自动声波测井仪及方法技术

本发明专利技术提供一种自动声波测井仪及方法，通过应用编码器无线测位装置，使声波测井换能器在移动过程中，能够自动跟踪记录位移值，并根据设置好的位移间隔，自动进行采样，保存采集到的声波信号，通过对声波信号的分析，实现对岩层的强度和缺陷的检测评估，从而实现了测量分析装置和采样装置一体化和测量过程的自动化。

Automatic acoustic logging instrument and method

The invention provides an automatic acoustic logging instrument and method, through the application of wireless encoder position measurement apparatus, the acoustic transducer in the process of moving, can automatically track displacement values, and set the interval according to the displacement, automatic sampling, sound wave signal to save the sample, through the analysis of the acoustic signal detection. The evaluation of rock strength and defects, so as to realize the measuring and analyzing device and automatic sampling device integration and measurement process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程物探岩层结构检测
，尤其涉及一种自动声波测井仪及方法。
技术介绍
地质学是七大自然科学之一，主要是研究地球及其成因和演化发展。实际应用非常广泛：地震的预测、各类矿产的寻找、勘探，灾害性的滑坡，古生物的演化。其中物理勘探简称“物探”，是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件的。主要的物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、声波勘探、放射性勘探等。依据工作空间的不同，又可分为地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相同。由于岩体的岩性、结构面情况、风化程度、应力状态、含水情况等地质因素都能直接引起声(超声)波波速、振幅和频率发生变化，因此可通过接收器所接受的声(超声)波波速、频率和振幅了解岩石(体)地质情况并求得岩石(体)某些力学参数(如泊松比、动弹性模量、抗压强度、弹性抗力系数等)和其他一些工程地质性质指标(如风化系数、裂隙系数、各向异性系数等)。声波测井(SonicLogging)是利用岩石的这些声学性质来研究钻井的地质剖面，通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的地质特性并判断固井质量的一种测井方法。声波测井把利用电、磁、声、热、核等物理原理制造的各种测井仪器，由测井电缆下入井内，使地面电测仪可沿着井筒连续记录随深度变化的各种参数，通过测量得到的声学数据可用于岩性识别、孔隙度计算、井眼稳定性预测等，来识别地下的岩层，如油、气、水层、煤层、金属矿床等；例如声波可以计算地层孔隙度、岩石力学参数、地应力和地层压力；声幅可以研究固井质量,观察岩壁情况、裂缝和套损；声波频率可以研究油井串槽和岩下流体的流动情况，应用十分广泛。声波测井是测量和记录井剖面上层岩的声学性质，如岩石的声速、声幅等的一种测井方法。声波测井仪是通过采集声波在岩层和介质中的传播特性数据，从而检测出岩层的地质特性和技术状况的一种装置。通过采集不同位置，对所得到的各类介质的声波参数测试分析，具体包括纵波测试分析、横波测试分析和三分量测试分析，从而对这一位置的强度、缺陷等进行评估。声速可以计算地层孔隙度、岩石力学参数、地应力和地层压力；声幅可以研究固井质量,观察岩壁情况、裂缝和套损；声波频率可以研究油井串槽和岩下流体的流动情况，测量数据可用于岩性识别、孔隙度计算、井眼稳定性预测等，应用十分广泛。声波测井仪是通过采集声波在岩层和介质中的传播特性数据，从而检测出岩层的地质特性和技术状况的一种装置。通过采集不同位置，对所得到的各类介质的声波参数测试分析，具体包括纵波测试分析、横波测试分析和三分量测试分析，从而对这一位置的强度、缺陷等进行评估。利用声波测井仪测量岩层中某点的地质结构，就必须知道此点的具体位置。然而，现有的方法主要是先通过采集岩层中不同点位的声波信号，然后手动测出这些点位的具体位置，通过对声波信号的分析，从而得出这些位置的地质结构。此方法操作麻烦，探测装置每采集一个点位的声波数据，就需手动的测量此点的位置，以得到具体的位置信息。特别在岩层较深且测量点位密集的情况下，测得的位置不仅存在较大的误差，而且需花费大量时间和精力。但在实际工作环境中，就算手动测量出探测装置采集每个点位声波数据的位置，也由于井四周的地质情况复杂，无法完整且准确地探测数据，故分析时易产生误差，且需花费大量时间和精力重复测量。因此，使声波测井仪在采集声学数据过程中高效率、高精度、高稳定性的研发，使声波测井仪在采集过程中自动获取位置，有着极强的现实意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种自动声波测井仪及方法，实现了测量分析装置和采样装置一体化和测量过程的自动化。为达上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种自动声波测井仪，包括：声波测井换能器、编码器无线测位装置、声波数据传输电缆、工控计算机和声波数据采集卡；其中，所述声波测井换能器与所述声波数据传输电缆的一端连接，用于根据采样位移间隔自动采集声波数据，并发送给所述工控计算机；所述声波数据传输电缆，用于控制所述声波测井换能器在岩层中的移动及声波数据传输；所述编码器无线测位装置用于实时测量所述声波测井换能器的位移值，并发送给所述工控计算机；所述声波数据采集卡用于控制所述声波测井换能器按照所述采样位移间隔自动采集所述声波数据；所述工控计算机用于根据接收到的所述位移值，设置采样位移间隔，并发送给所述声波数据采集卡；对所述声波数据进行分析处理。上述自动声波测井仪中，所述编码器无线测位装置包括：高精度增量式编码器、计数模块、无线通信模块及电源模块；所述电源模块用于为所述编码器和所述计数模块提供电能；所述高精度增量式编码器用于产生两相相位差为90°的方波脉冲，并将所述方波脉冲传送给所述计数模块；所述计数模块用于根据所述方波脉冲获得计数值；所述无线通信模块用于将所述计数值发送给所述工控计算机；相应的，所述工控计算机用于根据所述计数值获得所述位移值。上述自动声波测井仪中，还包括：三脚架；用于固定所述编码器无线测位装置；所述三脚架上设置有滑轮，所述滑轮与所述编码器无线测位装置相接，所述滑轮随着所述声波数据传输电缆的移动而转动，带动所述编码器无线测位装置转动，实时测量所述声波测井换能器的位移值。上述自动声波测井仪中，所述编码器无线测位装置通过无线串口将所述位移值发送给所述工控计算机。上述自动声波测井仪中，所述工控计算机具体用于根据所述声波数据，通过声波参数测试分析对岩层的强度和缺陷进行检测评估。上述自动声波测井仪中，所述声波测井换能器为TH－1FnS型一发多收串式声波测井换能器，包括一个声波发射端和多个声波接收端；所述声波发射端用于发射声波信号，所述声波接收端用于接收井旁地层界面反射回井中的声波信号和沿井壁地层传播的滑行波信号，并将采集到到所述声波数据发送给所述工控计算机。上述自动声波测井仪中，所述声波数据采集卡包括可编程门电路FPGA和硬件电路。上述自动声波测井仪中，所述声波数据传输电缆包括一根发射线缆和两根接收线缆。一种自动声波测井方法，包括：编码器无线测位装置实时测量声波测井换能器的位移值，并发送给工控计算机；所述工控计算机根据所述位移值，设置采样位移间隔，将所述采样位移间隔发送给声波数据采集卡；所述声波数据采集卡向所述声波测井换能器发送所述采样位移间隔；所述声波测井换能器在所述声波数据传输电缆的控制下在岩层中移动，并根据所述采样位移间隔自动采集声波数据，并发送给所述工控计算机；所述工控计算机根据所述声波数据，分析岩层的强度和缺陷。本专利技术提供的自动声波测井仪及方法，通过应用编码器无线测位装置，使声波测井换能器在移动过程中，能够自动跟踪记录位移值，并根据设置好的位移间隔，自动进行采样，保存采集到的声波信号，通过对声波信号的分析，实现对岩层的强度和缺陷的检测评估，从而实现了测量分析装置和采样装置一体化和测量过程的自动化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动声波测井仪，其特征在于：包括电连接的工控计算机、步进驱动系统、线缆、声波测井换能器和三维电子罗盘；其中，工控计算机用于对步进驱动系统发送脉冲信号，并接收和显示声波数据和姿态信息；步进驱动系统用于控制脉冲信号分别控制角位移量、电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位和调速的目的；声波测井换能器用于采集声波数据并发送给工控计算机；三维电子罗盘用于实时检测声波测井换能器工作时的姿态信息并发送给工控计算机。

【技术特征摘要】
1.一种自动声波测井仪，其特征在于：包括电连接的工控计算机、步进驱动系统、线缆、声波测井换能器和三维电子罗盘；其中，工控计算机用于对步进驱动系统发送脉冲信号，并接收和显示声波数据和姿态信息；步进驱动系统用于控制脉冲信号分别控制角位移量、电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位和调速的目的；声波测井换能器用于采集声波数据并发送给工控计算机；三维电子罗盘用于实时检测声波测井换能器工作时的姿态信息并发送给工控计算机。2.根据权利要求1所述的测井仪，其特征在于：线缆包括杜邦线、声波数据传输电缆和RS232总线，其中，声波数据传输电缆用于控制声波测井换能器在岩石中的移动、声波数据的传输，RS232总线用于控制脉冲信号以及姿态信息的传输。3.根据权利要求1所述的测井仪，其特征在于：工控计算机配置Arduino控制板，用于设计步进电机操作函数、三维电子罗盘参数，实现系统自动化控制。4.根据权利要求1所述的测井仪，其特征在于：三维电子罗盘搭载于声波测井换能器上，即三维电子罗盘与声波测井换能器共运动，以实时准确测量声波测井换能器井下工作时的空间状态。5.根据权利要求1所述的测井仪，其特征在于：步进驱动系统包括步进电机驱动和步进电机，步进电机驱动用于连接工频交流或直流电源驱动步进电机工作；步进电机与声波测井换能器或三维电子罗盘连接，用于驱动声波测井换能器或三维电子罗盘转动。6.权利要求1所述的自动声波测井仪，其特征在于：包括声波测井换能器、编码器无线测位装置、声波数据传输电缆、步进驱动系统、三维电子罗盘、工控计算机和声波数据采集卡；其中，所述声波测井换能器与所述声波数据传输电缆的一端连接，用于根据采样位移间隔自动采集声波数据，并发送给所述工控计算机；所述声波数据传输电缆，用于控制所述声波测井换能器在岩层中的移动及声波数据传输；所述编码器无线测位装置用于实时测量所述声波测井换能器的位移值，并发送给所述工控计算机；所述声波数据采集卡用于控制所述声波测井换能器按照所述采样位移间隔自动采集所述声波数据；步进驱动系统用于控制脉冲信号分别控制角位移量、电机转动的速度和加速度，从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙士国，张波，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43