本发明专利技术提供了一种井下声学探测装置以及探测方法。一种井下声学探测装置包括：仪器外壳、数据采集短节、第一换能器模块、第二换能器模块、第三换能器模块以及旋转电机，数据采集短节的一端通过旋转电机转动安装在仪器外壳上，第一换能器模块、第二换能器模块以及第三换能器模块均安装在数据采集短节的同一侧侧壁上，第一换能器模块朝向数据采集短节的一端倾斜，第三换能器模块朝向数据采集短节的另一端倾斜，第二换能器模块位于第一换能器模块和第三换能器模块之间。采用轴向上多个不同指向角度换能器测量的方式，根据测量位置发射和接收声波；根据不同介质选择不同的换能器测量。改善仪器探测效率，减小仪器结构复杂度。减小仪器结构复杂度。减小仪器结构复杂度。
【技术实现步骤摘要】
一种井下声学探测装置以及探测方法
[0001]本专利技术涉及地下腔体空间地球物理探测
，尤其涉及一种井下声学探测装置以及探测方法。
技术介绍
[0002]为确保天然气的安全稳定运输和供应，根据以往经验，需要在天然气主要消费地区建设容量占年输气量15％的大型地下储气库，储气库建设不仅能够保障天然气长输安全和用气较高地区的平稳供气，而且还能提供充足的天然气储备，具有良好的经济效益和重要的战略意义。利用盐盆内的采盐井腔作为储气库是一条快速经济的捷径，而盐穴的建造设计、储藏空间的优化等需要专用的声呐测量设备，如利用声呐测量技术可以对采盐井腔进行腔体形态测量、初选、稳定性评价，制订井筒修复改建的技术方案，确定注气排卤参数和现场施工技术方案等。利用声呐测量技术对储气库腔体形状和体积进行及时有效的检测，及时发现腔体形状和体积的变化，可以成功保障储气库建设的顺利和安全进行，具有极为广阔的发展及应用前景。
[0003]盐穴地下储气库的声呐探测是一个较为特殊的领域，目前设备存在的主要问题之一是仪器结构复杂、测量效率低，仪器一般具有倾斜测量和水平旋转两个控制端，而测量换能器一般只有一个指向，通过旋转覆盖360度周向空间，通过控制测量端的倾斜角度使其覆盖腔体底部和顶部的弧形空间，但由于需要在仪器稳定静止后进行测量，仪器在倾斜作用后存在稳定时间，使得测量效率较低，而且两个控制端也使仪器机械系统变得复杂，腔体内部是一高温高压环境，较长时间的测量也给仪器带来较大损耗。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种井下声学探测装置以及探测方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种井下声学探测装置，包括：仪器外壳、数据采集短节、第一换能器模块、第二换能器模块、第三换能器模块以及旋转电机，所述数据采集短节的一端通过所述旋转电机转动安装在所述仪器外壳上，所述第一换能器模块、所述第二换能器模块以及所述第三换能器模块均安装在所述数据采集短节的同一侧侧壁上，所述第一换能器模块朝向所述数据采集短节的一端倾斜，所述第三换能器模块朝向所述数据采集短节的另一端倾斜，所述第二换能器模块位于所述第一换能器模块和所述第三换能器模块之间。
[0006]采用本专利技术技术方案的有益效果是：数据采集短节在旋转电机的驱动下可周向旋转；采用轴向上多个不同指向角度换能器测量的方式，不同的换能器模块根据测量位置发射和接收声波；换能器模块中的不同换能器根据不同介质选择不同的换能器测量。改善仪器探测效率，减小仪器结构复杂度。
[0007]进一步地，所述第一换能器模块中设有多个第一换能器，所述第二换能器模块中
设有多个第二换能器，所述第三换能器模块中设有多个第三换能器，多个所述第一换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值范围为30度
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60度，多个所述第三换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值范围为30度
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60度，多个所述第二换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值为90度。
[0008]采用上述进一步技术方案的有益效果是：对于腔体中部近似垂直腔体界面，选择夹角90度方向换能器进行声波探测。在腔体底部和顶部按照信号幅度和估算的腔体形状，分别选择朝向仪器下方和上方的倾斜换能器进行测量，通过提升测量使测量覆盖底部和顶部的弧度界面。可在测量过程中按照测量结果实时绘制腔体形状图，也可在所有深度测量完成后，统一进行绘制。
[0009]进一步地，多个所述第一换能器相互平行，多个所述第二换能器相互平行，多个所述第三换能器相互平行，所述第一换能器、所述第二换能器以及所述第三换能器的数量均为2个。
[0010]采用上述进一步技术方案的有益效果是：平行设置，便于声波的发射以及接收，便于在同一换能器模块中布置针对不同介质的换能器。每个换能器模块中设置两个换能器，便于根据实际需要选择一个发射一个接收。
[0011]进一步地，两个所述第一换能器、两个所述第二换能器以及两个所述第三换能器均为自发自收结构，或，一个发射另一个接收结构。
[0012]采用上述进一步技术方案的有益效果是：三组换能器模块内部2个换能器均为自发自收结构，或者一个发射另一个接收，当为自发自收结构时，一个用于液体中测量，一个用于气体中测量；当为一发一收时，可同时适用于液体和气体中测量。
[0013]进一步地，所述第一换能器的顶部朝向所述数据采集短节的一端，所述第三换能器的顶部朝向所述数据采集短节的另一端。
[0014]采用上述进一步技术方案的有益效果是：增大在同一位置的探测区域，减少稳定时间以及稳定次数，提高检测效率。
[0015]进一步地，相邻两个第一换能器、相邻两个第二换能器以及相邻两个第三换能器之间的距离为3cm，多个所述第一换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值以及多个所述第三换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值均为45度。
[0016]采用上述进一步技术方案的有益效果是：用于发射和接收声波进行腔体形状测量，提高稳定性以及可靠性。
[0017]进一步地，所述数据采集短节中设有信号前放以及采集电路，所述信号前放以及所述采集电路位于第三换能器模块的底部，所述旋转电机的旋转角度数值范围为0度
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360度。
[0018]采用上述进一步技术方案的有益效果是：声学信号采集和前放电路位于换能器附近并和其组合，以减少采集过程中的机电噪声。旋转电机控制数据采集短节在周向0
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360度内以仪器中轴为轴连续旋转。
[0019]此外，本专利技术还提供了一种井下声学探测方法，基于上述任意一项所述的一种井下声学探测装置，一种井下声学探测方法包括：
[0020]S1、将井下声学探测装置吊放到腔体底部；
[0021]S2、选择与测量位置以及测量介质对应的换能器；
[0022]S3、换能器激发声波并接收反射波，记录方位角、介质声速、激发时刻以及到达时间；
[0023]S4、根据所述激发时刻、所述到达时间以及所述介质声速，计算换能器与腔体之间的距离；
[0024]S5、旋转电机控制换能器旋转，使测量完全覆盖测量位置的整个周向空间；
[0025]S6、移动到下一测量位置，重复步骤S2至S5，直至全部腔体测量完成，根据换能器与腔体之间的距离以及方位角进行腔体形状三维重构，得到腔体形状的三维图。
[0026]采用本专利技术技术方案的有益效果是：数据采集短节在旋转电机的驱动下可周向旋转；采用轴向上多个不同指向角度换能器测量的方式，不同的换能器模块根据测量位置发射和接收声波；换能器模块中的不同换能器根据不同介质选择不同的换能器测量。改善仪器探测效率，减小仪器结构复杂度。
[0027]进一步地，步骤S3包括：同一换能器模块中的两个换能器为自发自收结时，同一方向若有两个针对不同介质的换能器，则根据介质情况只激发其中一个换能器。
[0028]采用上述进一步技术方案的有益效果是：测量时换能器发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种井下声学探测装置，其特征在于，包括：仪器外壳、数据采集短节、第一换能器模块、第二换能器模块、第三换能器模块以及旋转电机，所述数据采集短节的一端通过所述旋转电机转动安装在所述仪器外壳上，所述第一换能器模块、所述第二换能器模块以及所述第三换能器模块均安装在所述数据采集短节的同一侧侧壁上，所述第一换能器模块朝向所述数据采集短节的一端倾斜，所述第三换能器模块朝向所述数据采集短节的另一端倾斜，所述第二换能器模块位于所述第一换能器模块和所述第三换能器模块之间。2.根据权利要求1所述的一种井下声学探测装置，其特征在于，所述第一换能器模块中设有多个第一换能器，所述第二换能器模块中设有多个第二换能器，所述第三换能器模块中设有多个第三换能器，多个所述第一换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值范围为30度
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60度，多个所述第三换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值范围为30度
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60度，多个所述第二换能器与所述数据采集短节的轴线夹角数值为90度。3.根据权利要求2所述的一种井下声学探测装置，其特征在于，多个所述第一换能器相互平行，多个所述第二换能器相互平行，多个所述第三换能器相互平行，所述第一换能器、所述第二换能器以及所述第三换能器的数量均为2个。4.根据权利要求3所述的一种井下声学探测装置，其特征在于，两个所述第一换能器、两个所述第二换能器以及两个所述第三换能器均为自发自收结构，或，一个发射另一个接收结构。5.根据权利要求2所述的一种井下声学探测装置，其特征在于，所述第一换能器的顶部朝向所述数据采集短节的一端，所述第三换能器的顶部朝向所述数据采集短节的另一端。6.根据权利要求2所述的一种井下声学探测装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：付亚平，苏海波，鲁俊，张宏，黄发木，李洪烈，陈加松，侯磊，朱子恒，王健，孟森，王成林，刘峻峰，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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