CN103711474A - 一种正交偶极子声电组合测井仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交偶极子声电组合测井仪器，包括从下至上依次连接的发射部分、隔声体和接收部分，所述发射部分包括正交偶极子发射探头和与其连接的发射线圈，所述接收部分由接收单元上下阵列组成，每个所述接收单元包括正交偶极子接收探头和接收线圈；所述接收线圈接收所述上发射线圈和所述下发射线圈激发的瞬变电磁场信号，所述接收单元接收来自所述正交偶极子发射探头的声波信号和瞬变电磁场信号。采用本发明一次测井可获得三个相互垂直方向的电导率和地层横波的各向异性。为分析地层的电各向异性和声各向异性提供了丰富的信息。

Description

一种正交偶极子声电组合测井仪器

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的地层声学和电学参数测量的专用仪器技术领域，特别涉及一种正交偶极子声电组合测井仪器。用于测量三个相互垂直方向的电导率和地层横波的各向异性。

背景技术

在石油勘探和开发的过程中，地层声波时差、横波各向异性和不同方向电阻率是评价地层孔隙度和含油饱和度以及裂缝、构造的重要参数。在现有技术中，横波的各向异性用正交偶极子仪器测量，圆周方向的电导率用感应或者阵列感应测井方法测量。正交偶极子是瞬变激发，用高压电脉冲激发压电振子产生振动，同时，还产生一个高压电脉冲，该电脉冲可以在井中激发出瞬变电磁场。该瞬变电磁场同样可以在地层中产生二次场，并携带地层的电导率信息被接收探头所接收。由于正交偶极子发射探头发射两个相互正交的瞬变电磁场，这两个正交的瞬变电磁场分别携带了两个正交平面的电导率，并且该电导率与感应测井的电导率互相垂直。压电振子是容性负载，需要匹配电感才能够实现大功率激发，将匹配电感线圈分别安装在发射探头的上、下两端，也可以激发瞬变电磁场，在接收探头附近安装接收线圈接收这些瞬变电磁场便可以实现圆周方向地层的电导率测量。因此，可以用这些瞬变电磁场同时测量地层三个垂直方向的电导率。将原始测量波形中非常丰富的地层信息有效地利用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种正交偶极子声电组合测井仪器，采用该测井仪器能够实现一次测井获得三个相互垂直方向的电导率和地层横波的各向异性。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种正交偶极子声电组合测井仪器，包括从下至上依次连接的发射部分、隔声体和接收部分，所述发射部分包括发射骨架及安装在其上的正交偶极子X发射探头、正交偶极子Y发射探头、上发射线圈和下发射线圈，所述正交偶极子X发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述下发射线圈电连接，所述正交偶极子Y发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述上发射线圈电连接，

所述接收部分由接收单元上下阵列组成，每个所述接收单元包括接收骨架及安装在其上的正交偶极子X接收探头、正交偶极子Y接收探头和接收线圈，所述正交偶极子X接收探头由多个压电片组成，所述正交偶极子Y接收探头由多个压电片组成；

所述接收单元接收来自所述正交偶极子X发射探头和所述正交偶极子Y发射探头的声波信号和瞬变电磁信号。所述接收线圈接收所述上发射线圈和所述下发射线圈激发的瞬变电磁信号，所述接收线圈由两个绕线方向相反、相互隔开的线圈组成。

所述接收部分包括4～11个等距设置的所述接收单元。

所述正交偶极子X发射探头、所述正交偶极子Y发射探头、所述正交偶极子X接收探头、所述正交偶极子Y接收探头和所述隔声体均采用非金属材料制成。

所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述下发射线圈的电连接为串联，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述上发射线圈的电连接为串联。

所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述上发射线圈的电连接为并联，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述下发射线圈的电连接为并联。

本发明具有的优点和积极效果是：增加的发射线圈与偶极子发射探头的压电振子串联或并联后，容性负载的压电振子的容抗被发射线圈抵消，负载阻抗的虚部消失或减小，从发射电路加到发射探头的电流增大，压电振子和发射线圈获得的电功率增大，激发的振动能量和瞬变电磁场幅度均比较大。这样，接收到的原始振动信号和瞬变电信号均比较大。有效地克服了原正交偶极子激发振动幅度比较小的缺陷，提高了原始测井波形的幅度。用正交偶极子接收探头的压电片接收正交偶极子发射探头中压电振子激发的瞬变电信号，通过刻度将该信号中的二次场突出，用二次场获得两个正交的r-z平面内的电导率，可以分析所测地层不同方向的电导率即地层的电各向异性。发射线圈和接收线圈则提供了类似阵列感应的测量方案，用瞬变电磁场的方法测量了裸眼井圆周方向的电导率，该电导率的方向与r-z平面垂直。这样，一次测井可获得三个相互垂直方向的电导率和地层横波的各向异性。为分析地层的电各向异性和声各向异性提供了丰富的信息。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、下发射线圈，2、发射骨架，3、正交偶极子X发射探头的压电振子，4、正交偶极子Y发射探头的压电振子，5、上发射线圈，6、隔声体，7、接收骨架，8、正交偶极子X接收探头的压电片，9、正交偶极子Y接收探头的压电片，10、接收线圈，11、接收部分，12、发射部分。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种正交偶极子声电组合测井仪器，包括从下至上依次连接的发射部分12、隔声体6和接收部分11。

所述发射部分12包括发射骨架2及安装在其上的正交偶极子X发射探头、正交偶极子Y发射探头、上发射线圈5和下发射线圈1，所述正交偶极子X发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子X发射探头的压电振子3与所述下发射线圈1电连接，所述正交偶极子Y发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子1与所述上发射线圈5电连接；所述接收部分11由接收单元上下阵列形成，每个所述接收单元包括接收骨架7及安装在其上的正交偶极子X接收探头、正交偶极子Y接收探头和接收线圈10，所述正交偶极子X接收探头由多个压电片组成，所述正交偶极子Y接收探头由多个压电片组成；

所述接收线圈10接收所述上发射线圈5和所述下发射线圈1激发的瞬变电磁信号，所述正交偶极子X接收探头的压电片8接收来自所述正交偶极子X发射探头的压电振子3和正交偶极子Y发射探头的压电振子4的声波信号和瞬变电磁信号，所述正交偶极子Y接收探头的压电片9接收来自所述正交偶极子X发射探头的压电振子3和正交偶极子Y发射探头的压电振子4的声波信号和瞬变电磁场信号。分别对接收到的三个瞬变电磁场波形进行处理，可获得三个互相垂直方向的电导率。

本文中所称的偶极子发射探头包括正交偶极子X发射探头和正交偶极子Y发射探头；偶极子接收探头包括正交偶极子X接收探头和正交偶极子Y接收探头；发射线圈包括上发射线圈和下发射线圈。

上述偶极子发射探头由多个压电振子组成，压电振子采用压电片粘接的方式制作。上发射线圈5和下发射线圈1就近安装在发射探头的上面和下面，与仪器同心。

接收线圈由两个绕线方向相反、相互隔开的线圈组成。采用正、反绕线方式，以Doll几何因子和直接耦合信号为基础设计源距和圈数，目的是在测量信号中抵消直接耦合信号，并独立连接放大器，不与偶极子接收探头的压电片连接，安装在接收骨架7上，在偶极子接收探头附近，与仪器同心。

接收线圈10接收发射线圈激发的瞬变电磁场，用其中的二次场测量地层圆周方向的电导率。偶极子发射探头中两个正交的压电振子分别在两个正交的r-z平面上激发出瞬变电磁场，用偶极子接收探头上的压电片接收这两个瞬变电磁场，得到两个垂直的r-z平面内的电导率。这样，在进行正交偶极子声波测井的同时，利用现有的正交偶极子发射探头、正交偶极子接收探头以及新增加的发射线圈和接收线圈既实现了偶极子的有效激发，还实现了地层三个垂直方向的电导率测量，为研究地层电学各向异性特征提供了手段。

所述正交偶极子X发射探头的压电振子3与所述下发射线圈1的电连接可以是串联或并联，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子4与所述上发射线圈5的电连接可以是串联或并联。具体的连接方式取决于压电振子安装以后的动态参数及其需要匹配的电感值。采用将线圈与正交偶极子发射探头的压电振子串联或并联的方式，用于抵消压电振子的容性负载，获得最大的激发电流，同时激发出比较强的瞬变电磁场。该电磁场与压电振子激发振动时产生的瞬变电磁场相互垂直，这两种电磁场均在地层中感应出二次场。接收部分由正交偶极子接收探头和接收线圈组成，接收线圈独立连接到放大器上进行处理。正交偶极子接收探头中的压电片也按正交方式安装，它们既接收压电振子的振动信号，也接收压电振子激发的瞬变电磁信号，两者在时间上是分开的，电信号在前，振动信号在后面。

在上发射线圈5与最下面的接收单元之间安装隔声体6，用于阻隔沿井内泥浆传播的直达声波。

在本实施例中，所述接收单元的数量优选为4-11个，且所述接收单元等间距，与上、下两个发射线圈和偶极子发射探头组合形成不同源距的测量系统，以获得不同探测深度的原始响应信号。接收单元的数量还可以根据测量精度的要求增加，且接收单元之间的间距可以不相等，根据Doll几何因子进行设计。

所述正交偶极子X发射探头、所述正交偶极子Y发射探头、所述正交偶极子X接收探头、所述正交偶极子Y接收探头和所述隔声体均优选采用非金属材料制成。用两种声波阻抗差别比较大的材料设计隔声体。

上述正交偶极子发射探头所用的压电振子是用压电片粘接而成的，具有容性负载的特征，为了提高其激发能量，需要给其匹配电感，通常情况下，匹配的电感是空心电感，本发明将X方向发射探头的匹配电感用上发射线圈1代替，将Y方向发射探头的匹配电感用下发射线圈5代替。使匹配以后的大电流瞬变信号同时作为地层电导率测量的瞬变电磁激发信号，既实现了振动的大功率激发和X或者Y所在平面的瞬变电磁激发，又实现了圆周方向瞬变电磁信号的激发。将两个发射线圈分别安装在发射骨架2的上、下两端，构成了不同源距的瞬变电磁激发，与接收部分11中的多个接收线圈10组合可以形成不同源距的电导率测井系列，借助于Doll和改进的几何因子对测量波形进行处理可以完成不同径向探测深度的电导率测量。

本发明更重要的一点是：利用匹配发射线圈后的正交偶极子发射探头中的压电振子激发瞬变电磁场，该瞬变电磁场是在高电压、大电流作用到压电振子、使压电振子产生振动的同时产生的。由于压电振子安装在骨架2上，具有方向性X、Y，其激发的瞬变电磁场也具有方向性X、Y，该瞬变电磁场在地层中激发的一次场和二次场均携带地层电导率信息，用这些场可以测量X、Y两个相互垂直的r-z平面的电导率。该瞬变电磁场可以通过偶极子接收探头的压电片接收。不同源距的压电片接收的信号反应了不同径向探测深度地层电导率的信息。

其中，发射和接收探头之间的预设距离根据实际应用中的需要进行确定，本发明实施例对此不做限制。

在优选的实施例里，所有连接材料均为非金属材料。

本发明的工作原理为：正交偶极子发射探头中的压电振子和发射线圈在高压脉冲电压作用下分别产生X或者Y方向的振动、X或者Y方向的瞬变电磁场以及圆周方向的电磁场。正交偶极子振动信号沿井筒传播被正交偶极子接收探头中的压电片接收；X或者Y方向的瞬变电磁场也被压电片接收。线圈激发的圆周方向的电磁场被接收线圈接收。接收线圈根据Doll几何因子设计聚焦方式，将直接耦合信号抵消掉，只剩下二次场信号。正交偶极子发射探头中的压电振子交替发射，接收探头的压电片和接收线圈分别接收到不同压电振子发射的振动信号和瞬变电磁信号。对这些信号进行处理，可以获得三个相互垂直方向的地层电导率和地层横波各向异性方向。偶极子接收探头中的压电片所接收到的电信号和声信号在时间上是分离的。电信号在前面，声信号在后面。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种正交偶极子声电组合测井仪器，包括从下至上依次连接的发射部分、隔声体和接收部分，其特征在于，

所述发射部分包括发射骨架及安装在其上的正交偶极子X发射探头、正交偶极子Y发射探头、上发射线圈和下发射线圈，所述正交偶极子X发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述下发射线圈电连接，所述正交偶极子Y发射探头由多个压电振子组成，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述上发射线圈电连接，

所述接收部分由接收单元上下阵列组成，每个所述接收单元包括接收骨架及安装在其上的正交偶极子X接收探头、正交偶极子Y接收探头和接收线圈，所述正交偶极子X接收探头由多个压电片组成，所述正交偶极子Y接收探头由多个压电片组成；

所述接收线圈接收所述上发射线圈和所述下发射线圈激发的瞬变电磁场信号，所述接收单元接收来自所述正交偶极子X发射探头和所述正交偶极子Y发射探头的声波信号和瞬变电磁场信号。

2.根据权利要求1所述的正交偶极子声电组合测井仪器，其特征在于，所述接收线圈由两个绕线方向相反、相互隔开的线圈组成。

3.根据权利要求2所述的正交偶极子声电组合测井仪器，其特征在于，所述接收部分包括4～11个等距设置的所述接收单元。

4.根据权利要求1所述的正交偶极子声电组合测井仪器，其特征在于，所述正交偶极子X发射探头、所述正交偶极子Y发射探头、所述正交偶极子X接收探头、所述正交偶极子Y接收探头和所述隔声体均采用非金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的正交偶极子声电组合测井仪器，其特征在于，所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述下发射线圈的电连接为串联，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述上发射线圈的电连接为串联。

6.根据权利要求1所述的正交偶极子声电组合测井仪器，其特征在于，所述正交偶极子X发射探头的压电振子与所述上发射线圈的电连接为并联，所述正交偶极子Y发射探头的压电振子与所述下发射线圈的电连接为并联。

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