一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，包括井下仪器单元、数据采集传输单元、勘探船和地面数据处理单元，所述勘探船将所述井下仪器单元放入待测井孔后逐步提升所述井下仪器单元开始实施测井，所述数据采集传输单元采集所述井下仪器单元作业时的数据，并上传数据到地面数据处理单元，由所述地面数据处理单元进行数据处理。所述用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统形成了一个完整而独立的测量系统，应用所述用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，一次性完成风电塔基建设地层声学特性参数的测量及结构地质体的综合评价。

An Acoustic Remote Detection Imaging and Evaluation System for the Detection of Wind Tower Foundation at Sea

The invention discloses an acoustic remote detection imaging and evaluation system for offshore wind power tower base detection, which includes downhole instrument unit, data acquisition and transmission unit, exploration vessel and ground data processing unit. The exploration vessel puts the downhole instrument unit into the well-to-be-logged hole and gradually upgrades the downhole instrument unit to start logging, and the data acquisition and transmission unit acquisition station. This paper describes the data of downhole instrument unit during operation, and uploads the data to the ground data processing unit for data processing by the ground data processing unit. The acoustic remote detection imaging and evaluation system for offshore wind power tower foundation detection has formed a complete and independent measurement system. By applying the acoustic remote detection imaging and evaluation system for offshore wind power tower foundation detection, the measurement of stratum acoustic characteristic parameters and the comprehensive evaluation of structural geology body for the construction of wind power tower foundation can be completed at one time.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统
本专利技术涉及海上风电勘探设计和海上探测测井设备
，尤其涉及一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统。
技术介绍
海上风电勘探设计是海上风电前期工作必备的环节，是海上风电塔基设计建设、建造的基础。海上风电塔基的设计评价主要包括几种技术途径，即常规物探技术、井下测量技术和钻孔取样技术，每种技术有包括不同的实现方法，并形成多种测量和实施仪器产品。目前用于海上风电塔基探测的井下声波测井仪器，主要是常规的双发双收声波测井仪器和井下管波测井仪器。常规的双发双收声波仪器频率单一，只能实现单极子纵波测量；管波测量仪器只能完成井壁附近特性的测量，对风电塔基钻孔地层的探测和适应能力不够，难以满足风电塔基探测和评价的要求。海上风电塔基建设，需要了解塔基区域地层力学特性和区域内地质结构体的分布特征。目前，现有仪器面临的主要问题包括，第一，仪器功能单一，现有仪器只能完成单极纵波的测量，获得井壁附近的地层纵波速度，无法对塔基区域的地层和地层中的地质结构体进行全面评价和探测；第二，仪器性能不足，现有的仪器工作频率单一，主频较高、带宽窄，无法获得与地层和地质结构体评价相关多种模式波特性参数测量，如地层纵波、横波和反射波等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种井下仪器单元，包括有大功率单极纵波发射换能器、低频宽带正交偶极发射换能器和宽带接收换能器阵列，一次下井测量即可以获得地层纵波、横波和反射波信息，获得风电塔基建设所需要的各种地层力学特性参数。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种井下仪器单元，包括依次连接的接收声系短节、隔声体短节和发射声系短节，所述接收声系短节、隔声体短节和发射声系短节通过螺栓顺次连接。所述接收声系短节包括接收套筒、设置在所述接收套筒上的接收电路模块和若干接收换能器，所述接收换能器的引线连接所述接收电路模块。所述接收换能器包括由第一骨架形成的第一腔室以及设置在所述第一腔室中的第一压电振子，所述第一压电振子为矩形或圆片形。所述发射声系短节包括发射套筒、设置在所述发射套筒上的发射电路模块和若干发射换能器，所述发射换能器的引线与所述发射电路模块连接。所述发射换能器包括由第二骨架形成的第二腔室以及设置在所述第二腔室中的第二压电振子。所述发射换能器包括单极子发射换能器和偶极子发射换能器。所述单极子发射换能器的第二压电振子为压电陶瓷圆管。所述偶极子发射换能器的第二压电振子为矩形片状结构。所述隔声体短节包括若干隔声体子单元，每个所述隔声体子单元包括外壳和设置在所述外壳内的灌封胶体，所述隔声体子单元之间采用螺栓连接。所述接收套筒、隔声体和发射套筒之间采用螺栓连接。本专利技术还提供了一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，包括上述井下仪器单元、数据采集传输单元、勘探船和地面数据处理单元，利用勘探船将井下仪器单元放入待测井，在所述数据采集传输单元的控制下，所述井下仪器单元完成井孔中各种模式声波(纵波、横波、斯通利波、泄露模式波、反射波等)数据的采集，并上传数据到所述地面数据处理单元，所述地面数据处理单元完成数据的各种管理和算法处理，输出多种处理成果，并提供详细评价报告。所述数据采集和传输单元包括工控机和示波器，所述工控机内设置采集电路模块，通过控制所述采集电路模块完成数据采集，一方面通过所述示波器实时显示声波波形，另一方面传输至所述地面数据处理单元。所述采集电路模块包括数据采集电路模块、数据传输控制模块和深度编码控制模块，所述工控机发出指令，所述数据采集电路模块采集数据，数据经所述深度编码控制模块编码后带有深度标记，带有深度标记的数据一方面经所述示波器显示，另一方面，传输至所述地面数据处理单元。所述地面数据处理单元包括总工控机和显示器，所述总工控机内设置有处理软件模块。所述处理软件模块包括数据管理模块和数据处理模块，所述数据管理模块完成接收数据的编辑功能，例如数据格式转换、数据存储、多种数据深度对齐与校正、比例尺设定、图头编辑、数据合并和数据输出格式设定等。所述数据处理模块完成原始声波数据的预处理、数据滤波、各种模式波时差提取、多种相关性处理算法，以及利用算法得到的各种模式波速度、相位和衰减参数，计算确定与地层相关和井旁结构地质体特征参数等。数据经过所述数据采集传输单元采集并传输至所述地面数据处理系统，经过所述总工控机处理之后经所述显示器显示并输出评价报告。所述勘探船包括电缆、吊装单元和液压单元，所述电缆既是井下仪器单元的吊装工具，也是数据传输的载体，所述地面数据处理单元、数据采集传输单元和井下仪器单元之间通过所述电缆进行数据传输，所述吊装单元包括滑轮和井口居中控制装置等，所述液压单元控制所述吊装单元完成仪器的提升和下放。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：所述井下仪器单元，包括顺次连接的接收声系短节、隔声体短节和发射声系短节；所述接收声系短节包括接收套筒、设置在所述接收套筒上的接收电路模块和若干接收换能器；所述发射声系短节包括发射套筒、设置在所述发射套筒上的发射电路模块和若干发射换能器。所述井下仪器单元功能齐备，包括有大功率单极纵波发射换能器、低频宽带正交偶极发射换能器和宽带接收换能器阵列，单极子传感器进行了大功率发射设计，可以获得塔基地层纵波的信息，偶极子发射换能器采用了低频和宽带设计，可以保证在低速的海底地层中获得横波信息，一次下井测量即可以获得地层纵波、横波和反射波信息，可以获得风电塔基建设所需要的各种地层力学特性参数。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体限定本专利技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本专利技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本专利技术。在附图中：图1是本专利技术一具体实施例的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统的结构示意图；图2是本专利技术一具体实施例的发射换能器的结构示意图；图3是图1中A处的细节图；图4是本专利技术一具体实施例的接收换能器的结构示意图；图5是图1中B处的细节图。图中所示：1-井下仪器单元、11-接收套筒、12-接收电路模块、13-接收换能器、131-第一压电振子、14-发射套筒、15-发射电路模块、16-发射换能器、161-第二压电振子、17-隔声体子单元、171-外壳、2-数据采集传输单元、21-工控机、22-示波器、211-数据采集电路模块、212-数据传输控制模块、213-深度编码控制模块、3-勘探船、31-吊装结构、32-液压结构、4-地面数据处理单元、41-总工控机、42-显示器、43-处理软件模块、5-电缆。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，包括井下仪器单元、数据采集传输单元、勘探船和地面数据处理单元，所述勘探船将所述井下仪器单元放入待测孔井后逐步提升所述井下仪器单元开始实施测井，所述数据采集传输单元采集所述井下仪器单元作业时的数据，并上传数据到所述地面数据处理单元，由所述地面数据处理单元进行数据处理。

【技术特征摘要】
1.一种用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，包括井下仪器单元、数据采集传输单元、勘探船和地面数据处理单元，所述勘探船将所述井下仪器单元放入待测孔井后逐步提升所述井下仪器单元开始实施测井，所述数据采集传输单元采集所述井下仪器单元作业时的数据，并上传数据到所述地面数据处理单元，由所述地面数据处理单元进行数据处理。2.根据权利要求1所述的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，所述井下仪器单元包括顺次连接的接收声系短节、隔声体短节和发射声系短节；所述接收声系短节包括接收套筒、设置在所述接收套筒上的接收电路模块和若干接收换能器；所述发射声系短节包括发射套筒、设置在所述发射套筒上的发射电路模块和若干发射换能器。3.根据权利要求2所述的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，所述接收换能器包括由第一骨架形成的第一腔室以及设置在所述第一腔室中的第一压电振子。4.根据权利要求2所述的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，所述发射换能器包括由第二骨架形成的第二腔室以及设置在所述第二腔室中的第二压电振子。5.根据权利要求2所述的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，所述隔声体短节包括若干隔声体子单元，每个所述隔声体子单元包括外壳和设置在所述外壳内的灌封胶体。6.根据权利要求1所述的用于海上风电塔基探测的声波远探测成像与评价系统，其特征在于，所述数据采集传输单元包括工控机和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，赵刚，
申请(专利权)人：中科云声苏州电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32