CN103352691B - 一种正交偶极子声波测井接收声系装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交偶极子声波测井接收声系装置，包括：正交偶极子发射探头和等间距放置的8个正交偶极子接收探头，并且8个正交偶极子接收探头之间固定连接；从发射探头所在方向开始，第一正交偶极子接收探头、第三正交偶极子接收探头、第五正交偶极子接收探头和第七正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与正交偶极子发射探头的X、Y方位一致；第二正交偶极子接收探头、第四正交偶极子接收探头、第六正交偶极子接收探头和第八正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与正交偶极子发射探头的X、Y方位相差45°。该装置用于对地层横波各向异性的方位角进行有效检测、基本消除了测量盲区，解决了弱各向异性地层正交偶极子原始测量波形信息比较少的问题。

Description

一种正交偶极子声波测井接收声系装置

技术领域

本发明涉及石油工程测井施工中裸眼井和套管井地层纵、横波和Stoneley波（斯通利波）声速以及地层横波各向异性及其方位角测量的专用仪器技术领域，特别涉及一种正交偶极子声波测井接收声系装置。

背景技术

在石油勘探和开发的过程中，对地层纵、横波时差和地层横波各向异性及其方位角测量是非常重要的。它们是评价地层孔隙度、裂缝区域有效性以及进行砂岩横向预测与追踪的重要技术资料和手段。在套管井内，利用所测量的地层各向异性及其方位角还可以评价压裂效果和裂缝发育方向。

在这些应用中，地层横波各向异性方向是最主要的参数，它提供了本井内各个深度段地层横波各向异性方向，用该方向可以确定砂岩地层的横向分布，对含油砂岩进行横向追踪，实现区域勘探，在套管井内实现压裂裂缝方向的测量。目前，对于弱各向异性地层，其方位角测量比较困难，因为原始测量波形含地层横波各向异性的信息少、信噪比比较低，测量盲区比较大。斯伦贝谢的SonicScan对此进行了大的改进，其接收探头增加到13个，每个接收探头在圆周方向上有8个扇区，能够同时接收到两组正交偶极子原始测井波形，两组波形相差45°；可以计算两次各向异性方位角。因为将圆周分成8个扇区，每个接收探头所占据的弧长减小，探头的宽度减小，接收灵敏度降低，接收波形的幅度减小，信噪比降低。

发明内容

本发明提供了一种正交偶极子声波测井接收声系装置，解决了弱各向异性地层正交偶极子原始测量波形信息比较少的问题，详见下文描述：

一种正交偶极子声波测井接收声系装置，包括：正交偶极子发射探头和等间距放置的8个正交偶极子接收探头，分别为：

第一正交偶极子接收探头、第二正交偶极子接收探头、第三正交偶极子接收探头、第四正交偶极子接收探头、第五正交偶极子接收探头、第六正交偶极子接收探头、第七正交偶极子接收探头和第八正交偶极子接收探头，距离所述正交偶极子发射探头最近的为所述第一正交偶极子接收探头，最远的为所述第八正交偶极子接收探头；并且8个正交偶极子接收探头之间固定连接；

所述第一正交偶极子接收探头、所述第三正交偶极子接收探头、所述第五正交偶极子接收探头和所述第七正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与所述正交偶极子发射探头的X、Y方位一致；

所述第二正交偶极子接收探头、所述第四正交偶极子接收探头、所述第六正交偶极子接收探头和所述第八正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与所述正交偶极子发射探头的X、Y方位相差45°。

所述8个正交偶极子接收探头之间固定连接具体为：8个正交偶极子接收探头之间的位置、间距、且相对方位角保持不变。

其中，每个正交偶极子接收探头的圆周平分为4个扇区，分X、Y两个正交方向接收，每个接收方向上有两个压电接收器，两个压电接收器所接收到的波形相减得到相应方向的偶极子波形。

本发明提供的技术方案的有益效果是：通过相邻两个接收探头相差45°方位角接收，可以更加有效地接收地层横波分裂信息，使构成的接收阵列的各向异性方位角的分辨率得到提高，每个接收探头所测量的方位角区域仍然为90°，但是两组测量波形互为补充后，方位角的接收盲区基本消失，即测量盲区在一个正交接收系统出现时，必然在另外一个正交接收系统出现最佳测量区域（即投影）。这样，在用这8个接收探头波形计算地层各向异性方位角时，两组接收探头计算的方位角互为补充。测量过程中因仪器旋转导致的一组接收探头计算的方位角曲线出现异常、突变时，另外一组接收探头计算的方位角没有突变、异常。最终的地层各向异性方位角选择非异常值。提高了各向异性方位角曲线的精度；该装置可以用于对地层弱横波各向异性方位角进行有效检测、并且能够在裸眼井、套管井进行实施。

附图说明

图1为一种正交偶极子声波测井接收声系装置的结构示意图；

图2为X、Y方向发射的振动在快横波方向AA投影的示意图；

图3a为X、Y方向的发射振动示意图；

图3b为第一组探头在X、Y方向的接收振动示意图；

图3c为第二组探头在X’、Y’方向的接收振动示意图。

1：第一正交偶极子接收探头；2：第二正交偶极子接收探头；

3：第三正交偶极子接收探头；4：第四正交偶极子接收探头；

5：第五正交偶极子接收探头；6：第六正交偶极子接收探头；

7：第七正交偶极子接收探头；8：第八正交偶极子接收探头；

9：正交偶极子发射探头。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了解决弱各向异性地层正交偶极子原始测量波形信息比较少等问题，本发明实施例利用横波分裂现象，设计了一种正交偶极子声波测井接收声系装置，参见图1，包括：正交偶极子发射探头9和等间距放置的8个正交偶极子接收探头，分别为：第一正交偶极子接收探头1、第二正交偶极子接收探头2、第三正交偶极子接收探头3、第四正交偶极子接收探头4、第五正交偶极子接收探头5、第六正交偶极子接收探头6、第七正交偶极子接收探头7和第八正交偶极子接收探头8，距离正交偶极子发射探头9最近的为第一正交偶极子接收探头1，最远的为第八正交偶极子接收探头8，即依次按照距离发射探头9的远近进行编号。第一正交偶极子接收探头1、第三正交偶极子接收探头3、第五正交偶极子接收探头5和第七正交偶极子接收探头7为一组，其X、Y的安装方位与正交偶极子发射探头9的X、Y方位一致；第二正交偶极子接收探头2、第四正交偶极子接收探头4、第六正交偶极子接收探头6和第八正交偶极子接收探头8为另外一组，其X、Y的安装方位与正交偶极子发射探头9的X、Y方位相差45°，并且8个正交偶极子接收探头之间固定连接。

每个正交偶极子接收探头分X、Y两个正交方向接收，每个接收方向上有两个压电接收器，且位于每个正交偶极子接收探头的两侧，两个压电接收器所接收到的波形相减得到相应方向的偶极子波形。每个接收探头的圆周方向平均分为4个扇区，每个扇区内放置一个压电接收器，压电接收器的尺寸与扇区的尺寸尽可能地接近，保证每个扇区安装的用于接收的压电接收器的尺寸足够大，以保证接收的灵敏度比较高，接收波形的幅度比较大。

例如：正交偶极子接收探头为第三正交偶极子接收探头3，第三正交偶极子接收探头3分X、Y两个正交方向接收，每个接收方向有两个压电接收器，且位于第三正交偶极子接收探头3的两侧，将两个压电接收器在X方向收到的波形（正交偶极子发射探头9发射的波形）相减得到X方向的偶极子波形；将两个压电接收器在Y方向收到的波形相减得到Y方向的偶极子波形。

通过上述设置，将X、Y坐标系统旋转45°后变成X’、Y’，在X’、Y’方向上安装第二正交偶极子接收探头2、第四正交偶极子接收探头4、第六正交偶极子接收探头6和第八正交偶极子接收探头8。这样安装后，每相邻的两个正交偶极子探头不在一组，相差45°（例如：第一正交偶极子接收探头1和第二正交偶极子接收探头2之间的安装方位相差45°），而每个正交偶极子接收探头与相隔的正交偶极子接收探头为一组，接收的方位一致（例如：第一正交偶极子接收探头1和第三正交偶极子接收探头3之间的安装方位相同）。这种结构既有效地保证了每个正交偶极子接收探头的接收灵敏度，同时，相邻两个正交偶极子接收探头接收到的地层各向异性信息互补，因为相互交错45°接收，两个相邻正交偶极子接收探头共接收到了8个扇区的原始波形信息，实现了8扇区探头接收的功能。

通过上述设置，该正交偶极子声波测井接收声系装置增加了正交偶极子测井原始波形中地层各向异性方位角的信息。因为当X、Y坐标系统与各向异性方位角成45°时，原始波形的幅度差很小，而这时X’、Y’坐标系统则与各向异性方位角一致，原始波形的幅度差很大，测量精度最高。所以，增加的测量方向完全弥补了地层各向异性方位角测量中的盲区，使地层各向异性方位角的测量精度得到了比较大的提高。

参见图2，水平方向的箭头是X方向发射的横波振动位移，其在各向异性方向AA上投影（短虚线）以后，沿井筒传播到接收位置。现有的XmacII（正交偶极子阵列声波测井仪）只有X、Y方向的接收探头，在AA方向上传播的快横波振动位移在接收探头位置再次向X和Y方向投影（长虚线），被X、Y方向安装的横波接收探头接收到。当X与AA的方位角接近45°（图2中的X’）时，AA上快横波振动位移（X方向发射的位移）在X和Y方向的投影XX与XY（虚线）接近相等。同样，垂直方向箭头所指的Y方向的振动位移在AA上投影（粗虚线）以后，沿井筒传播，在接收探头位置再次向X、Y方向的投影YX（虚线）和YY（虚线）接近相等。仪器设计要求X、Y方向发射的振动位移一致，这样，投影XX与YY便接近相等。用公式计算的方位角接近45°。这时偶极子测井波形对方位角的灵敏度很低，几乎没有测量到地层的各向异性方位角。在测井结果中表现为大段地层均为45°，因此，这个角度是现有正交偶极子声波测井仪器方位角测量的盲区。

另外一组探头相对于该组探头整体旋转45°后再安装，相当于另外增加了一个正交方向的测量系统，即在X’、Y’方向上增加了一个正交接收。这样，当θ接近45°时，在X’、Y’上分别接收到的横波投影差异很大，投影系数一个接近于1、另外一个必接近于0，用两个波形相减XX’—YY’所得到的方位角精度最高。即将另外一组探头旋转45°以后，两组探头接收到的各向异性方位角信息互为补充，当仪器旋转使得一个方向的接收波形处于各向异性方位角盲区时，另外一个方向的方位角是最精确的测量位置。当仪器不在这样的盲区时，AA上的振动位移在这两个相差45°的正交坐标系上都有投影，在一个坐标系上的投影大时，在另外一个坐标系上必然小，即互为补充。这样有效地保证了各向异性方位角原始信息的测量。

参见图2、图3a、图3b和图3c，8个正交偶极子接收探头如图2所示排列，其中1、3、5、7正交偶极子接收探头为一组，每个正交偶极子探头内正交的4个压电接收器安装的方向分别为X、Y方向，正交偶极子接收探头1、3、5、7均接收X、Y方向的振动位移；正交偶极子接收探头2、4、6、8为一组，每个正交偶极子接收探头内的4个压电接收器安装的方向为X’、Y’。X、Y与X’、Y’分别相差45°（顺时针或逆时针旋转都可以），正交偶极子接收探头2、4、6、8接收X’、Y’方向的振动位移。所有正交偶极子接收探头均固定连接，保证测量过程中正交偶极子接收探头的位置不能够改变，相互之间的间距不变，不能够转动，且相对方位角不变。每个测量方向的两个压电接收器的信号相减后作为该方向偶极子原始测量波形。

具体实现时，本发明实施例对上述器件的型号不做任何限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种正交偶极子声波测井接收声系装置，其特征在于，包括：正交偶极子发射探头和等间距放置的8个正交偶极子接收探头，分别为：

第一正交偶极子接收探头、第二正交偶极子接收探头、第三正交偶极子接收探头、第四正交偶极子接收探头、第五正交偶极子接收探头、第六正交偶极子接收探头、第七正交偶极子接收探头和第八正交偶极子接收探头；

依次按照距离所述正交偶极子发射探头的近远进行编号，分别为第一正交偶极子接收探头、第二正交偶极子接收探头、第三正交偶极子接收探头、第四正交偶极子接收探头、第五正交偶极子接收探头、第六正交偶极子接收探头、第七正交偶极子接收探头和第八正交偶极子接收探头，距离所述正交偶极子发射探头最近的为所述第一正交偶极子接收探头，最远的为所述第八正交偶极子接收探头；并且8个正交偶极子接收探头之间固定连接；

所述第一正交偶极子接收探头、所述第三正交偶极子接收探头、所述第五正交偶极子接收探头和所述第七正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与所述正交偶极子发射探头的X、Y方位一致；

所述第二正交偶极子接收探头、所述第四正交偶极子接收探头、所述第六正交偶极子接收探头和所述第八正交偶极子接收探头为一组，在X、Y方向的安装方位与所述正交偶极子发射探头的X、Y方位相差45°。

2.根据权利要求1所述的一种正交偶极子声波测井接收声系装置，其特征在于，所述8个正交偶极子接收探头之间固定连接具体为：8个正交偶极子接收探头之间的位置、间距、且相对方位角保持不变。

3.根据权利要求1所述的一种正交偶极子声波测井接收声系装置，其特征在于，每个正交偶极子接收探头的圆周平分为4个扇区，分X、Y两个正交方向接收，每个接收方向上有两个压电接收器，每个接收方向上两个压电接收器所接收到的波形相减得到相应方向的偶极子波形。