一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置及方法。装置包括模拟筒，由筒侧壁、筒顶盖和筒底板构成。模拟筒外包裹保温层。筒底板上安装滑轨，滑轨安装卡座，卡座上卡装岩层模拟板。多块岩层模拟板在卡座滑移带动下拼接围成模拟井。筒顶盖上安装可伸缩夹持装置，可伸缩夹持装置的伸缩杆上用于安装超声波传感器，超声波传感器在可伸缩夹持装置作用下能下移处于模拟井内。模拟筒外设有控压单元，控压单元经管道与筒顶盖控压口连接。筒侧壁上安装控温单元。本发明专利技术能够真实模拟地热井在野外所处地热储层的各种实际井况，能够为超声波传感器回波时间和声幅测量精度的标定/校准提供可靠依据，适于推广。适于推广。适于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置及对超声波传感器的回波时间和声幅测量精度进行标定/校准的方法，属于传感器标定/校准


技术介绍

[0002]国内外重点研究和利用的地热储层一般位于地下2000米
‑
6000米，温度一般达到80℃
‑
200℃，目前，地热测井在对地热储层的岩性、构造、结理和裂隙等特性进行探测时通常是利用超声波传感器实现的。超声波传感器能够感知复杂、多变的对象，但是，追溯超声波传感器的兴起与发展，可以发现其适用对象为油井，而油井的井身结构、岩层特性等均与地热井存在许多区别。因此，对超声波传感器的标定/校准是确保其有效发挥优良性能的关键。
[0003]目前，许多生产厂家对超声波传感器的标定/校准是直接根据理论值推演结果来粗略估算的，显然出厂的超声波传感器在使用过程中无法满足测量精度的要求。另外，国内出现了一种对超声波传感器进行标定/校准的装置，其包括一圆柱状的模拟井筒，筒壁上通过人工方式制作出一些划痕、裂缝来模拟野外实际井况，一定程度上提高了标定/校准准确性。但是，此装置具有显著的局限性，存在以下缺点：第一，超声波传感器实际所处井况处于高温、高压状态，此装置仅为简单的地表模拟，很难真实反映井下高温高压状况，因此超声波传感器的温度漂移、压力形变漂移误差大；第二，井下岩层多变，此装置只采用一种材质的井筒是很难真实模拟出井壁岩层特性的；第三，地热井一般为多开次井身结构，因此，单一井径的模拟井筒无法对多井径环境进行模拟。可见，此装置存在的上述缺点无法保障对超声波传感器进行精准标定/校准，一定程度上制约了超声波成像测井领域的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置及对超声波传感器的回波时间和声幅测量精度进行标定/校准的方法，该装置能够真实模拟地热井在野外所处地热储层的各种实际井况，能够为超声波传感器回波时间和声幅测量精度的标定/校准提供可靠依据，使标定/校准过程规范化，适于推广。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：它包括不锈钢材质的圆柱状模拟筒，模拟筒由筒侧壁、筒顶盖和筒底板构成，模拟筒外部包裹有保温层，其中：筒底板上安装有滑轨，滑轨上可滑移地安装有卡座，卡座上可拆卸地卡装有用于模拟井壁岩层特性的弧形岩层模拟板；在卡座的滑移带动下，多块岩层模拟板能够拼接围成一圆柱状的模拟井；筒顶盖上密封安装有一可伸缩夹持装置，可伸缩夹持装置朝向模拟筒内的伸缩杆上用于安装超声波传感器，超声波传感器在可伸缩夹持装置的作用下能够下移处于模拟井内；模拟筒外设有用于向模拟筒内注入低粘度硅油并将模拟筒内压力控制在待模拟压力来模拟井压的控压单元，控压单元经由管道与筒顶盖上的控压口密封连接；模拟筒的筒
侧壁上安装有用于将模拟筒内温度控制在待模拟温度来模拟井温的控温单元；可伸缩夹持装置、超声波传感器、控压单元和控温单元与标定/校准控制仪连接。
[0007]一种基于所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置实现的超声波传感器回波时间和声幅测量精度标定/校准方法，它包括步骤：
[0008]1)根据待模拟井况的待模拟井径和待模拟井壁岩层特性选择相应型号的所述岩层模拟板，然后将选择的多块所述岩层模拟板插装在相应各所述卡座上，并借由所述卡座在所述滑轨上的滑动来调节各所述岩层模拟板的位置，以形成一模拟井；
[0009]2)测量得到模拟井的实际井径；
[0010]3)在所述筒顶盖的所述可伸缩夹持装置上安装好待标定/校准的超声波传感器，然后将所述筒顶盖盖在所述筒侧壁的顶敞口上，使所述模拟筒内部呈密闭状态；
[0011]4)启动所述标定/校准控制仪，所述标定/校准控制仪对所述可伸缩夹持装置、所述控压单元和所述控温单元进行控制：超声波传感器在所述可伸缩夹持装置作用下下移至模拟井内；所述控压单元向所述模拟筒内压入低粘度硅油并将所述模拟筒内的压力控制在待模拟压力；所述控温单元将所述模拟筒内的温度控制在待模拟温度；
[0012]5)控制超声波传感器向所述岩层模拟板发射超声波脉冲并接收反射的回波；
[0013]6)所述标定/校准控制仪接收超声波传感器反馈的波形数据，计算得到首波回波时间和声幅；
[0014]7)对超声波传感器的内部软件进行调整：利用6)中计算得到的首波回波时间计算出实测井径，根据实测井径与实际井径之间的差距调整超声波传感器；根据6)中计算得到的声幅与所安装的所述岩层模拟板代表的实际声幅之间的差距调整超声波传感器；
[0015]8)重复执行5)～7)，直至所述标定/校准控制仪借由超声波传感器计算得到的实测井径、首波声幅分别与实际井径、实际声幅相同为止；
[0016]9)针对待模拟井况，对超声波传感器的回波时间和声幅测量精度完成标定/校准。
[0017]本专利技术的优点是：
[0018]本专利技术从井温、井压、井径、井壁岩层特性(岩层结构和岩土性质)方面做到了对地热井在野外所处地热储层各种实际井况的真实模拟，最大程度地反映了超声波传感器实际所处井况的高温和高压状态、井径环境及不同的岩层特性，能够对超声波传感器的回波时间和声幅测量精度进行精准标定/校准，使标定/校准过程规范化，极大降低甚至避免了超声波传感器的温度漂移、压力形变漂移等误差，可见，与已有对超声波传感器精度粗略估算的现状相比，本专利技术实现了标定/校准从定性到定量的转变，很好地满足了如今国内外开展地热清洁能源探测研究的需求。
附图说明
[0019]图1是本专利技术标定/校准装置的结构示意图。
具体实施方式
[0020]本专利技术标定/校准装置适用于地热测井用超声波传感器，即超声波传感器30是指用于地热测井的超声波传感器。如图1所示，本专利技术标定/校准装置包括不锈钢材质的圆柱状模拟筒10，模拟筒10由筒侧壁13、筒顶盖11和筒底板12构成，模拟筒10外部包裹有保温层
(图中未示出)来减缓高温散热速度，其中：模拟筒10内的筒底板12上安装有滑轨70，滑轨70上可滑移地安装有卡座71，卡座71上可拆卸地卡装有用于模拟井壁岩层特性的弧形岩层模拟板81；在卡座71的滑移带动下，多块岩层模拟板81能够拼接围成一圆柱状的模拟井80；模拟筒10的筒顶盖11中心上密封安装有一可伸缩夹持装置20，可伸缩夹持装置20朝向模拟筒10内的伸缩杆上用于安装超声波传感器30，超声波传感器30在可伸缩夹持装置20的作用下能够下移处于模拟井80内；模拟筒10外设有用于向模拟筒10内注入低粘度硅油100并将模拟筒10内压力控制在待模拟压力来模拟井压(井深)的控压单元，控压单元经由管道与筒顶盖11上的控压口52密封连接；模拟筒10的筒侧壁13上安装有用于将模拟筒10内温度控制在待模拟温度来模拟井温的控温单元；可伸缩夹持装置20、超声波传感器30、控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：它包括不锈钢材质的圆柱状模拟筒，模拟筒由筒侧壁、筒顶盖和筒底板构成，模拟筒外部包裹有保温层，其中：筒底板上安装有滑轨，滑轨上可滑移地安装有卡座，卡座上可拆卸地卡装有用于模拟井壁岩层特性的弧形岩层模拟板；在卡座的滑移带动下，多块岩层模拟板能够拼接围成一圆柱状的模拟井；筒顶盖上密封安装有一可伸缩夹持装置，可伸缩夹持装置朝向模拟筒内的伸缩杆上用于安装超声波传感器，超声波传感器在可伸缩夹持装置的作用下能够下移处于模拟井内；模拟筒外设有用于向模拟筒内注入低粘度硅油并将模拟筒内压力控制在待模拟压力来模拟井压的控压单元，控压单元经由管道与筒顶盖上的控压口密封连接；模拟筒的筒侧壁上安装有用于将模拟筒内温度控制在待模拟温度来模拟井温的控温单元；可伸缩夹持装置、超声波传感器、控压单元和控温单元与标定/校准控制仪连接。2.如权利要求1所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：所述模拟筒的外径为500毫米、高度为3米，所述模拟筒采用厚度为60毫米的304不锈钢板制成；所述硅油在温室25℃条件下的粘度范围为0.65cSt～2cSt。3.如权利要求1所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：所述筒底板上沿所述筒底板径向方向中心对称地安装多个所述滑轨，每个所述滑轨上滑移安装一所述卡座，所述卡座上设有用于卡固所述岩层模拟板的卡槽，相同尺寸、材料和板面结构的所述岩层模拟板记为同一型号，其中：围成模拟井的各所述岩层模拟板的尺寸、材料和板面结构相同，或者，围成模拟井的各所述岩层模拟板的尺寸相同但材料和/或板面结构不同；当各所述岩层模拟板在所述卡座带动下两两紧邻时，相邻的两块所述岩层模拟板之间通过连接件连接固定。4.如权利要求3所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：制作所述岩层模拟板的材料为在实际钻井中获取的岩心；所述岩层模拟板的板面结构包括凹凸和裂缝结构。5.如权利要求1至4中任一项所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：所述控压单元包括布设于所述模拟筒外、自带稳压阀的液压泵，液压泵的入口与装有低粘度硅油的蓄液槽连接，液压泵的出口经由压力表与所述筒顶盖上的所述控压口密封连接，其中：液压泵、压力表的信号端分别与所述标定/校准控制仪的相应信号端连接。6.如权利要求1至4中任一项所述的地热测井用超声波传感器的标定/校准装置，其特征在于：所述控温单元包括温度传感器、盘管式加热器和温控装置，其中：温度传感器贯穿安装于所述筒侧壁上，多个温度传感器沿上下方向间隔均布；盘管式加热器螺旋状地安装于所述筒侧壁的整个内表面上；温控装置安装于所述筒侧壁外；各温度传感器、盘管式加热器与温控装置连接，温控装置的信号端与所述标定/校准控制仪的相应信号端连接。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，马峰，赵志宏，郝文杰，王新杰，龙慧，杨卓静，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所清华大学，
类型：发明
国别省市：