声波测井是当前最重要的测井方法之一。声波测井技术涉及声波信号的产生、传播、接收和声波信息处理等科学问题，这些都属于应用声学问题。

早在20世纪40年代，为了地震解释的需要，出现了仅由一个发射换能器和一个接收换能器（单发单收）组成的声速测井仪器（图1）。图1　声波测井仪器发展示意图通过测量接收换能器接收到的首波到时便能计算出地层中的纵波速度。后来为了提高测量声速的分辨率以及降低井孔环境的影响，又陆续发展了单发双收声速测井仪以及双发双收补偿声速测井仪（图1）。1956年，M.R.怀利提出了“时间平均公式”，建立了纵波速度和地层孔隙度的联系，从而使得声波测井可用于评价地层性质。20世纪70年代后期“数字化时代”的到来使得单极阵列声波测井仪得以研制成功。该仪器中的多个接收器（四个以上）能够接收到多道波形数据，因此人们可以利用信号处理方法获取更为准确的地层纵波速度和横波速度。但是该仪器不能测量软地层（地层横波速度小于井孔内流体声速）中的横波速度。J.Zemanek等人于1984年初次发表了由偶极横波测井仪器在井下的实际测量资料，通过与岩心资料对比，证明了偶极横波测井方法能够在软地层下准确测量横波速度。此外，偶极横波测井技术的另一应用是评价地层的各向异性。1990年，斯伦贝谢公司研发了能够同时进行单极纵波测井和偶极横波测井的多极子阵列声波测井仪（图2）。

图2 多极子阵列声波测井仪示意图

1993年，B.E.霍恩比将层析成像技术引入到声波测井中，通过处理单极阵列波形数据，首次获取了纵波速度在径向和垂向上的二维成像结果。中国学者唐晓明于2004年创造性地提出了偶极横波反射成像技术，这不仅将声波测井对井旁地层的成像范围扩大到30米以外，还能在一定程度上识别反射体所在方位。2005年，斯伦贝谢公司开发了三维扫描成像测井仪器，标志着声波测井技术进入三维时代。2014年，中国学者鞠晓东等人开发了动电测井仪器，该仪器由声波测井中的发射换能器接收换能器阵列和电法测井中的电极阵列组成，并首次在井下测量到了声电转换信号，该信号在评价地层的渗透率方面展现出巨大的潜力。

声波测井技术的实施依赖于声波测井下井仪及其配套的地面系统、资料处理软件和解释软件等。

声波测井下井仪主要包括声波信号产生装置、隔声体、多个声波信号接收装置和相应的电子线路系统。从声波辐射器到任一个声波接收器之间的距离称之为源距，从声波辐射器到距离其最近的一个声波接收器之间的距离称之为最小源距，相邻的两个接收器之间的距离称之为间距。

声波测井下井仪的声波信号产生装置包括声波辐射器和驱动电路，声波辐射器一般由压电材料构成，其在驱动电路产生的电信号的激励（驱动）下可以产生声波信号。声波测井下井仪的隔声体是一种特殊结构的机械装置，用它来实现隔离声波辐射器与声波接收器之间的声耦合，降低声波信号经过测井仪器本身直接传播到声波接收器的程度；人们一般利用抗性消声方法来实现隔声体的隔声功能。声波信号接收装置由声波接收换能器和前置放大电路、数据采集电路等构成；声波接收换能器一般由压电材料构成，利用它可以实现声电信号的转换。声波测井下井仪的电子线路系统用来实现下井仪工作的系统控制、通信、数据采集、数据传输等功能；现代声波测井下井仪的电子线路系统中采用了大规模可编程集成电路。

如图3所示，位于井眼轴线上的声波测井下井仪的声波辐射器发出的脉冲信号在井内和井壁介质中传播后到达不同位置的接收器并被各个接收器所接收。各个接收器接收到的信号携带了井眼几何形状、井壁地层介质的弹性性质、力学性质等信息，经过专门的声波测井波形数据软件的处理可以获取地层的纵横波波速和衰减等弹性波参数，进而获得地层的孔隙度、渗透率、岩性等信息。

图3　声波测井过程示意图

脉冲声波在充液井孔中的传播问题是一个弹性波在一个近似圆柱形波导中的传播问题，声波测井的频率、井眼的几何形状、井壁地层介质的复杂性等因素都会影响井孔中传播的模式波的模式波数和传播特性。

随着石油勘探开发的深入，对声波测井的要求也越来越高，主要体现在需求更高的测量分辨率和更大的地层测量范围。声波测井技术将朝着实时化、三维成像化方向发展，为储层识别以及定量评价提供更加丰富的信息。