孙志峰， 卢华涛， 李国梁
(中海油田服务股份有限公司， 北京 101149)
近些年随钻测量技术在提高作业时效、实时决策钻井效率与风险管理及地质导向方面取得了巨大的进步。随钻声波测井技术作为其中一项高端测井技术可提供实时井眼稳定性分析、钻井优化、协助孔隙压力优化、优化井位及为地震资料反演提供速度参数。因此随钻声波测井仪器在油气勘探开发与地层评价中具有重要的作用。
随钻声波测井时，由于钻铤占据井眼大部分空间，电缆声波测井理论不再适用于随钻环境，因此需要研究随钻环境下地层波速测量方法及复杂地层中的随钻多极子声场理论，才能实现随钻多极子仪器的设计及应用。Tang等[1-2]研究表明，随钻偶极子声源在钻铤上整个测量频段会激发很强的钻铤模式波，严重干扰了地层横波的测量，因此提出了利用随钻四极子进行地层横波测量的理论及方法，为随钻环境下地层横波测量奠定了理论基础。崔志文[3]给出了井外为弹性地层或Biot孔隙介质中的随钻多极井孔内外声场的数学表达式，得出随钻多极子井孔声场传播特点及规律。苏远大等[4]研究了软地层中随钻多极子声波的全波波形及其频散特性。Zhu等[5]、王兵等[6]和王军等[7]设计了随钻多极子声波等比例缩小模型进行了实验研究，认为利用随钻偶极子声源测量到的沿钻杆模式波与岩石速度相近，因此无法获取岩石的地层横波速度；
而随钻四极子声源虽然在高频段也会产生钻铤四极子波，但是采用低频激励的方式可以减小钻铤模式波的影响，可以精确的获取地层横波速度。Wang等[8]采用FFEM(frequency-domain finite-element method)方法研究了随钻多极子声源在水平井和大斜度井中声场，计算了由于仪器偏心导致各种模式波强度的变化规律，提出了一种定量评价随钻声波仪器偏心度的方法。许松等[9]理论上推导了随钻多极子声波测井在孔、裂缝介质环境中的井孔声场表达式，研究了随钻多极子模式波的速度、衰减、灵敏度与地层裂隙密度、含气饱和度的变化关系，结果表明，随钻四极子声波在含气地层会产生强烈的衰减，可以利用这一特征作为判断地层含气的标志，且理论模拟与实测数据有很好的一致性。Wang等[10]研究了随钻单极子声源在仪器偏心状态下，快速及慢速地层中不同方位接收器波形的变化规律对地层声速测量的影响。Fang等[11]通过数值模拟的方法采用惠更斯原理解释了随钻单极子声波在慢速地层也可以测量到非频散的滑行横波信号。Su等[12]进一步在实测的软地层随钻单极声波数据中观测到了透射滑行横波，且其横波的慢速与四极子横波慢度吻合。Xu等[13]对随钻多极声源进行了研究，表明随钻声波声源可以等价为包含单极、偶极及四极成分贡献为特征的组合，其理论研究结果可以用作评价随钻多极子声源性能。张正鹏等[14]模拟了随钻瓦片声源在非均质地层的声学响应，首次提出了利用方位速度差异可在随钻环境中进行地层界面识别，为随钻方位声波测井技术提供了新理论。
随钻声波测量理论的不断完善和发展，推动了随钻声波测井仪器研发的进步。近年来，中国在随钻声波测井理论、方法及应用等方面的研究有了较大的发展，随钻声波仪器的研制也有了突破，如中海油田服务股份有限公司成功研制了随钻四极子声波测井仪[15-16]。但是中国距离世界最先进的随钻声波测井技术尚有较大差距。为此，主要针对制约中国随钻声波测井仪器的随钻四极子发射换能器、钻铤隔声技术、接收声系设计及信号处理等技术进行深入讨论，并对未来的随钻远探测声波测井技术进行展望。
1.1 随钻声波测井仪结构特点
国外随钻声波测井仪器主要经历了从随钻单极声波测井仪、随钻四极子横波测井仪(Schlumberger 公司的SonicScope[17]、BakerHughes公司的APX[18]及Halliburton公司的XBAT[19-20])到随钻方位声波测井仪(Weatherford公司的Cross-Wave[21])的发展过程。图1[17-20]绘制了目前国外3种主流的商业化随钻四极子声波测井仪。可以看出，这3种仪器从左到右依次为发射换能器、隔声体及接收声系，电子线路系统都安装在钻铤内部。为了保证仪器居中测量，仪器两端安装了扶正器。各家公司的发射换能器、隔声体及接收声系的设计方案均不同。APX仪器与XBAT仪器的发射换能器兼顾单极和四极功能，而SonicScope仪器分别有两个独立的单极和四极发射换能器。APX仪器隔声体是在钻铤外壁进行刻周期性的凹槽，XBAT仪器隔声体是钻铤外壁设置了多个周期性的孔眼，而SonicScope仪器采用了钻铤内壁刻槽的方式，钻铤外壁光滑。APX仪器与XBAT仪器的接收声系共有24个(4列×6个)接收换能器，而SonicScope仪器接收声系共有48个(4列×12个)接收换能器，这3种仪器任意相邻两列接收器相位差均为90°。
图1 3种随钻四极子声波测井仪[17-20]Fig.1 Instrument structure diagrams[17-20]
1.2 随钻四极子发射换能器研究
随钻四极子发射换能器研制在世界上属于核心商业机密，国外服务公司对中国常年实行技术封锁，该技术严重阻碍了中国随钻声波测井技术商业化应用。该技术涉及换能器的声场理论仿真设计、压电晶体材料研制、高温高压下换能器的封装及制造等多学科交叉领域，制造工艺非常复杂；
另外随钻声波发射换能器需要安装在钻铤上，与电缆声波测井发射换能器安装方式有很大差异，需要在机械安装方式上有特殊的设计。国外油田服务公司仅公开了少数技术专利，中国研究机构仅针对随钻四极子换能器的理论声场模拟、实验室样品试制及实验研究开展工作，但尚未研制出可应用于实际井下作业的商业化产品。
目前，国际上成熟的随钻四极子发射换能器的设计方案主要有两种：一种方案是钻铤周向上安装多个压电晶体，改变不同方位激励信号的相位实现随钻四极声源发射，为了保证压电晶体在井下高压下正常工作，需要把压电晶体安装在一个充满硅油的空腔中，确保腔内外压力平衡，这种发射换能器的机械安装方式非常复杂，不利于维修保养，称为充油型发射换能器；
另外一种方案是机械安装方式非常简单，不需要硅油保证压力平衡，采用的设计思路是把压电晶体封装在非导电材料中[如环氧树脂、橡胶或聚醚醚酮(PEEK)等材料]，这种设计方案的难点是封装材料的选择以及如何保证晶体在封装过程中无气泡，因此对制造工艺提出了很高要求，称之为非充油型发射换能器。
对于充油型的随钻四极子发射换能器，压电晶体的形状及安装方式也有不同的设计。Tang等[22]发明了一种随钻扇区环状多极子发射换能器，该换能器在钻铤周向上安装3层压电晶体，每层由8片径向极化的圆弧状压电晶体组成，晶体放置在充满硅油的管状密封结构单元中，通过隔声材料与钻铤安装，相邻的两个压电晶体为一组发射单元，通过对四组发射单元施加不同相位的激励信号实现四极子声源的发射。目前BakerHughes公司的商业化的APX随钻声波仪器主要采用了该技术。
还有一些学者提出了一些探索性方案，但都未形成商业化的产品。Miyamoto等[23]提出了一种随钻四极子发射装置，该装置由4个等间隔封装在钻铤上的单极圆柱晶体组成，圆柱晶体被厚度1 mm的聚苯砜材料封装，最外层采用波纹管技术保证腔内外压力平衡，在激励电压的作用下，利用单极圆管d31模式产生膨胀或收缩。Mickael等[24]发明了一种由一个或多个矩形压电平板晶体黏接而成的随钻多极子发射换能器，多个压电晶体采用并联的方式，安装在钻铤4个方位的凹槽中，通过改变压电晶体的极性产生单极、偶极或四极子声源的激励。丛健生等[25]发明了一种随钻四极子发射换能器，该换能器采用偶数个叠加的压电晶体陶瓷片，且相邻压电晶体的极化方向相反，同时多个压电陶瓷片被金属块和金属板夹持。Wei等[26]采用有限元分析方法研究了一种三叠片圆形随钻四极子发射换能器，主要分析了基片材料属性对发射响应的影响，这种设计方案仅限于理论模拟，未考虑机械安装方法。
对于非充油的随钻四极子发射换能器，主要采用了矩形板状或圆弧状压电晶体，晶体个数及封装方式各有差异。Hsu 等[27]发明了一种圆环状的随钻四极子发射换能器，该换能器由4个1/4圆环组成，每个圆环采用环氧树脂封装了6个矩形板状压电晶体，通过控制每个圆环中压电晶体的电压激励方向实现四极子声源发射。Garcia-Osuna等[28]发明了一种圆弧状随钻四极子发射换能器，该换能器采用弧形的沿厚度方向极化的压电材料，如单层或多层的1-3复合压电陶瓷晶体，在钻铤周向分布若干个晶体，晶体采用非导电材料封装(如玻璃纤维、合成橡胶或PEEK)；
另外由于换能器采用了多个压电陶瓷晶体，对不同的压电晶体设置不同延迟的激励信号，还可以实现换能器的相控发射，以达到能量聚焦的效果。目前Schlumberger公司的商业化的SonicScope随钻声波仪器主要采用了该技术方案。
学者们以该结构为基础，进行数值仿真、优化设计等工作，以提高该换能器的辐射效率。刘玉凯等[29]研究了圆弧状压电晶体的激发频率为4 kHz时，钻铤存在对随钻多极发射换能器的影响，认为钻铤对四极子声场的影响较小。Fu等[30]提出了在瓦片状压电阵子内侧黏接一片尺寸与陶瓷片完全一致的金属片实现弯曲模式的激励，该结构确实可以增强压电陶瓷片的弯曲振动模式，但该方案未考虑换能器的固定方式。吴金平等[31]设计制作了基于圆弧片压电阵子的随钻多极子发射换能器，并进行了实验研究，结果表明，径向振动为主的耦合振动模式能够用于随钻多极子声源的发射。吴德林[32]提出了一种随钻复合圆管四极子发射换能器，主要利用了环向弯曲四极子模态和轴向弯曲四极子模态实现低频四极子声发射，该设计使四极子的测量频段内有较大的发射电压级和较宽的频率带宽。陈俊园等[33]研究了一种适用于随钻方位声波测井的瓦片状随钻发射换能器，该换能器本质是使随钻四极子发射换能器的某单片工作。孙志峰等[34]对应用于随钻声波发射换能器的圆弧状压电晶体进行了理论模拟，模拟结果表明，在声波测井频率范围内存在弯曲振动模态及径向振动模态，通过优化晶体几何尺寸，可以设计满足晶体在13 kHz附近有最大径向振动响应，然而晶体在低频4 kHz附近弯曲振动效率较低，如果采用弯曲振动模态应用于四极子声源，需要进一步优化设计提高其发射电压级。以上的研究主要通过改变换能器的固定安装方式、在晶体材料内侧黏接金属层等方式实现换能器的大功率辐射。
非充油型随钻四极子发射换能器的机械安装方式、制造工艺和造价上都具有较大的优势。实际的随钻声波换能器工作在井下高温高压具有腐蚀性的钻井液中，目前中国在换能器的真空封装工艺方面还尚未实现技术突破。因此还需要加强压电陶瓷晶体材料、换能器封装工艺及制作等方面的基础研究工作，保证换能器在高温高压下具备稳定的声学性。
1.3 随钻声波隔声体研究
随钻声波仪器与电缆声波仪器不同，发射声源需要安装在刚性钻铤上，导致声源会激发出很强的沿钻铤传播的导波，若不做隔声处理，钻铤模式波会严重干扰到地层波速测量。近年来，人们在钻铤波的产生、传播机制及隔声方法与结构方面开展了大量深入研究。
杨勇等[35]采用三维有限差分方法研究了不同周期性凹槽钻铤结构的声场，对比了凹槽结构对钻铤波时延及隔声量的影响。闫向宏等[36]探讨了钻铤周期性凹槽结构尺寸对隔声效果的影响，提出了一种最高为36 dB声衰减的钻铤隔声结构。苏远大等[37]研究了钻铤尺寸与钻铤波固有阻带的分布规律，钻铤波衰减频率范围与刻槽宽度及深度的关系，设计的隔声体结构有效消除了钻铤波。苏远大等[38]采用数值模拟的方法分析了刻槽式隔声结构钻铤波的物理传播过程，优化设计并加工了一种刻槽式的隔声体，并在实验室利用扫频的方法测量了钻铤波的声衰减，结果表明，该隔声体有效地降低了钻铤波的干扰，图2(a)为这种钻铤内外刻槽的隔声方案示意图。在隔声体测量方面，乔文孝等[39]提出了采用激震源和三轴加速度计进行电缆声波测井仪器隔声体的测量方法。苏远大等[40]在此基础上提出了随钻声波隔声体声衰减的测量方法。
在钻铤波的传播机制方面，Wang等[41]研究了钻铤波的传播机制，揭示了即使在钻铤上刻槽也无法完全消除钻铤波的原因。杨玉峰等[42]和He 等[43]采用有限差分方法研究了钻铤波的辐射特性和刻槽降低钻铤波对地层波干扰的方法，首次考察了井眼内壁对钻铤波传播的影响，结果表明，接收器接收的钻铤波信号不仅包含钻铤外表面传播的直达钻铤波，还包含从井壁反射回来的钻铤波信号，内刻槽结构相对于外刻槽结构对压制钻铤波有更好的表现，深的刻槽更能抑制钻铤波，但是更容易激发转换斯通利波[42-43]，图2(b)为这种钻铤内刻槽的隔声设计方案。Zheng等[44]首次在理论上采用了留数定理和割线积分的方法分离了钻铤波和地层纵横波信号，认为钻铤波的传播速度与地层性质不相关，但是钻铤波的衰减和幅度谱受地层性质的影响。王军等[45]在实验室进行了等比例随钻声波实验研究，考查了4种实验模型下的钻铤内部直达钻铤波与钻铤外部泄露钻铤波的幅度差异及原因，讨论了泄露钻铤波沿井轴和径向方向的衰减规律，提出了有效削弱钻铤波的随钻多极子接收器布置方案。杨培年等[46]采用时域有限差分模拟了钻铤内外刻槽的钻铤波衰减差异，提出了渐变刻槽产生的散射波对地层波的影响更小。
钻铤波传播机制研究及凹槽结构参数对隔声效果的影响都有助于设计最优化的随钻声波隔声结构。由于钻铤内壁或外壁刻槽会导致对斯通利波信号有一定影响，因此近几年还发展了一些创新型的隔声方案。苏远大[47]提出了一种利用变径组合方式拓宽隔声体阻带的方法，数值模拟和物理模拟均验证了不同钻铤截面积只要大于声波波长，同样可以达到隔声的效果。图2(c)展示了这种钻铤变径组合隔声体示意图，可以看出，这种隔声体钻铤不需要加工狭小的凹槽，因此可以避免钻铤内外的钻井液流动对钻铤凹槽的冲蚀，延长了仪器的使用寿命，同时也易于机械加工，降低了制造成本，是一种非常理想的隔声结构。
还有一些学者提出了一些隔声新方法和结构。张博等[48]首次提出了利用两个相位相反的随钻单极子声源激励的双源反激技术，该技术可以很好地压制钻铤波，为实现宽频带随钻声波地层速度测量提供一种新思路。Ji等[49]研究了一阶模式的钻铤波随激发频率在钻铤径向上的分布规律，结果表明，对于低频激励内刻槽有利于压制钻铤波，而对于高频激励外刻槽对压制钻铤波更有利，根据这一结论在钻铤内部设计一个不同于钻铤材料的夹层来压制钻铤波。Yang 等[50]提出了一种基于声子晶体结构的随钻声波隔声体设计方法，最优化的隔声结构包含8组刻槽单元，每组单元有11个3～5 mm宽的刻槽，相邻刻槽单元距离0.2 m，数值模拟表明：这种隔声体结构比传统的均匀内刻槽结构有更好的隔声性能[50-51]。这些隔声技术在理论上确实有很好的隔声效果，但是在实际应用的角度，由于结构过于复杂而很难进行机械加工。
R1～R6为6个接收器的位置；
T为随钻声波发射换能器；
d1～d3为不同的钻铤截面图2 3种不同的随钻声波隔声体结构[38,42- 43]Fig.2 Three different collar isolators of LWD sonic tool[38,42- 43]
1.4 随钻声波接收声系研究
随钻四极子声波测井仪器接收端钻铤需要采集四方位的阵列声波信号进行相位叠加才能获取地层的四极子横波信息，因此需要在钻铤狭小的空间上安装若干个接收换能器(以斯伦贝谢公司SonicScope为例安装了48个传感器)，这涉及接收换能器设计、安装方式、密封及压力平衡等诸多问题。电缆多极子阵列声波测井仪的接收声系一般采用橡胶皮囊封装压电晶体，皮囊里面充满硅油保证声系内外的压力平衡。而随钻声波测井仪器实钻环境复杂恶劣，仪器在测量过程中剧烈振动，常规的电缆多极子阵列声波测井仪接收换能器的悬挂安装以及橡胶皮囊封装方式不再适用随钻环境；
另外为了克服仪器钻井噪声及钻铤直达波信号，还需要设计高精度的信号采集电路设计、钻铤壁厚优化设计等，因此随钻四极子接收声系设计已经成为该仪器研制中的重要技术瓶颈。
关于随钻多极子接收换能器的研究因涉及核心技术机密，仅有少量文献进行了报道。李振等[52]研究了随钻声波测井仪叠片型接收换能器的晶体厚度与接收灵敏度关系，认为方形压电晶体的接收灵敏度大于圆形晶体。Wei等[53]设计了一种基于霍姆霍兹共振腔型的宽频带、高灵敏度随钻接收换能器，该换能器不是利用传统的单一弯曲振动模式，而利用了多种模式耦合，该接收换能器在 10～20 kHz频率范围接收灵敏度曲线平缓，因此适合单极信号的测量而不适合低频四极子信号的测量。吴金平等[54]采用有限元和实验相结合的方法研究了方形叠片式接收换能器，研究了陶瓷片长度及厚度与接收灵敏度的关系，加工制作的接收换能器灵敏度起伏小于2.3 dB，该换能器有望用于随钻多极子声波测量。上述研究表明，随钻四极子声波测井仪接收声系采用方形晶体有较好的接收灵敏度。
钻铤的壁厚对随钻四极子测量有很大影响，苏远大等[55]研究发现，随钻四极子声源在超软地层会激发沿钻铤传播的导波，该模式波存在截止频率，当四极子声源的激发频率远低于钻铤波的截止频率，才可以避免激发干扰地层横波测量的四极子钻铤波。而四极子钻铤波的截止频率与接收端钻铤的壁厚有直接关系，利用随钻声波测井等效简化模型设计了一种钻铤截止频率与随钻接收声系钻铤壁厚关系的理论图版，该图版为随钻四极子声波测井仪接收声系钻铤壁厚优化设计提供了理论指导。因此随钻四极子声波测井仪接收段钻铤壁厚必须优化设计才能避免四极子钻铤波的影响。
随钻多极子接收换能器需要安装在钻铤端接收来自地层信号，关于接收声系研究这方面研究仅国外有相关专利报道。Birchak等[56]发明了一种圆形陶瓷片的充油腔体结构接收声系，该结构在钻铤接收端设置了32个充满硅油的腔体，腔体中安装了压电陶瓷晶体，为了保证晶体内与井外流体压力平衡，腔体上设计了一种特殊的波纹管结构，更换压电陶瓷晶体时，需要抽真空装置对腔体抽真空，然后重新加注硅油，这种设计方案机械结构和维保都很复杂。Tang 等[57]发明了一种矩形陶瓷片的充油腔体结构接收声系，该结构在钻铤接收端周向上每隔90°，在轴向安装6个接收单元，每个接收单元充满了硅油，包含了压电晶体材料、弹性隔声装置及外壳保护罩等。Nakajima 等[58]发明了一种细长充满流体的可安装到钻铤凹槽内的随钻多极子接收声系，每个条带接收声系内部的矩形接收晶体被一种夹持装置固定在接收声系骨架上；
接收声系外壳采用了非规则形状的波纹管金属材料，当井下温度压力变化时，通过波纹管柔性体积变化保证晶体内外压力平衡；
波纹管与钻铤凹槽之间放置了用于声系减震的橡胶材料。
前两种接收声系结构由于是在钻铤的接收端开槽，阵列方向没有隔声装置，但是第3种接收声系结构是在钻铤4个方位上开长槽，阵列方向有一定的隔声作用。因此国外较为成熟的接收声系采用的是方形长管设计结构，该设计可保证高质量信号采集，机械安装、维保等方面都很方便。中国在随钻多极接收换能器研制方面已经有较成熟技术，但目前尚需要攻克声系中的压力平衡设计技术及近探头的信号采集电路系统等技术难题。
2.1 随钻测井地层各向异性波形反演方法研究
在随钻声波测井中，对钻头附近应力情况的评价非常重要，直接关系钻井作业的安全、钻头的地质导向和施工方案的抉择。横波速度的各向异性能够反映井周应力大小和方向、裂缝带分布形态。电缆阵列声波测井仪器利用正交偶极测量四分量偶极横波数据，采用波形旋转或波形反演的方法可以评价地层的各向异性，而随钻声波由于钻铤模式波干扰及仪器旋转的影响，随钻正交偶极激发模式已经不适用于随钻测井仪器，因此人们一直探索解决随钻地层各向异性测量的方法。
Wang等[59]模拟了随钻四极子声源在TI(transverse isotropy)不同倾角地层中声场，认为在这种地层随钻四极子会分裂为快慢横波。王瑞甲等[60]利用三维有限差分方法模拟了随钻正交偶极声波测井仪在各向异性地层的声场响应，讨论了利用随钻偶极子模式进行横波速度各向异性评价与快横波方位的反演可行性。李希强等[61]理论推导了随钻多极子声波在TI地层中波场，并考查了随钻多极子的频散特征、激发强度与灵敏度特性。Wang等[62]提出了一种利用随钻偶极发射声波而正交方向接收弯曲波信号的测量方法，利用正交分量波形能量在两个本征函数定义的子空间投影的最大值反演地层的各向异性，该方法对人工合成波形及现场测试数据均有一定效果。卫建清等[63]提出了在横向各向同性TI地层，利用随钻四极子声源激发，多模式采集方式进行地层各向异性反演方法，研究结果表明这种数据采集记录方式可以反演地层快慢横波的偏振方向及地层的各向异性大小。以上研究均基于随钻偶极或四极声源的探测方法。
有学者还提出了利用随钻偏心声源测量地层各向异性的新思路。卫建清等[64]采用三维有限差分方法研究了随钻偏心声源在HTI(horizontal transverse isotropy)慢速地层中的井孔声场问题，结果表明：随钻偏心声源能够同时激发快慢横波，且当激发频率为3 kHz，快慢横波的相速度与地层的水平和垂直剪切模量最为敏感，因此利用地层快慢横波的频散曲线可以反演地层的各向异性。Wei等[65]对该方法进一步研究，结果表明：在HTI地层，采用频率大于3 kHz的偏心声源可以激发出快慢两种波形，快波对地层参数c66灵敏度最大，而慢波对地层参数c44灵敏度最大，利用一种各向同性解析解的最小二乘拟合法，可反演地层的各向异性大小。
地层的各向异性对储层评价具有重要意义，目前利用随钻声波技术存在技术缺陷。从目前的研究进展来看，随钻偏心声源有可能解决这一难题，但是仅处于理论探索及实验阶段，尚未见较为成熟的商业化应用案例。
2.2 其他随钻声波波形反演新技术
利用随钻多极子声波测井仪可以实时提供岩石力学参数，优化钻井作业，确定最佳钻进方向，识别具有更好完井特征的岩层。在拓展随钻多极子声波测井仪器的应用范围方面，新的研究热点如下。
随钻四极子声波有很强的频散特征，通常需要频散校正才能获取地层的真实横波速度。该技术发展趋势从传统的基于理论模型的频散校正方法[66-69]，发展为数据驱动的频散校正方法[70-72]，主要核心解决的问题是排除由于钻铤噪声导致四极子频散曲线产生奇异值的影响。Su等[73]提出了一种利用随钻四极子横波数据约束反演地层径向速度剖面的方法，该方法利用了高频四极子横波探测深度浅，能反映近井眼地层的变化特性，进而可以探测由于钻井导致的井眼地层的破裂。Aeron等[74]利用离散点的Radom变换提出了一种鲁莽的随钻噪声环境下地层纵横波时差提取方法，解决钻井噪声对测量信号影响。Su等[75]研究了一种利用随钻多极数据提取地层纵横波速度的联合反演方法，该方法的优势是避免了提取纵横波速度的不确定性，且能消除随钻四极子横波及泄露模式纵波的频散特性。庄春喜等[76]提出了随钻环境下的斯通利波渗透率反演方法，该方法基于简化的 Biot-Rosenbaum 理论和钻铤等效模型，对斯通利波的频移和时滞进行联合反演，证明了利用随钻斯通利波比电缆更有效的评价地层渗透性。黑创等[77]利用微扰法建立了随钻四极子频散曲线与地应力之间的关系，为随钻环境下的地应力识别提供了理论依据。利用随钻四极子仪器在水平井或大斜度井进行固井质量评价，也是近几年国际上的研究热点，该技术利用了随钻单极测量波形的首波幅度和阵列信号的衰减联合计算水泥胶结指数曲线，应用实例表明：随钻声波胶结指数曲线与电缆CBL仪器的固井质量曲线有很好的一致性[78-80]。
由此可见，随钻声波数据处理与应用技术主要集中在四极子频散校正、渗透率反演、地应力识别及固井质量评价。由于随钻声波仪器可用于大斜度井或水平井等复杂环境，因此随钻声波仪器比电缆声波更具有良好的应用前景。
随钻方位电阻率成像测井已经实现了钻井过程中的实时地质导向，然而基于声学测量的随钻声波远探测技术在这一领域还未实现技术突破。尽管基于电缆远探测声波测井技术已经发展的较为成熟，但随钻声波远探测目前仅仅进行了一些理论探索。Wei等[81]首次理论研究了随钻偶极声波进行远探测成像方法，根据理论计算的SV波及SH波的指向性曲线优化计算了随钻偶极激发频率，认为随钻偶极进行远探测存在一个优势的激发频带，在该频带内可以使SH波进行远探测或邻井成像时具有宽角度的能量覆盖范围。曹景记等[82]对随钻偶极横波远探测进行了深入研究，随钻环境下的SV和SH横波辐射能量比电缆情况降低了约70%，且最优势的激发频率由电缆的3.5 kHz降到2.5 kHz，从理论上验证了随钻偶极横波远探测在技术上的可行性。谭宝海等[83]推导了随钻偶极声源辐射的远场渐进解，研究了钻铤存在时随钻偶极激发的井内及井外声场，利用三维有限差分算法计算井外存在声阻抗不连续界面时的井内随钻偶极SH反射横波特征，为随钻偶极远探测成像的工程应用提供了理论指导。以上研究主要利用随钻偶极子声源进行远探测成像。
有学者还提出了利用随钻单极或随钻相控声源实现这一技术的理论方法。Wang等[84]提出了一种基于HPML(hybrid perfectly matched layer)吸收边界的频域有限元方法，建立了井外为裂缝的随钻单极子远探测反射成像模型，结果表明，随钻单极远探测成像比电缆有更高的成像分辨率，但该技术无法评价裂缝方位。王瑞甲等[85]提出了一种应用于随钻三维反射声波成像仪的非对称圆弧片声源，采用三维有限差分方法研究了声源的辐射声场及不同地质构造对三维反射声波仪器的影响，结果表明，该声源的3 dB角较窄，分辨率高，可以实现向井中定向辐射。Yang等[86]、杨书博等[87]采用三维有限差分方法研究了用于随钻远探测反射声波测井的相控线阵辐射器，认为通过调整辐射器控制参数可以增强远场PP反射波的幅度，该技术有望用于随钻远探测反射声波测井。Pan等[88]对随钻反射声波测井进行了理论研究，认为随钻声波仪器激发的信号在井底产生强烈的反射，可以等价为一个散射声源，这个散射声源激发的声波在井外地层界面处反射，利用界面反射波可以计算地层界面的倾角，但是实际在钻井过程中，如何记录反射波并实时进行反射波信号反演并上传倾角信息将非常困难。
由此可见，随钻声波远探测声波测井主要有两种声源类型：一种是利用类似与电缆正交偶极声源，另外一种利用单极或相控线阵声源。无论哪种技术方案，随钻远探测仪器无法避免钻铤波信号对反射声波信号的干扰。随钻远探测声波仪器与电缆仪器不同，仪器测量过程中高速旋转，这样会导致发射声源的方位与反射回波信号的方位不一致，如何正确评价探测反射体的方位是一个巨大的难题。随钻远探测声波仪器主要用于随钻地质导向，由于泥浆脉冲传输速率的限制，仪器无法把井下的测量的大数据量波形数据实时长传地面系统，因此需要仪器在井下根据测量信号实时反演地层边界，这对井下电路实时处理系统及反射波反演算法提出了非常高的要求。因此若实现随钻远探测声波仪器的商业化应用，还需要突破很多关键技术。
(1)综述了近十几年随钻声波测井技术在测井理论、传感器研制、隔声体及信号处理反演方法等关键技术的研究进展。主要侧重了研究内容比较丰富的方面，而未面面俱到，比如随钻声波资料的应用虽然很重要但是点到为止。同时也使有的内容能较详细地体现从理论、方法到应用的全过程，使读者对随钻声波测井研究有一个总体印象。
(2)还有一些随钻声波测井的重要方面文中未展开介绍，如套管井声波固井质量评价问题，该项技术利用电缆声波测井技术已经能好的解决。但是随着测量需求的提高，如何评价水平井或大斜度井固井质量是当前面临的难题。而利用随钻声波仪器或许能解决这个问题，这方面国外油田服务公司已经在方法和技术方面有所突破，且有很好的应用效果，对该项技术进行了简要概述，但未深入展开详细讨论。
(3)随着勘探开发需求的增加，下一代的随钻声波测井技术一定向着地层深处目标进行探测。这方面电缆偶极声波远探测技术较为成熟，然而在随钻声波方面实现远探测技术将面临很多难题，比如如何消除钻铤偶极横波影响、钻井噪声问题及仪器高速旋转导致的目标方位探测问题等都亟待解决。因此随钻远探测技术还有很多关键问题需要突破。
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