CN102828744B - 四极子源短源距声波全波测井仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四极子源短源距声波全波测井仪，发射器采用四极子声波发射换能器；接收器用四个以上的偶极换能器或四极子接收换能器；所述四极子声波发射换能器既作单极子发射，又作四极子发射，也可交替发射，当选择单极子发射模式时，激励信号产生电路发出脉冲触发发射电路，当选择四极子发射模式时，激励信号产生电路发出低频正弦波触发发射电路，该低频正弦波的频率在四极子振型的频散曲线的截止频率附近处，使四极子声波发射换能器产生一个扭曲波N直接替代地层横波。本发明提供一种四极子源的短源距声波测井仪，并且四极子声源采用正弦低频激励，所测的扭曲波可直接替代地层横波，可以省去频散校正。

Description

四极子源短源距声波全波测井仪
技术领域
本发明涉及一种声波测井仪，特别涉及一种四极子源短源距声波全波测井仪。
背景技术
声波测井下井仪是利用声波换能器来测量裸眼井井壁地质特性的测井仪器。目前所采用的声波换能器大多是压电陶瓷晶体。发射晶体和接收晶体之间有一定的距离（称为源距），接收之间的距离称为间距。目前国内普遍采用的常规声波测井仪均为单极子双发双收结构形式如图1。时差测量原理如下式所示：
                                                          （）
   式中：T1R2为T1发射R2接收时的传播时间；T1R1为T1发射R1接收的传播时间；同样，T2R1、T2R2分别是T2发射时R1、R2接收时的传播时间；L为R1与R2之间的距离。
   从上式可见所测的时差与两个接收换能器所对应地层的声波传播特性有关。两个发射可以补偿由于井眼不规则所造成的误差。
   上式是目前常规声波测井的基本原理。其源距一般为0.8m，间距为0.4m。该仪器由于电路、结构简单，源距短，所测量的只是地层纵波时差，而地层的其它声学参量无法或取，如横波时差、斯通利波时差等。随着电子技术、计算机技术的发展，同时对地层声波传播特性的深入研究，国内外已先后研制开发出新型的长源距、多极子声波测井仪。这种新型仪器，由于源距长，它能在时间域分离出由于传播速度不同（在同一地层中）的各种波（如纵波、横波和斯通利波）。三种波在时间轴上排列次序如图2，图2中①.排列时序为纵波P  ②.横波S  ③.斯通利波ST。在常规短距源距测井仪测量时，虽然这三种波也都存在，但是由于源距短，三种波重叠在一起，无法将这些信息提取出来。即使在长源距仪器测量时，当遇到软地层时横波也无法测到，这是因为对软地层Vs< Vf（地层横波速度Vs小于井液声速Vf），折射角小于入射角，即使入射角为90°，也不会出现沿界面滑射的横波，这就是普遍认为软地层不存在临界折射横波的原因。为了克服在软地层中测不到横波，采用偶极子源产生的弯曲波来代替横波，而弯曲波可以在各种地层中传播。但弯曲波是一种频散波，即波长越长速度越快。只有当弯曲波的频率低于其截止频率时，弯曲波的传播速度VF等于地层横波速度VS，因此在资料处理时应作频散校正。
   从前面分析可见，前一种声波测井仪是单极发射接收的常规短源距补偿声波测井仪，测量的是地层纵波时差，无法提取更多的地层信息。但该仪器因长度短、重量轻、电路及机械结构简单，仍得到各油田的广泛应用。而后一种长源距正交多极子声波测井仪是近期才研制的一种新型仪器。它可以获取地层更多信息。它是由单极、偶极组合的多发射、多接收的声波仪器，但它因长度长、重量重，电路及机械结构复杂，测井现场工人工作强度大，测速慢，测井成本高等缺点，目前主要用于探井勘探。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种四极子源的短源距声波测井仪，并且四极子声源采用正弦低频激励，所测的扭转波可直接替代地层横波，可以省去频散校正。
本发明的技术方案：一种四极子源短源距声波全波测井仪，包括承压钢筒和声系部分，承压钢筒内设置有控制电路及仪器电子线路，声系部分设置有发射器和接收器以及位于发射器和接收器之间的声系隔声体，其中，发射器采用四极子声波发射换能器；接收器用四个以上的偶极换能器或四极子接收换能器，用于接收经地层传播的信号；所述四极子声波发射换能器既作单极发射，又作四极发射，由控制电路的控制激励信号产生电路对四极子声波发射换能器的发射电路进行控制，当选择单极发射模式时，激励信号产生电路发出脉冲触发发射电路，当选择四极发射模式时，激励信号产生电路发出低频正弦波触发发射电路，该低频正弦波的频率低于截止频率(四极子振型产生的扭曲波具有频散特性，其最低频时的群速度、相速度相等，并等于地层的横波速度，该最低频率就是四极子振型的截止频率。)，使四极子声波发射换能器产生一个扭转波N直接替代地层横波。四极子声波发射换能器本身具有有单极子发射、四极子发射和交替发射三种模式，模式的选择受地面系统控制。
源距（发射器与接收器之间的距离）范围为0.8m到1.8m，间距（接收器之间的距离）范围为0.15m到0.40m。
有益效果：1、本发明提供一种四极子源的短源距声波测井仪，并且四极子声源采用正弦低频激励，所测的扭转波可直接替代地层横波，可以省去频散校正。
2、本发明的测井仪器具有结构简单，低成本，能够满足全井段纵波，横波，斯通利波测量的短源距声波测井仪器。
3、通过本专利可以有效的缩短仪器的长度，降低成本，是适合油田开发井测井的新型全波声波测井仪器，使常规短源距声波测井仪器具有横波和斯通利波测量功能。
附图说明
图1是常规声波测井仪声系结构示意图；
      图2是全波列波形排序图；
      图3是四极子源声系结构示意图；
      图4是四极子源声波测井仪器电路框图；
      图5是四极子源声波测井仪器示意图。
具体实施方式                    
实施例一：参见图3～图5，一种四极子源短源距声波全波测井仪，其外观参见图5。图5中，标号1为仪器电子线路承压钢筒，2为仪器的声系部分，3为电子线路，4为仪器上接头，5为仪器中间接头，6为声系隔声体，7为四极子发射换能器，8、9、10、11分别为四极子接收换能器。控制电路和仪器电子线路设置在承压钢筒1内。发射器位于声系末端，采用四极子声波发射换能器；接收器用四极子换能器（或者用四个以上的偶极换能器），用于接收经地层传播的信号。源距（发射器与接收器之间的距离）范围为0.8m到1.2m，间距（接收器之间的距离）范围为0.15m到0.20m。参见图3，源距为0.90m，间距均为0.15m。
所述四极子声波发射换能器既作单极发射，又作四极发射。四极子声波发射换能器工作于单极方式还是四极方式，由控制电路进行控制。控制电路含有控制激励信号产生电路，激励信号产生电路对四极子声波发射换能器进行控制，参见图4，当选择单极发射模式时，激励信号产生电路发出脉冲触发发射电路，通过采用低频脉冲激励地层的斯通利波进行斯通利波测量。当选择四极发射模式时，激励信号产生电路发出低频正弦波触发发射电路，采用低频正弦脉冲激励（主频在地层四极子声源的截止频率附近）所产生的扭转波N直接替代地层横波，其传播速度接近地层横波速度，在信息处理时可免去频散校正。
上述方案可以在短源距的情况下，获得全波列（纵波、横波及斯通利波）信号的测量。

Claims (2)

1.一种四极子源短源距声波全波测井仪，包括承压钢筒和声系部分，承压钢筒内设置有控制电路及仪器电子线路，声系部分设置有发射器和接收器以及位于发射器和接收器之间的声系隔声体，其特征是：发射器采用四极子声波发射换能器；接收器用四个以上的偶极换能器或四极子接收换能器，用于接收经地层传播的信号；所述四极子声波发射换能器既作单极子发射，又作四极子发射，或者进行交替发射，由控制电路的控制激励信号产生电路对四极子声波发射换能器的发射电路进行控制，当选择单极子发射模式时，激励信号产生电路发出脉冲触发发射电路，当选择四极子发射模式时，激励信号产生电路发出低频正弦波触发发射电路，该低频正弦波的频率在四极子振型的频散曲线的截止频率附近处，使四极子声波发射换能器产生一个扭曲波N直接替代地层横波。
2.根据权利要求1所述的四极子源短源距声波全波测井仪，其特征是：发射器与接收器之间的距离，即源距范围为0.8m到1.8m；接收器之间的距离，即间距范围为0.15m到0.40m。
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