一种双相控声波发射装置的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种石油测井的双相控声波发射装置的控制方法，装置包括由多个单极子声波换能器组成的两组相控发射探头和相应的相控发射控制电路，（１）测井前根据该井地质设计中的岩性和常规声波测井的测井资料，确定纵波速度范围及对应的相控偏转角；（２）由计算公式Θ↓［－３ｄｂ］＝２ａｒｃｓｉｎ（０．４２（ν／（Ｎ（ｈ＋ｄ）ｆ））计算两组不同发射探头的声束束宽；（３）由公式，ｔ＝（（ｈ＋ｄ）.ｓｉｎα）／ν计算相控探头的延迟时间；（４）根据计算出的延迟时间和声束束宽，在测井前对发射电路的延迟时间和声束束宽进行调节，通过试验证明采用此方法进行声波测量可探测到井旁１０米范围的地质构造情况，其应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石油勘探远探测声波成像测井装置的双相控声波发射 装置的控制方法。
技术介绍
常规声波测井仪中使用的发射探头是单极子声源，该类声波探头发射 声波所形成的声场类似于点声源发射声波形成的球形声场，其发射声波的 能量呈放射状均匀进入地层。由于接收探头与发射探头同处于井筒轴线上， 因此发射探头所发射的声波经过地层的扩散、折射、反射、衰减等物理效 应后只有很少一部分声波能量被接收探头所接收，最终导致发射一接收系统的效率低和探测深度浅等问题。常规声波测井只能探测到离井壁约0.5 米的范围。随着勘探开发程度的不断深入，目前声波仪器向大功率、高效率且具 有深探测功能方向发展。解决这一问题采用最新的方法是相控阵发射技术， 并接收从地层深处反射回来的带有地层深处信息的反射波信号。相控发射 特点是所发射的声波信号以一定宽度的波束向地层发射，其声场有一定的 指向性，声效率高。但相控发射也具有一定的局限性。在测井过程中，声 波从井中进入地层会发生折射，不同岩性的地层其折射角不同，在地层中 的各种界面与井轴的夹角也是不断变化的。如果相控发射的声束宽度和指 向角仅适合某一种岩层或某一种角度的界面，则其它岩层或其他角度界面 的声波信号反射信息就会减小或丢失。如果相控发射的波束太宽，则发射有效功率就会受到影响，干扰信号也会加大。
技术实现思路
本专利技术的目的是研制一种应用远探测双相控声波发射装置，根据测井 地质岩性的纵波波速范围，确定相控声束的偏转角和波束束宽，然后根据 偏转角确定每组相控探头的延迟时间，使一次下井覆盖所测的各种地层， 达到增大仪器测量范围的远探测双相控声波发射装置的控制方法。本专利技术的方案是下井探测仪应用的远探测双相控声波发射装置包括由 多个单极子声波换能器组成的两组相控发射探头和相应的相控发射控制电 路。相控声波发射系统所发射声波的指向角可由下面的公式计算其中a——相控角，是探头作为点声源所发射的球声场所形成的相控声束方 向与探头径向方向的夹角； v_—介质中的传播速度； t——延迟时间； h—一探头的高度； d——探头间隔。此公式表明了相控角与探头的结构、介质的传播速度及延迟时间的关系，以及形成相控的条件。显然式中v"因此在设计相控探头时，当探头的结构确定以后， 一定要针对不同的地层来确定延迟时间。相控声波发射的波场除了具有一定的指向性外，其所形成的声波波束 还具有一定的宽度。利用相控声波指向性函数公式所描绘出的指向性图可形象地看出相控声波发射的指向性和所发射的声波束宽。下面是指向性公 式<formula>formula see original document page 5</formula>式中D——表示指向性函数； N—一组成相控探头的换能器个数； X——声波在介质中传播时的波长； d_—相邻两个换能器之间的距离； 。一 一设计的偏转角度；"一一某一传播方向的声线与声轴面的夹角。 相控声波发射系统参数的变化可以引起所发射声场指向性以及声束宽 度的变化。由指向角公式、指向性函数公式和指向性图可以看出，相控声 波发射所发射的声场除了与相控探头的结构、参数以及单极子声波换能器 发射的延迟时间有关外，还与介质传播声波的速度或波长有关。也就是说 在测井时相控声波所发射的声场在经过不同地层介质时，其指向角和波束 宽度是在不断变化的。另外，声波从井中进入地层会发生折射，不同岩性 的地层其折射角不同，在地层中的各种界面与井轴的夹角也是不断变化的。 如果相控发射的声束宽度和指向角仅适合某一种岩层或某一种角度的界 面，则其它岩层或其他角度界面的声波信号反射信息就会减小或丢失。如 果相控发射的波束太宽，则发射有效功率就会受到影响，干扰信号也会加 大。采用双相控声波发射系统可以有效的解决上述所存在的问题。根据地 层岩性不同的特点，将第一组相控声波发射的各种相控参数调整到对应低速地层，也就是说其指向角和波束宽度适合探测低速地层；同理将另一组 相控声波发射的各种相控参数调整到适合测量高速地层。这样一次下井可 以发射两种不同束宽、不同偏转角、不同频率、不同能量的声波进入地层， 两组相控声波发射在测量过程中互相弥补可以兼顾到对各种不同岩性地层 进行测量。最后通过对两组声波全波列信号进行相似、相关等处理，可实 现井外地质构造的声波成象。使用远探测声波成像测井装置的控制方法为，测井前明确所测地层岩 性的纵波传播速度，根据速度计算需要的相控声束偏转角，最后利用偏转 角计算发射电路的延迟时间。(l)测井前根据该井地质设计中的岩性和常规声波测井等其它测井资 料，基本确定纵波速度范围及对应的相控偏转角。常见岩性纵波速度如下<table>complex table see original document page 6</column></row><table>(2)计算两组不同发射探头的波束束宽，计算公式如下:<formula>formula see original document page 6</formula>式中——波束宽度； V——代表纵波传播速度(m/s); N——代表组成相控探头的换能器个数；一一代表单个换能器的高度(m); d—一代表相邻换能器之间的间距(m); /一一代表换能器工作频率(Hz)。(3) 当偏转角确定后根据下面的公式，计算相控探头的延迟时间<formula>formula see original document page 7</formula>(4) 根据计算出的延迟时间，在测井前对发射电路的延迟时间进行调节。因此，采用双相控声波发射装置及其控制方法不仅解决了常规声波测 井单极子声波发射功率小、声场无指向性、效率低等缺点，还大大的增强 了仪器的测量范围。通过试验证明采用双相控声波发射系统进行声波测量 可探测到井旁IO米范围的地质构造情况。其应用前景广阔。附图说明图1是Tl相控发射声波装置示意图 图2是T2相控发射声波装置示意图 图3是双相控声波发射系统示意图图4是4个单极子换能器组成的相控发射探头的指向性图 图5是2个单极子换能器组成的相控发射探头的指向性图。具体实施例方式本方案是应用包括两组相控发射探头Tl、 T2和相应的相控发射控制电路的远探测双相控声波发射装置做为下井探测仪见图1、 2。利用六个单极子声波换能器组成双相控声波发射装置。 一组相控声波发射由Tll和T12两个声波换能器构成的Tl探头为第一组相控声波发射探头， 发射声波的频率可选为8 10KHz;由T21、 T22、 T23、 T24四个声波换能 器构成的T2探头为第二组相控发射探头，发射声波的频率为10 15KHz。 测井时由地面系统控制两组相控声波发射探头交替发射。两组相控声波发射 系统共用由R1 R8八个宽频带接收换能器组成的接收阵列对声波的全波列 信号进行接收见图3。每组相控系统所发射声波的相控角由组成相控探头的 声波换能器的几何尺寸、相对位置、介质的声速以及相应的控制发射电路的 延迟时间而确定。每组相控发射探头中每个换能器都对应一道单独的发射电路。在相应 的发射控制电路中采用发射延迟时间连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双相控声波发射装置的控制方法，下井探测仪应用的远探测双相控声波发射装置包括由多个单极子声波换能器组成的两组相控发射探头和相应的相控发射控制电路，多个宽频带接收换能器，其特征在于：　（１）、测井前根据该井地质设计中的岩性和常规声波测井的测井资料，确定纵波速度范围及对应的相控偏转角；　（２）、计算两组不同发射探头的声束束宽，计算公式如下：　Θ↓［－３ｄｂ］＝２ａｒｃｓｉｎ（０．４２ｖ／Ｎ（ｈ＋ｄ）ｆ）　式中：Θ↓［－３ｄｂ］代表波束宽度；　ｖ代表纵波传播速度ｍ／ｓ；　Ｎ代表组成相控探头的换能器个数；　ｈ代表单个换能器的高度ｍ；　ｄ代表相邻换能器之间的间距ｍ；　ｆ代表换能器工作频率Ｈｚ。　（３）、当偏转角确定后根据下面的公式，计算相控探头的延迟时间　ｔ＝（ｈ＋ｄ）.ｓｉｎα／ｖ　（４）、根据计算出的延迟时间和声束束宽，在测井前对发射电路的延迟时间和声束束宽进行调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柴细元，李国英，刘炳忠，赵旭东，刘志云，朱振生，曹学伟，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，大港油田集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]