偶极横波远探测仪器制造技术

本发明专利技术公开了一种偶极横波远探测仪器，主要由偶极横波发射声系、发射电子线路、隔声体短节、偶极横波阵列接收声系、通讯与控制线路五部分组成。偶极横波发射声系负责把来自发射电子线路的高压脉冲信号进行升压并加到偶极发射换能器上完成偶极横波信号的发射；发射电子线路根据偶极横波阵列接收声系的控制产生发射逻辑和发射高压，并对发射高压进行监控；隔声体短节负责有效隔离和衰减直达波；偶极横波阵列接收声系除根据通讯与控制线路产生发射与接收逻辑时序还对来自阵列接收换能器的声波信号进行前置放大与滤波；通讯与控制线路负责井下与地面测井系统之间的通讯与信号的数字处理，进而得到远离井眼的地质体构造、走向等地层信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用地球物理测井仪器
，具体来说，本专利技术是一种远距离探测偶极阵列声波测井仪器，利用偶极横波的发射和接收以探测井周地层中的地质构造或异常体。现有技术目前远探测测井技术有声、电两种方法，电法远探测由井中的仪器向地层发射低频电磁波，用以探测井周围地质异常体与背景地质电阻率的差异造成的电阻率异常，然而低频电磁波的分辨率很低，所以电法远探测往往只能感知异常体的存在而不能确定其位置。目前声学类勘探开发技术已经比较成熟，但传统声学测井仪器探测深度较浅，而地震勘探分辨率又过于低下，声波远探测测井技术可以很好地弥补两者的不足。声波的远探测技术分单极纵波和偶极横波两种。单极纵波的频率一般在10kHz左右，较高频率的声波衰减过慢造成其探测范围有限，约为数米到十数米的范围，另外，由于单极的声源辐射无方向性，因而该方法不能确定反射体的方位。偶极横波远探测是一种新型探测技术，其偶极发射换能器频率约为1kHz～4kHz。偶极横波远探测的困难，声波由井中辐射到井外，并被反射回到井中接收器接收，该声波信号是一个十分微弱的信号，其振幅只为发射的几十到几百，甚至几千分之一。这种微弱信号往往被淹没在声波测井的数据噪声之中，难以测量和处理。国内中石油渤海测井开展过单极纵波远探仪器的设计，对于偶极横波远探测技术国内外均处于理论研究阶段，石油大学唐晓明等人从事这方面的理论与算法研究，但在仪器设计方面国际上和国内均未见相关技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对声学测井仪器探测深度较浅，而地震勘探分辨率不够，偶极横波远探测仪器尚无成熟的问题，提出一种利用偶极子发射换能器发射低频横波信号进入地层，通过探测经地层和异常体反射回来的微弱声信号来确定地层信息和异常体分布与走向的偶极横波远探测仪器。专利技术的偶极横波远探测仪器技术方案是：主要由偶极横波发射声系、发射电子线路、隔声体短节、偶极横波阵列接收声系、通讯与控制线路五部分组成；其中：偶极横波发射声系主要由偶极发射换能器和高压发射变压器组成；发射控制电子线路主要由电源、高压稳压、发射储能、发射控制、X发射、Y发射和发射监测组成；隔声体短节由多节隔声高强度连接体组成；偶极横波阵列接收声系主要由接收换能器和信号前放电路组成；通讯与控制线路主要由电源模块、通讯接口模块、数字信号处理模块组成；其工作流程是地面测井系统下传指令，经电缆进入通讯与控制线路中进行指令解码，根据解码结果形成发射与接收逻辑控制信号，分别传送给偶极横波阵列接收声系中信号逻辑恢复模块，由该模块控制发射电子线路实现对偶极横波发射声系的发射控制，偶极横波发射声系中的偶极换能器分别从两个位置四个方向发射两种中心频率的声波信号，发射后的声信号进入地层，经地层衰减和移相后，由偶极横波阵列接收声系中多组偶极接收换能器进行接收、放大、滤波并上传到通讯与控制线路进行信号调理、模数转换，进入处理器进行数字化处理后编码经电缆上传地面测井系统，然后根据处理结果自动或手动形成发射与接收逻辑控制信号控制声波的发射、接收与采集。上述方案还包括：所述偶极横波发射声系的发射换能器包括两组，间距为4英尺，中心频率分别为1KHz和4KHz；每组包括X方向一块低频1KHz发射换能器和两块高频4KHz发射换能器， Y方向一块低频1KHz发射换能器和两块高频4KHz发射换能器，其中X与Y方向的低频发射换能器之间正交，X与Y方向的高频发射换能器之间正交；高压发射变压器由两组，分别为X与Y方向的高频发射换能器与低频发射换能器发射高压升压；低频发射换能器位于声波发射声系的底部，高频发射换能器位于声波发射声系的顶部;所述发射控制电子线路的电源给整个发射电子线路提供直流电；高压稳压利用脉宽调制电路，把来自电源的直流电转换成稳定可靠的高压直流脉冲供给位于偶极横波发射声系中的高压发射变压器；发射储能及时补偿能量为下一次发射做准备；发射控制接收并解释来自通讯与控制线路经偶极横波阵列接收声系中的信号逻辑恢复模块恢复后的发射逻辑及时序控制信号，控制发射时序，并上传发射监测参数；X发射为X方向偶极换能器发射高压的产生；Y发射为Y方向偶极换能器发射高压的产生；发射监测为监测发射包括电压、电流、温度发射参数并传入发射控制中;所述偶极横波阵列接收声系的接收换能器为多组，每组换能器分别由两个Ｘ方向和两个Ｙ方向的接收换能器组成，其中两个X方向接收换能器相互平行，两个Ｙ方向的接收换能器相互平行，X方向与Y方向的换能器相互垂直；信号前放电路包括信号放大和信号逻辑恢复，其中信号放大部分对来自接收换能器的远反射微小声信号进行低噪声、高保真程控放大、滤波、缓冲，信号逻辑恢复对来自通讯与控制线路中的发射与接收逻辑控制进行恢复并实施对信号放大部分的程控放大与滤波，并把发射逻辑下传至发射电子线路;所述通讯与控制线路的电源模块输出低压直流电源；通讯接口模块与地面测井系统通讯，接收地面测井系统指令进行解码执行，产生发射控制信号，控制发射电子线路产生高压脉冲，产生接收时序控制信号，控制偶极横波阵列接收声系接收微弱偶极声信号；数字信号处理模块由多个信号调理、多个24位高速模数转换、大容量数据存储和DSP&FPGA处理控制组成，对来自偶极横波阵列接收声系的前置放大信号进入信号调理，进入24位高速模数转换中进行转换，转换结果进入DSP&FPGA处理控制处理，然后存入大容量数据存储的同时由通讯接口模块编码驱动后上传到地面测井系统。上述方案进一步包括：所述通讯与控制线路、偶极横波阵列接收声系、隔声体短节、偶极横波发射声系、发射电子线路按照自上而下次序依次通过上部接头和下部接头连接构成仪器串；其中上部接头由上接头、卡簧、多芯插孔、多芯插座、压簧和多芯插座外套组成，下部接头由下接头、多芯插头、挡圈组成。所述通讯与控制线路中的电源模块、通讯接口模块、信号调理、24位高速模数转换、大容量数据存储和DSP&FPGA处理控制均安装在密封金属舱体内的电子线路骨架上，并位于上、下部接头之间；所述偶极横波阵列接收声系的信号前放电路安装于密封金属舱体内的电子线路骨架，接收换能器安装在充满声耦合剂的压力平衡体内，并位于上、下部接头之间；所述隔声体短节的隔声体采用高强度连接插接体组成，并位于上、下部接头之间；所述偶极横波发射声系的发射换能器、发射变压器均位于充满声耦合剂的压力平衡体内，并位于上、下部接头之间；所述发射电子线路的电源、高压稳压、发射储能、发射控制、X发射、Y发射、发射监测均安装于金属舱体内的电子线路骨架中。专利技术效果本专利技术的偶极横波远探测仪器采用偶极子声源在井中向井外发射偶极横波，并在井中接收沿井壁传播或经地层衰减和由井外地质体反射回来的横波。由于发射声波频率较低，因此有较深的探测距离，可达井旁五十米的范围。由于偶极子声源的指向性具有方向性，因此该仪器不但能确定地质体的位置，还能确定其方位。应用在碳酸盐岩、火山岩、变质岩及泥页岩非常规地层探测方面有其优势，且其在裂缝及地质异常体的识别方面作用突出，对井旁五十米地质体的解释及油气藏识别有重要作用。该技术能够满足：探测频率范围为0.4～10KHz ，温度175℃，压力：140MPa的井下条件连续工作8小时以上，完成偶极横波反射波的数据采集，完成井外50m异常体（本文档来自技高网...

【技术保护点】
偶极横波远探测仪器，其特征是主要由偶极横波发射声系、发射电子线路、隔声体短节、偶极横波阵列接收声系、通讯与控制线路五部分组成；其中：偶极横波发射声系主要由偶极发射换能器和高压发射变压器组成；发射控制电子线路主要由电源、高压稳压、发射储能、发射控制、X发射、Y发射和发射监测组成；隔声体短节由多节隔声高强度连接体组成；偶极横波阵列接收声系主要由接收换能器和信号前放电路组成；通讯与控制线路主要由电源模块、通讯接口模块、数字信号处理模块组成；其工作流程是地面测井系统下传指令，经电缆进入通讯与控制线路中进行指令解码，根据解码结果形成发射与接收逻辑控制信号，分别传送给偶极横波阵列接收声系中信号逻辑恢复模块，由该模块控制发射电子线路实现对偶极横波发射声系的发射控制，偶极横波发射声系中的偶极换能器分别从两个位置四个方向发射两种中心频率的声波信号，发射后的声信号进入地层，经地层衰减和移相后，由偶极横波阵列接收声系中多组偶极接收换能器进行接收、放大、滤波并上传到通讯与控制线路进行信号调理、模数转换，进入处理器进行数字化处理后编码经电缆上传地面测井系统，然后根据处理结果自动或手动形成发射与接收逻辑控制信号控制声波的发射、接收与采集。...

【技术特征摘要】
1.偶极横波远探测仪器，其特征是主要由偶极横波发射声系、发射电子线路、隔声体短节、偶极横波阵列接收声系、通讯与控制线路五部分组成；其中：偶极横波发射声系主要由偶极发射换能器和高压发射变压器组成；发射控制电子线路主要由电源、高压稳压、发射储能、发射控制、X发射、Y发射和发射监测组成；隔声体短节由多节隔声高强度连接体组成；偶极横波阵列接收声系主要由接收换能器和信号前放电路组成；通讯与控制线路主要由电源模块、通讯接口模块、数字信号处理模块组成；其工作流程是地面测井系统下传指令，经电缆进入通讯与控制线路中进行指令解码，根据解码结果形成发射与接收逻辑控制信号，分别传送给偶极横波阵列接收声系中信号逻辑恢复模块，由该模块控制发射电子线路实现对偶极横波发射声系的发射控制，偶极横波发射声系中的偶极换能器分别从两个位置四个方向发射两种中心频率的声波信号，发射后的声信号进入地层，经地层衰减和移相后，由偶极横波阵列接收声系中多组偶极接收换能器进行接收、放大、滤波并上传到通讯与控制线路进行信号调理、模数转换，进入处理器进行数字化处理后编码经电缆上传地面测井系统，然后根据处理结果自动或手动形成发射与接收逻辑控制信号控制声波的发射、接收与采集。2.根据权利要求1所述的偶极横波远探测仪器，其特征是：所述偶极横波发射声系的发射换能器包括两组，间距为4英尺，中心频率分别为1KHz和4KHz；每组包括X方向一块低频1KHz发射换能器和两块高频4KHz发射换能器， Y方向一块低频1KHz发射换能器和两块高频4KHz发射换能器，其中X与Y方向的低频发射换能器之间正交，X与Y方向的高频发射换能器之间正交；高压发射变压器由两组，分别为X与Y方向的高频发射换能器与低频发射换能器发射高压升压；低频发射换能器位于声波发射声系的底部，高频发射换能器位于声波发射声系的顶部。3.根据权利要求1所述的偶极横波远探测仪器，其特征是：所述发射控制电子线路的电源给整个发射电子线路提供直流电；高压稳压利用脉宽调制电路，把来自电源的直流电转换成稳定可靠的高压直流脉冲供给位于偶极横波发射声系中的高压发射变压器；发射储能及时补偿能量为下一次发射做准备；发射控制接收并解释来自通讯与控制线路经偶极横波阵列接收声系中的信号逻辑恢复模块恢复后的发射逻辑及时序控制信号，控制发射时序，并上传发射监测参数；X发射为X方向偶极换能器发射高压的产生；Y发射为Y方向偶极换能器发射高压的产生；发射监测为监测发射包括电压、电流、温度发射参数并传入发射控制中。4.根据权利要求1所述的偶极横波远探测仪器，其特征是：所述偶极横波阵列接收声系的接收换能器为多组，每组换能器分别由两个Ｘ方向和两个Ｙ方向的接收换能器组成，其中两个X方向接收换能器相互平行，两个Ｙ方向的接收换能器相互平行，X方向与Y方向的换能器相互垂直；信号前放电路包括信号放大和信号逻辑恢复，其中信号放大部分对来自接收换能器的远反射微小声信号进行低噪声、高保真程控放大、滤波、缓冲，信号逻辑恢复对来自通讯与控制线路中的发射与接收逻辑控制进行恢复并实施对信号放大部分的程控放大与滤波，并把发射逻辑下传至发射电子线路。5.根据权利要求1所述的偶极横波远探测仪器，其特征是：所述通讯与控制线路的电源模块输出低压直流电源；通讯接口模块与地面测井系统通讯，接收地面测井系统指令进行解码执行，产生发射控制信号，控制发射电子线路产生高压脉冲，产生接收时序控制信号，控制偶极横波阵列接收声系接收微弱偶极声信号；数字信号处理模块由多个信号调理、多个24位高速模数转换、大容量数据存储和DSP&FPGA处理控制组成，对来自偶极横波阵列接收声系的前置放大信号进入信号调理，进入24位高速模数转换中进行转换，转换结果进入DSP...

【专利技术属性】
技术研发人员：于其蛟，张晋言，晁永胜，纪祝华，郭红旗，翟勇，高向军，许孝凯，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司测井公司，
类型：发明
国别省市：北京;11