平方向上的传播要比在垂直方向上的传播快，但是对S波来说，也有相同的反应。很多年来，当在斜井和直井中测量的声波时差出现差异时，测井分析家总是认为测井质量不好，或是由测井环境引起的。现在用各向异性可以明确地解释这一点。现在这种差异被认为是一种岩石物理信息。现在测井分析家利用各向异性信息来进行地层相关对比及更好地完成地层评价工作。
4.垂直地震剖面测井（VSP）
4.1垂直地震剖面的特点 4.1.1垂直地震剖面的测量原理
垂直地震剖面（VSP=Vertica1 Seismic Profiling）是一种地震观测方法。它是在地表附近的一些点上激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些检波点上进行观测（如图2-2-27所示）。根据震源距井口的距离，VSP分为零偏移距VSP（震源在井附近激发，井中接收信号）、偏移距VSP（离井较远的距离激发，在井中接收信号）和多偏移距VSP。在垂直地震剖面中，由于检波器通过井置于地层内部，所以既能接收到自上而下传播的下行波，也能接收到自下而上传播的上行波及各类续至波。若采用三分量检波器接收信号，除了纵波外，还可以接收到横波（SV波和SH波）。利用这些信息，我们可研究井旁地层剖面及在实际地
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