CN102767360A - 一种声电效应测量井下探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声电效应测量井下探测器包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器；声电效应探测发生器为声波发射换能器和/或供电电极；声波发射换能器用于发射声波信号；供电电极用于产生激发电场；声电效应探测接收器为声波接收换能器和/或测量电极；声波接收换能器用于接收由声波发射换能器所激发经过地层传播而产生的反馈声波信号，接收由供电电极所产生电场激发地层产生的诱导声波信号；测量电极用于接收由声波发射换能器所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号，接收由供电电极所产生激发电场激发地层产生的反馈电信号。该井下探测器可以实现声电效应测量功能测量地层性质。

Description

一种声电效应测量井下探测器

技术领域

本发明涉及应用地球物理领域，特别是一种用于石油井下声电效应测量的探测器。

背景技术

理论和实验研究证明，利用声电效应可以区分油水界面，探测与储层有关的地质参数，还可以探测裂缝带、地层结构特性等。声电测井可以直接应用于探测与孔隙流体有关的地层性质，如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等，尤其是可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率探测的问题。另外，弹性波在裂缝中传播时也能够引发声电效应，声电测井将比常规声波测井方法提供更多的裂缝分布信息，将是一种更好的探测井旁裂缝的测井方法。

目前，国内外对声电测井的研究主要集中于理论、方法和基础实验研究阶段，要实现声电测井研究向物理模拟以及现场工程测量仪器的发展，必须解决探测器设计这一关键性技术问题。传统的井下声波探测器和电法探测器在结构、工艺和材料等方面有很大的差异，而声电测井要求必须同时实现声波探测和电法探测这两种探测方法，设计集成了声波探测和电法探测的复合探测器在当前的石油勘探领域未有先例。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种用于石油井下声电效应测量的探测器，使用该探测器以及相关的测控电子线路等可实现井下声电效应测井，从而可以对与孔隙介质和流体有关的地层性质进行评价。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种声电效应测量井下探测器，其特征在于，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器；

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器和/或供电电极；所述声波发射换能器，用于发射声波信号；所述供电电极，用于产生激发电场；

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器和/或测量电极；所述声波接收换能器，用于接收由声波发射换能器所激发经过地层传播而产生的反馈声波信号，接收由供电电极所产生激发电场激发地层产生的诱导声波信号；所述测量电极，用于接收由声波发射换能器所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号，接收由供电电极所产生激发电场激发地层产生的反馈电信号。

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器；所述声波发射换能器，用于发射声波信号；

所述声电效应探测接收器为测量电极；所述测量电极，用于接收由声波发射换能器所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号。

所述声电效应探测发生器为供电电极；所述供电电极，用于产生激发电场；

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器；所述声波接收换能器，接收由激发电场发生器所产生激发电场激发地层产生的诱导声波信号。

所述声电效应探测接收器中包含有多个声波接收换能器和测量电极；所述声波接收换能器和测量电极相间设置；所述声波接收换能器位于相邻两个测量电极的中间，并与该两个测量电极等距。

所述外壳采用玻璃钢材料制成。

所述外壳采用外涂覆有绝缘层的金属材料制成。

还设有电子单元；该电子单元设置于井下探测器内，用以将测量电极和声波接收换能器输出的信号进行滤波、放大和采集处理。

在所述外壳上开设有承压接口；该承压接口内侧设有橡胶圈；所述供电电极和/或测量电极与电子单元通过该承压接口实现承压电气连接。

在所述电子单元外侧设有密封单元；

该密封单元由承压外壳、密封连接器、密封端盖和密封压盘构成；该承压外壳为筒状结构，用于放置电子单元；该密封端盖周围设置有橡胶圈，该密封端盖压盖于承压外壳的开口处；该密封压盘压盖于承压外壳与密封端盖的接缝处，用于固定承压外壳和密封端盖；该密封连接器设置于密封端盖上，用于电气连接声电效应探测接收器与电子单元，并实现电子单元的供电输入和信号接口。

所述电子单元包括：多个声波信号和电信号处理通道；每个声波信号和电信号处理通道由信号滤波放大器、信号采集器和通讯接口控制器组成；

所述信号滤波放大器包括：电极信号滤波放大器和/或声波信号滤波放大器；该电极信号滤波放大器，与所述测量电极电气连接，用于接收测量电极输出的电信号，并对该电极信号进行滤波放大处理；该声波信号滤波放大器，与所述声波接收换能器电气连接，用于对声波接收换能器输出的信号进行滤波放大处理；

所述信号采集器，用于采集所述信号滤波放大器滤波放大处理后的信号，并将采集后的信号进行存储；

所述通讯接口控制器，用于实现该电子单元与上级主控电子单元的数据通讯。

通过本发明实施例，该声电效应测量井下探测器可以将多种测量方法集成于一体，除了可以实现常规声波测井和电法测井的探测功能外，其声电效应测量功能还可以直接应用于探测与孔隙流体有关的地层性质，如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等，尤其是可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率探测的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为声电效应测量井下探测器的结构示意图；

图2为密封单元的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1为本发明声电效应测量井下探测器的结构示意图。如图1所示，该声电效应测量井下探测器，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器。

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器T和/或供电电极A、B。所述声波发射换能器T，用于发射声波信号。所述供电电极A、B，用于产生激发电场。

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器R和/或测量电极M。所述声波接收换能器R，用于接收由声波发射换能器T所激发经过地层传播而产生的反馈声波信号，接收由供电电极A、B所产生电场激发地层产生的诱导声波信号。所述测量电极，用于接收由声波发射换能器T所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号，接收由供电电极A、B所产生激发电场激发地层而产生的反馈电信号。

本发明所设计的上述声电效应测量井下探测器，不仅可以由声波发射换能器T与声波接收换能器R实现传统的声波测井功能，通过测量井壁介质的声学性质来判断井周围地层的地质特性及井眼状况；由供电电极A、B与测量电极M构成传统电阻率测井电极系统，能够通过测量地层的反馈电信号来测量地层电阻率以研究井剖面的地层性质。更为重要的是，该声电效应测量井下探测器还能够进行第二类震电效应（E效应）和第一类震电效应（I效应）两方面的声电效应测量（震电效应在测井中又被称为动电效应或者声电效应）。这两类效应为本领域人员所熟知，在此就不再详述其原理及特性。

E效应测量的工作流程是：声波发射换能器T发射声波信号，由测量电极M接收由声波发射换能器T所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号。该电信号由所述的电子单元根据发射同步信号通过适当延迟时间后对其进行采集和处理。测量电极M接收到的电信号可进行两种接收处理方法，一种是对每个电极接收到的信号分别进行放大、滤波和采集处理流程，这种处理方法与传统的电测井信号处理基本相同；另一种处理方法是将多个测量电极M接收的电信号先进行差分放大处理，再对经差分放大处理后电信号进行放大、滤波处理后由采集处理电路根据发射同步信号通过适当延迟时间后对其进行采集和处理。上述差分处理方法可以消除共模信号的影响，减小干扰，提高信噪比。

I效应测量的工作流程是：由供电电极A、B提供激发电场，声波接收换能器R接收由该电场诱导在井壁地层中产生的诱导声波信号，用以分析所加电场对孔隙流体饱和岩石产生的声波传播的特性。

基于上述这种复合型声电效应测量井下探测器的设计可以将多种测量方法集成于一体，除了可以实现常规声波测井和电法测井的探测功能外，其声电效应测量功能还可以直接应用于探测与孔隙流体有关的地层性质，如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等，尤其是可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率探测的问题。可见，该探测器具有现有井下探测器所不具有的丰富探测功能。

应当指出，如上所述该声电效应测量井下探测器能够提供多种井下测量功能，不同的声电效应探测发生器和声电效应探测接收器组合可以提供不同类型的测量功能。因此，该声电效应测量井下探测器并非必须同时具备上述声波发射换能器T、供电电极A、B，声波接收换能器R和测量电极M，而是可以根据实际测量需要搭配组合成特定的声电效应测量井下探测器结构。下面我们就具体给出几种可能实现结构：

实施例一

本实施例的声电效应测量井下探测器专门针对进行E效应测量而设计。该声电效应测量井下探测器，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器。所述声电效应探测发生器设置在外壳内部，声电效应探测接收器设置在该外壳上。

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器T。所述声波发射换能器T，用于发射声波信号。

所述声电效应探测接收器为测量电极M。所述测量电极M，用于接收由声波发射换能器T所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号。

实施例二

本实施例的声电效应测量井下探测器专门针对进行I效应测量而设计。该声电效应测量井下探测器，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器。所述声电效应探测发生器设置在该外壳上，声电效应探测接收器设置在该外壳内部。

所述声电效应探测发生器为供电电极A、B。所述供电电极，用于产生激发电场。

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器R。所述声波接收换能器R，用于接收由供电电极A、B所产生的激发电场激发地层产生的诱导声波信号。

实施例三

本实施例的声电效应测量井下探测器可以分别进行E效应和I效应测量。该声电效应测量井下探测器，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器。所述声电效应探测发生器和声电效应探测接收器中的声波换能器安装在该外壳的内部，电极设置在该外壳上。

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器T和供电电极A、B。所述声波发射换能器T，用于发射声波信号。所述供电电极A、B，用于产生激发电场。

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器R和测量电极M。所述声波接收换能器R，用于接收由声波发射换能器T所激发经过地层传播而产生的反馈声波信号，接收由供电电极A、B所产生激发电场激发地层产生的诱导声波信号。所述测量电极M，用于接收由声波发射换能器T所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号，接收由供电电极A、B所产生激发电场激发地层而产生的反馈电信号。

上述所提供的实施例仅用以说明本发明几种可行的实施方式，并不用以限定本发明的保护范围。

另外，如图1所示，所述声电效应探测接收器中的声波接收换能器R和测量电极M的数量并不唯一，可以由多个声波接收换能器R和多个测量电极M构成。基于前述关于采用差分处理方法处理测量电极所接收的电信号的方案，本实施例针对声电效应探测接收器中各个接收器的布局给出了一种设计方案。所述声波接收换能器R和测量电极M相间设置。所述声波接收换能器R位于相邻两个测量电极M的中间，并与该两个测量电极M等距。这样设计的好处在于，当采用差分处理方法处理测量电极所接收的电信号时，所获得的差分信号对应的测量点是与声波接收换能器R的测量点相重合的。也就是说，通过这种方法可以同时获得同一测量点的声波测量值和电法测量值。因此，更有利于对井下地质参数进行准确的分析。

另外，由于本发明所设计的声电效应测量井下探测器需要同时满足声测井和电测井的特点，即声测井要求在换能器处有好的透声效果，而电测井要求在地层中形成电场，这就决定了不能直接使用金属材料进行外壳的设计和制作。基于以上考虑，本发明中该声电效应测量井下探测器可采用两种方案设计该探测器的外壳。一种方案是该外壳采用玻璃钢材料以达到透声和镶嵌电极双重功能。另外一种方案是该外壳为外涂覆有绝缘层的金属外壳。

由于本发明的声电效应测量井下探测器工作于声电效应测量模式时，测量电极M和声波接收换能器R接收到的信号幅度都很小（可低至nV数量级），若采用传统井下测井仪器将信号传输到专门的电子线路短节中进行处理的方式，可能在此过程中引入大量噪声，各个通道之间也可产生互扰，其结果是噪声干扰信号幅度远大于有用的测量信号。为了解决小信号探测的问题，本发明在该井下探测器中还设有电子单元。该电子单元设置于该井下探测器内，用以将测量电极M和声波接收换能器R输出的信号在探测器中进行滤波、放大和采集处理，以使得接收到的声波信号和电信号尽可能避免受到噪声的影响。

如图1所示，在所述外壳上开设有承压接口E。通过该承压接口E实现所述声电效应探测器的供电电极和/或测量电极与电子单元之间的承压电气连接。为了实现上述供电电极和/或测量电极与电子单元之间的承压电气连接，在该承压接口E内侧设计有橡胶圈以达到与外壳的高压密封。

如图1所示，在所述外壳上还设置有隔声装置I，用于衰减通过外壳直接传输到接收换能器的声波信号。该隔声体的结构与传统声波测井的结构相似，通过在外壳上设置间隔分布的开孔实现。

另外，为了进一步保证电子单元的安全电气工作环境，本发明将电子单元放置在密封单元的内部。图2为该密封单元的结构示意图。如图所示，该密封单元由承压外壳1、密封连接器2、密封端盖3、密封压盘4构成。该承压外壳1为筒状结构，用于容放电子单元6。该密封端盖3周围设置有橡胶圈5，该密封端盖压盖于承压外壳1的开口处。该密封压盘4压盖于承压外壳1与密封端盖3的接缝处，用于固定承压外壳和密封端盖。该密封连接器2设置于密封端盖3上，用于电气连接声电效应探测接收器与电子单元，并实现电子单元的供电输入和信号接口。所述密封单元置于探测器内部的充油高压环境中，通过承压外壳1、密封端盖3和密封压盘4为内部的电子单元提供了常压工作环境。

所述电子单元包括：多个声波信号和电信号处理通道；每个声波信号和电信号处理通道由信号滤波放大器、信号采集器和通讯接口控制器组成；

所述信号滤波放大器包括：电极信号滤波放大器和/或声波信号滤波放大器；该电极信号滤波放大器，与所述测量电极电气连接，用于接收测量电极输出的电信号，并对该电极信号进行滤波放大处理；该声波信号滤波放大器，与所述声波接收换能器电气连接，用于对声波接收换能器输出的信号进行滤波放大处理；

所述信号采集器，用于采集所述信号滤波放大器滤波放大处理后的电信号和声波信号，并将采集后的信号进行存储；

所述通讯接口控制器，用于实现该电子单元与上级主控电子单元的数据通讯。

综上所述，本发明提供了一种复合型声电效应测量井下探测器，可以将多种测量方法集成于一体，除了可以实现常规声波测井和电法测井的探测功能外，其声电效应测量功能还可以直接应用于探测与孔隙流体有关的地层性质，如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等，尤其是可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率探测的问题。本领域技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声电效应测量井下探测器，其特征在于，包括：外壳、声电效应探测发生器和声电效应探测接收器；

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器和/或供电电极；所述声波发射换能器，用于发射声波信号；所述供电电极，用于产生激发电场；

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器和/或测量电极；所述声波接收换能器，用于接收由声波发射换能器所激发经过地层传播而产生的反馈声波信号，接收由供电电极所产生激发电场激发地层产生的诱导声波信号；所述测量电极，用于接收由声波发射换能器所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号，接收由供电电极所产生激发电场激发地层产生的反馈电信号。

2.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：

所述声电效应探测发生器为声波发射换能器；所述声波发射换能器，用于发射声波信号；

所述声电效应探测接收器为测量电极；所述测量电极，用于接收由声波发射换能器所发射声波信号激发地层产生的电磁波场信号。

3.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：

所述声电效应探测发生器为供电电极；所述供电电极，用于产生激发电场；

所述声电效应探测接收器为声波接收换能器；所述声波接收换能器，接收由激发电场发生器所产生激发电场激发地层产生的诱导声波信号。

4.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：

所述声电效应探测接收器中包含有多个声波接收换能器和测量电极；所述声波接收换能器和测量电极相间设置；所述声波接收换能器位于相邻两个测量电极的中间，并与该两个测量电极等距。

5.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：所述外壳采用玻璃钢材料制成。

6.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：所述外壳采用外涂覆有绝缘层的金属材料制成。

7.如权利要求1所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：还设有电子单元；该电子单元设置于井下探测器内，用以将测量电极和声波接收换能器输出的信号进行滤波、放大和采集处理。

8.如权利要求7所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：在所述外壳上开设有承压接口；该承压接口内侧设有橡胶圈；所述供电电极和/或测量电极与电子单元通过该承压接口实现承压电气连接。

9.如权利要求7所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：在所述电子单元外侧设有密封单元；

该密封单元由承压外壳、密封连接器、密封端盖和密封压盘构成；该承压外壳为筒状结构，用于放置电子单元；该密封端盖周围设置有橡胶圈，该密封端盖压盖于承压外壳的开口处；该密封压盘压盖于承压外壳与密封端盖的接缝处，用于固定承压外壳和密封端盖；该密封连接器设置于密封端盖上，用于电气连接声电效应探测接收器与电子单元，并实现电子单元的供电输入和信号接口。

10.如权利要求7所述的声电效应测量井下探测器，其特征在于：所述电子单元包括：多个声波信号和电信号处理通道；每个声波信号和电信号处理通道由信号滤波放大器、信号采集器和通讯接口控制器组成；

所述信号滤波放大器包括：电极信号滤波放大器和/或声波信号滤波放大器；该电极信号滤波放大器，与所述测量电极电气连接，用于接收测量电极输出的电信号，并对该电极信号进行滤波放大处理；该声波信号滤波放大器，与所述声波接收换能器电气连接，用于对声波接收换能器输出的信号进行滤波放大处理；

所述信号采集器，用于采集所述信号滤波放大器滤波放大处理后的信号，并将采集后的信号进行存储；

所述通讯接口控制器，用于实现该电子单元与上级主控电子单元的数据通讯。

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