本发明专利技术提供一种井中三分量声波远探测测井装置及其测量方法，井下声波远探测仪器包括螺旋形绕制的耐高温光纤绕制在圆柱体结构外侧呈现的螺旋管形态；圆柱体结构下部垂直依次安装有光纤陀螺仪和井下阵列式声源发生器；地面井口测井车控制井下声波远探测仪器的下井和升井，给井下声波远探测仪器提供电源，驱动井下阵列式声源发生器在作业时连续重复发射声波信号；地面DAS调制解调仪器连接螺旋形绕制的耐高温光纤，向螺旋形绕制的耐高温光纤里面发射激光脉冲，采集井下螺旋形绕制的耐高温光纤里面的背向散射瑞利波。本发明专利技术提供的井中三分量声波远探测测井装置，可以在高温下长时间工作，实现高速向上传输数据的功能。
Three-component acoustic telemetry logging device in well and its measurement method
【技术实现步骤摘要】
井中三分量声波远探测测井装置及其测量方法
本专利技术涉及地球物理勘探
，尤其涉及一种基于分布式光纤传感技术的井中三分量声波远探测测井装置及其测量方法。
技术介绍
声波测井是指利用声波在不同岩石的中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性不相同来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。声波测井是在钻孔中通过研究岩层中声波传播速度来确定岩层性质的一种测井方法。通常使用的声波速度测井仪包括一个声波发生器(T)和两个接收器(R。、R。)。记录的参数是声波到达两个接收器的时间差(△t)，即声波在两个接收器之间岩层中传播所需要的时间。实际上，它是一个时间测量系统。声波在岩层中传播的速度，由岩石的弹性、密度以及孔隙中流体的性质等决定。将一个受控声波振源放入井中,声源发出的声波引起周围质点的振动,在地层中产生体波即纵波和横波，在井壁一钻井液界面上产生诱导的界面波即伪瑞利波和斯通莱波。这些波作为地层信息的载体，被井下接收器接收，送至地面的记录下来，就是声波测井。接收器、声源统称为声系，根据声系排列及尺寸的不同，声波测井仪可分为补偿测井仪(BHC)、长源距声波测井仪(LSS)和阵列声波测井仪。声波在井内地层中传播由于地层岩石成分、结构、孔隙中流体成分的变化其波的速度、幅度甚至频率都会发生变化。声波测井分为声速测井和声幅测井。只记录声波速度变化的称为声速测井(AC)，而记录声幅度变化的则称为声幅测井。声波速度测井中短源声系仅记录纵波(即首波)传播时差，长源距声系可记录下纵波、横波、伪瑞利波、斯通莱波等各种波列的传播时差，所以又称为全波声波测井，而阵列声波仪由于声系复杂既可以记录纵波声速，又可以记录全波列声速，还可以记录声幅。声速测井测量地层声波速度。地层声波速度跟地层的岩性、孔隙度以及孔隙流体性质等因素有关。根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性即孔隙流体性质。声波速度测井，可用来划分岩性、确定油气贮集层的孔隙度和划分气层，还可以提供地震勘探必需的速度资料。声波速度测井简称声速测井，它记录的是声波通过1米岩层所需的时间，测量地层滑行波的时差△t(地层纵波速度的倒数)。主要用以计算地层孔隙度、地层岩性分析和判断气层等。基于常规声波测井和数据处理方法仅能获得井外几米范围内的地层信息，随着勘探开发发展的需要，声波测井仅仅提供井周几米范围内的信息不能满足应用需求。近年来单井反射声波远探测技术的一个重要进展是利用偶极声波探测仪器来发射和接收地层深部的反射信号。利用多极子阵列声波测井中正交偶极探头发射频率低的特点，在地层中传播较远，测得的四分量数据能反映较远地层的信息，利用远探测声波测井的偶极分量数据处理分析方法，能够分析得到远离井眼地层中的裂缝、孔洞信息，还能得到井周几米到几十米的地层构造信息，进而了解地层中的裂缝、孔洞方位、倾角和分布。综合考虑测井和地震勘探的特点，将声波测井记录的沿井壁传播的非均匀波改为井外层界面的反射波，同时降低声源频率，可望得到井壁外10～15m的层界面信息。为此提出一种新的测井方法——远探测声反射波测井。在井下发射低频声波信号，按地震勘探工作方式接收反射波已经从理论和实际测井资料解释中得到确认。用大幅度(4000V)的窄脉冲激发声学探头，可以得到频率接近10kHz的、可用于远探测反射波声波测井的低频声波信号。为接收低频反射波信号，选择谐振频率较低的接收探头。方位远探测声波成像测井仪(又称远探测方位反射声波测井仪)是一种可对距井眼周围较远地层进行探测的新一代声波成像测井仪器。方位远探测反射声波成像测井仪器利用测量的反射波信息，识别井旁远距离范围内的反射体，定量分析反射体距井筒的距离和方位。该仪器采用相控阵大功率发射技术、方位阵列接收技术以及独创的直接承压式有源发射、接收声系结构，使其能探测距离井筒40m以上某方位的反射体，方位分辨率22.5°。该仪器测量原理、结构设计与特点、性能参数以及方法模拟实验和现场试验验证了其效果，有效地弥补了测井探测深度太浅与地震勘探分辨率较低的缺陷，为深部复杂油气储层的精细描述提供新技术。目前的井下声波远探测仪器里面使用的都是单极或偶极或多极压电式声波换能器来接收远离井眼的波阻抗界面反射回到井眼里面的反射波信号，单极或偶极或多极压电式声波换能器及其配套的放大器、模数转换和数据存储器件以及井下数据传输模块等均无法在高温环境(深井)下长时间工作。另外由于井下声波远探测仪器目前都是电子仪器，其井下数据传输模块目前还解决不了井下大数据高速向井口的测井车里面的控制计算机进行实时传输的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于分布式光纤声波传感技术的井中三分量声波远探测测井装置，主要是用安装在井下阵列声源发生器上方的按照螺旋形绕制的耐高温光纤，替代目前广泛使用的单极或偶极或多极压电式声波换能器，接收离井眼距离较远处的波阻抗界面反射回来的声波信号，从而实现井下声波远探测的目的。本专利技术的技术方案：基于分布式光纤传感的声波远探测测井装置，包括井下声波远探测仪器、地面井口测井车、地面DAS调制解调仪器；所述的井下声波远探测仪器包括圆柱体结构和螺旋形绕制的耐高温光纤，螺旋形绕制的耐高温光纤绕制在圆柱体结构的外侧呈现螺旋管形态，作为井下声波信号接收单元；圆柱体结构下部垂直依次安装有光纤陀螺仪和井下阵列式声源发生器；还包括铠装光电复合缆，铠装光电复合缆位于圆柱体结构内，地面井口测井车通过铠装光电复合缆与井下阵列式声源发生器、光纤陀螺仪连接；地面井口测井车控制井下声波远探测仪器的下井和升井，给井下声波远探测仪器提供电源，驱动井下阵列式声源发生器在作业时连续重复发射声波信号；安置在井口的地面DAS调制解调仪器通过铠装光电复合缆连接螺旋形绕制的耐高温光纤，向螺旋形绕制的耐高温光纤里面发射激光脉冲，采集井下螺旋形绕制的耐高温光纤里面的背向散射瑞利波。本专利技术井下阵列式声源发生器可以为阵列式单极、偶极或多极压电陶瓷(晶体)、电火花震源、机电震源、井下可控震源等声源发生器，井下阵列式声源发生器上方的螺旋形绕制的耐高温光纤替代目前广泛使用的单极或偶极或多极压电式声波换能器。井下阵列式声源发生器在地面控制信号和驱动信号的作用下，向井眼周围的地下介质里连续重复发射大功率声波信号，发射源发出的低频声波信号传播到井眼四周的波阻抗界面(反射面)后，会根据菲列尔定律以与入射角相同的反射角反射回井眼，安装在井下阵列式声源发生器上方螺旋形绕制的耐高温光纤，就可以接收离井眼距离较远处的波阻抗界面反射回来的声波信号，从而实现井下声波远探测的目的。当反射回来的反射声波到达井眼并作用于耐高温光纤上时，反射波的波动信号会引起螺旋形绕制的耐高温光纤产生应变(拉伸或压缩)，从而引起耐高温光纤内的背向瑞利散射波的相位发生与波动信号同频率的变化。通过地面井口附近连接螺旋形绕制的耐高温光纤的DAS调制解调仪器里面的硬件和软件对采集到的背向瑞利散射波的相位数据进行调制和解调，即可将背向瑞利散射波的相位变化转变为反射声波的波动信号。通过对反射声波信号(数据)的进一步处理和解释，就可以了解远处波阻抗界面离井眼的距离和方位，波阻抗界面两侧的介质声波速度，两侧介质的弹性参数特性或粘弹参数特性，以及井眼以外地下介质的岩性、孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于分布式光纤传感的声波远探测测井装置，其特征在于，包括井下声波远探测仪器、地面井口测井车(10)、地面DAS调制解调仪器(11)；所述的井下声波远探测仪器包括圆柱体结构(1)和螺旋形绕制的耐高温光纤(2)，螺旋形绕制的耐高温光纤(2)绕制在圆柱体结构(1)的外侧呈现螺旋管形态，作为井下声波信号接收单元；圆柱体结构(1)下部垂直依次安装有光纤陀螺仪(4)和井下阵列式声源发生器(3)；还包括铠装光电复合缆(5)，铠装光电复合缆(5)位于圆柱体结构(1)内，地面井口测井车(10)通过铠装光电复合缆(5)与井下阵列式声源发生器(3)、光纤陀螺仪(4)连接；地面井口测井车(10)控制井下声波远探测仪器的下井和升井，并给井下声波远探测仪器提供电源，驱动井下阵列式声源发生器(3)在作业时连续重复发射声波信号；安置在井口的地面DAS调制解调仪器(11)通过铠装光电复合缆(5)连接螺旋形绕制的耐高温光纤(2)，向螺旋形绕制的耐高温光纤(2)里面发射激光脉冲，采集井下螺旋形绕制的耐高温光纤(2)里面的背向散射瑞利波。
【技术特征摘要】
1.基于分布式光纤传感的声波远探测测井装置，其特征在于，包括井下声波远探测仪器、地面井口测井车(10)、地面DAS调制解调仪器(11)；所述的井下声波远探测仪器包括圆柱体结构(1)和螺旋形绕制的耐高温光纤(2)，螺旋形绕制的耐高温光纤(2)绕制在圆柱体结构(1)的外侧呈现螺旋管形态，作为井下声波信号接收单元；圆柱体结构(1)下部垂直依次安装有光纤陀螺仪(4)和井下阵列式声源发生器(3)；还包括铠装光电复合缆(5)，铠装光电复合缆(5)位于圆柱体结构(1)内，地面井口测井车(10)通过铠装光电复合缆(5)与井下阵列式声源发生器(3)、光纤陀螺仪(4)连接；地面井口测井车(10)控制井下声波远探测仪器的下井和升井，并给井下声波远探测仪器提供电源，驱动井下阵列式声源发生器(3)在作业时连续重复发射声波信号；安置在井口的地面DAS调制解调仪器(11)通过铠装光电复合缆(5)连接螺旋形绕制的耐高温光纤(2)，向螺旋形绕制的耐高温光纤(2)里面发射激光脉冲，采集井下螺旋形绕制的耐高温光纤(2)里面的背向散射瑞利波。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的声波远探测测井装置，其特征在于，所述的螺旋形绕制的耐高温光纤(2)为在圆柱体结构(1)上按照一定的角度缠绕单模或多模光纤，缠绕的角度在10度到80度之间，缠绕了螺旋形绕制的耐高温光纤(2)的圆柱体结构(1)外面套保护套，保护套最外层为抗压抗拉伸的金属或复合材料铠装。3.井中三分量声波远探测测井装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对每个井下螺旋形绕制的耐高温光纤位置采集的声波数据进行处理；S2：根据从井下阵列式声源发生器位置到达每个光纤检...
【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，杨居朋，贺飞，王熙明，夏淑君，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。