一种随钻方位声波成像测井装置制造方法及图纸

本发明专利技术主要属于声波速度测量技术领域，具体涉及一种随钻方位声波成像测井装置。所述装置采用两组发射换能器进行多极子模式波的激发，一组为高频单极子及偏极子发射换能器，一组为低频偶极子及四极子发射换能器，采用双列发射方案实现高频发射状态与低频发射状态的分离，并通过匹配电路使每一组发射换能器均工作在换能器谐振点，从而大大提高发射能量。该装置对钻方位声波成像测井装置工作模式包括单极子、偶极子、四极子及偏极子四种发射方式；隔声体方面采用内刻槽+内变径+钨棒的组合隔声模式；通过采用一种高灵敏度的接收换能器实现信号接收，能够有效实现信号的接收。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻方位声波成像测井装置
本专利技术主要属于声波速度测量
，具体涉及一种随钻方位声波成像测井装置。
技术介绍
随着油气田钻井规模的不断扩大及科学技术的发展。特别是随钻测井技术的飞速发展，迫切需要当前先进的科学技术在油气田开采中发挥其重要作用。随钻方位声波测井技术是随钻测井技术的方法之一。随钻声波测井实现了在钻井的同时进行声波测井，相对于电缆测井，随钻声波测井获得的数据受钻井液侵入影响小，更能有效的探测井壁地层的岩性、物性和储集层参数。通过随钻声波测井仪器获得地层纵波和横波速度，能够用于建立孔隙压力梯度和渗透率，评估井眼稳固性，解释岩性变化，检测井眼中流体的流动影响，从而为钻井作业提供重要的地质导向信息。但由于随钻声波测井受钻具噪声、钻井液循环造成和钻铤波的影响，以及由于钻井工作环境的特殊性，使得随钻声波测井的实现要比电缆测井技术复杂得多。如何有效的实现发射声系的功能匹配，提高发射能量；如何提高接收换能器的接收灵敏度，提高信号接收的信噪比；研制针对单级子、偶极子、四极子和偏极子均有效的钻铤直达波隔声技术；成为随钻声波仪器研发的重点。在现有技术中，随钻声波测井仪器通常采用单极子工作模式、偶极子工作模型、以及单极子、偶极子和四极子三种工作模式。但是，现有技术中，采用单极子测井无法在软底层得到横波信息，无法获得地层斯通利波信息。现有技术中采用偶极子工作模型时，内外刻槽的方式无法有效实现钻铤波中弯曲波的传播，从而导致偶极子声波与钻铤波交叠，接收到的信号信噪比极低，从而导致测量不准确。并且，将偶极子声波仪器被广泛应用到电缆测井当中，在随钻测井方面由于偶极子声波为弯曲波，与钻铤波易交叠，造成对偶极子声波的干扰，无法准确测量到地层信息，对于偶极子声波如何实现对钻铤波的有效隔声是仪器设计的关键。CN104806234A涉及一种四极子随钻声波仪器，它采用陶瓷片堆叠式的发射换能器及接收换能器，发射换能器及接收换能器均为圆柱形，90度分布均布于钻铤上，隔声体方面采用内、外刻槽的方式进行钻铤隔声，该随钻装置具备单极子、偶极子和四极子工作模式。但由于其采用单极子为高频信号、四极子声波为低频信号，其采用同一套换能器进行声波信号的激发，由于换能器的固有频率属性，注定有一个信号能量很弱，接收换能器很难接收到有用的声波信号。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的一个目的是提供一种随钻方位声波成像测井装置，该随钻方位声波测井装置采用两组发射换能器进行多极子模式波的激发，一组为高频单极子及偏极子发射换能器，一组为低频偶极子及四极子发射换能器，采用双列发射方案实现高频发射状态与低频发射状态的分离，并且每一组发射换能器均工作在换能器谐振点，从而大大提高发射能量，同时发射换能器采用瓦片式的结构，辐射面积更大。本专利技术另一目的是提供一种随钻方位声波成像测井装置，该随钻方位声波测井装置的隔声体采用内刻槽+内变径+钨棒的组合隔声方式，有效实现对单极子、四极子、偏极子和偶极子钻铤波的隔声。本专利技术另一目的是提供一种随钻方位声波成像测井装置，该随钻方位声波测井装置具有高灵敏度的接收换能器实现信号接收。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种随钻方位声波成像测井装置，所述装置包括钻铤、设置于所述钻铤上的发射换能器和接收换能器、设置于所述发射换能器和所述接收换能器之间的隔声体，所述发射换能器包括低频发射换能器和高频发射换能器两组发射换能器，所述低频发射换能器和所述高频发射换能器均工作在换能器谐振点，以提高发射能量；所述低频发射换能器和所述高频发射换能器用于进行多极子模式波的激发，所述低频发射换能器采用偶极子和四极子工作模式，所述高频发射换能器采用单极子和偏极子工作模式，通过采用双列发射实现高频发射状态与低频发射状态的分离。进一步地，所述低频发射换能器的谐振点为2-5kHz，所述高频发射换能器的谐振点为10-15kHz；并通过匹配电路使高频及低频换能器均工作在换能器的谐振频点，以此获得最大的发射能量，有效提高接收换能器接收到的声波信号的信噪比。单极子及偏极子声波信号采用10-15kHz高频信号发射，偶极子和四极子采用2-5kHz低频信号发射的技术效果为：不同的工作模式都希望能够获得最大的发射能量，从而提高接收换能器接收到的信号的信噪比，而发射换能器在压制成型后其共振频率一定，即每种换能器只在一个频率点会随着激发信号产生共振，在谐振频点可获得该发射换能器的最大发射能量，在其他频率点由于不能引起换能器共振从而导致发射能量较弱。本专利技术根据换能器的这个特性采用两种不同共振点频率的换能器，即共振频率分别为10-15kHz和2-5kHz的换能器进行不同信号的激发，从而获得发射换能器的最大发射能量，提高不同工作模式声波信号的信噪比。所述低频发射换能器和所述高频发射换能器均采用瓦片式的结构，以增大辐射面积。进一步地，在所述装置的信号发射一端，还包括发射电路集成单元、与所述发射电路集成单元连接的发射端电连接插件、第一电连接线、第二电连接线；所述发射端电连接插件用于实现电连接。所述发射电路集成单元安装于所述钻铤内部的，包括供电电池、发射集成电路、升压模块。发射集成电路产生换能器的激发信号，并通过升压模块把电压放大。所述低频发射换能器通过所述第一电连接线以及所述发射端电连接插件与所述发射电路集成单元连接；所述高频发射换能器通过所述第二电连接线以及所述发射端电连接插件与所述发射电路集成单元连接；在所述低频发射换能器和所述高频发射换能器分别通过低频发射换能器压盖和高频发射换能器压盖固定于所述钻铤外壁。进一步地在所述装置的信号接收一端，还包括接收电路集成单元、与所述接收电路集成单元连接的接收端电连接插件，接收端电连接插件用于实现电连接；所述接收换能器通过第三电连接线以及所述接收端电连接插件与所述接收电路集成单元连接；所述接收换能器通过接收换能器压盖固定于钻铤外壁。进一步地，所述接收换能器是通过将多个陶瓷片直接封装到长条形支架上制备而成，在所述长条形支架上设置信号前置放大电路模块，实现接收到的信号的及时放大，整个长条形支架通过液压平衡装置灌封或者橡胶灌封已实现内外压力的平衡。该长条形支架封装在矩形波纹管中，矩形波纹管三面封装有减振橡胶，另一面为变形面，在安装到钻铤上后与泥浆接触，随外部压力变化而变形，实现内外压力平衡，可有效实现声波信号的接收。其中，整个长条形支架通过液压平衡装置灌封或者橡胶灌封能够实现使陶瓷片处于自由状态进行振动，使其振动强度比被环氧树脂材料包裹住的陶瓷片大，即实现接收到的信号强度高。并且，将前置放大电路模块设置在所述长条形支架上，能够近距离将接收到的信号放大后再传给所述接收电路集成单元，可以提高有用信号的信噪比，如果不进行前置放大，那信号传输过程中还会受到干扰，造成信噪比降低。进一步地所述装置还包括贯穿所述隔声体的走线杆，所述走线杆的外表面刻槽，且所述走线杆的一端与所述发射电路集成单元连接，另一端与所述接收电路集成单元连接。进一步地，所述隔声体用于实现单极子、四极子、偏极子和偶极子钻铤波的隔声；所述隔声体采用内刻槽+内变径+硬质合金棒体的组合隔声模式；通过在隔声体上增加硬质合金棒体，增加隔声体的配重，从而实现钻铤弯曲模式波的有效隔声，通过增加硬质合金配重及漫散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随钻方位声波成像测井装置，所述装置包括钻铤（1）、设置于所述钻铤（1）上的发射换能器和接收换能器（12）、设置于所述发射换能器和所述接收换能器（12）之间的隔声体（9），其特征在于，所述发射换能器包括低频发射换能器（5）和高频发射换能器（7）两组发射换能器，所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器（7）均工作在换能器谐振点，以提高发射能量；所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器用于进行多极子模式波的激发，所述低频发射换能器（5）采用偶极子和四极子工作模式，所述高频发射换能器（7）采用单极子和偏极子工作模式，通过采用双列发射实现高频发射状态与低频发射状态的分离。

【技术特征摘要】
1.一种随钻方位声波成像测井装置，所述装置包括钻铤（1）、设置于所述钻铤（1）上的发射换能器和接收换能器（12）、设置于所述发射换能器和所述接收换能器（12）之间的隔声体（9），其特征在于，所述发射换能器包括低频发射换能器（5）和高频发射换能器（7）两组发射换能器，所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器（7）均工作在换能器谐振点，以提高发射能量；所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器用于进行多极子模式波的激发，所述低频发射换能器（5）采用偶极子和四极子工作模式，所述高频发射换能器（7）采用单极子和偏极子工作模式，通过采用双列发射实现高频发射状态与低频发射状态的分离。2.根据权利要求1所述一种随钻方位声波成像测井装置，其特征在于，所述低频发射换能器（5）的谐振点为2-5kHz，所述高频发射换能器（7）的谐振点为10-15kHz；所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器（7）均采用瓦片式的结构，以增大辐射面积。3.根据权利要求2所述一种随钻方位声波成像测井装置，其特征在于，在所述装置的信号发射一端，还包括发射电路集成单元（2）、与所述发射电路集成单元（2）连接的发射端电连接插件（3-1）、第一电连接线（4-1）、第二电连接线（4-2）；所述低频发射换能器（5）通过所述第一电连接线（4-1）以及所述发射端电连接插件（3-1）与所述发射电路集成单元（2）连接；所述高频发射换能器（7）通过所述第二电连接线（4-2）以及所述发射端电连接插件（3-1）与所述发射电路集成单元（2）连接；在所述低频发射换能器（5）和所述高频发射换能器（7）分别通过低频发射换能器压盖（6）和高频发射换能器压盖（8）固定于所述钻铤外壁。4.根据权利要求2所述一种随钻方位声波成像测井装置，其特征在于，在所述装置的信号接收一端，还包括接收电路集成单元（13）、与所述接收电路集成单元（13）连接的接收端电连接插件（3-2）、第三电连接线（4-3）；所述接收换能器（12）通过所述第三电连接线（4-3）以及所述接收端电连接插件（3-2）与所述接收电路集成单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑健，陈文轩，底青云，王自力，孙云涛，杨永友，张文秀，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11