CN113685168A - 一种冲激声源微孔电极探测系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲激声源微孔电极探测系统及其使用方法，所述冲激声源微孔电极探测系统于获取地层的声波速度数据以及储层界面的反射波数据，包括声源发生装置和接收器阵列，所述声源发声装置包括冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2，所述冲激声源微孔电极T1用于测量地层声速，其发射沿井壁传播的第一横波；所述冲激声源微孔电极T2用于探测储层界面模式，其发射的第二横波向井外地层传播，到达储层上界面以及储层下界面后反射回井内；所述接收器阵列用于接收冲激声源微孔电极T1发射的第一横波和冲激声源微孔电极T2发射的第二横波，并实时传输回地面，地面工程师对信息进行提取和处理，即可实时识别探测井旁地质构造体。

Description

一种冲激声源微孔电极探测系统及其使用方法

技术领域

本发明属于钻声波探测技术领域，具体涉及一种冲激声源微孔电极探测系统及其使用方法。

背景技术

石油具有不可再生性质，勘探难度大，开采率低，从现实情况考虑，如何最大程度开采出地下石油资源是我们最终要解决的问题，所以对于勘探，要求探测的更准、更远，声波深探测技术应运而生。随钻声波探测技术是在钻井过程中，以井中声源辐射到井旁地质构造中的声场能量作为入射波，接收从探测地层中反射回来的声场从而进行探测、识别井旁地质结构的一种测井方法。常规声波测井技术虽然有较高的探测精度，可达到厘米量级，但其探测深度较浅，难以观察到裂缝的延展发育趋势；地震勘探的探测深度较大，分辨率却低。随着声波深探测测井技术的出现与发展,很好的弥补了常规声波测井探测距离近、地震勘探分辨率低的不足。

随钻声波探测技术就探测精度与探测距离来说，探测深度和精度与声源的强度和频率有关。声源强度越大，频率越低，探测深度越远；声源强度越大，声源频率越高，探测精度越高。所以声源是深探测声波测井技术的关键之一。常见的单井声波远探测声源有单极子声源、偶极子声源、相控阵声源。单极子声源无指向性；偶极子声源具有一定的指向性，但对不同方位的分辨率不均匀；相控阵声源可以定向发射，提高了方位分辨率，但受井下空间限制，其尺寸的限制会使探测深度与精度大打折扣。目前没有兼顾高频、低频的声源，且发射功率有限。

考虑到井下环境，我们需要大功率、宽频带、可控、具有指向性的小型声源。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明采用等离子体冲激声源作为声波深探测测井的探测声源，用于探测井旁数十米甚至更远范围的地质构造体,使得声波深探测测井技术具有较高的分辨率和探测深度。

本发明采用的技术方案是：

一种冲激声源微孔电极探测系统，所述冲激声源微孔电极探测系统于获取地层的声波速度数据以及储层界面的反射波数据，包括声源发生装置和接收器阵列，所述声源发声装置包括冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2，所述冲激声源微孔电极T1用于测量地层声速，其发射沿井壁传播的第一横波；所述冲激声源微孔电极T2用于探测储层界面模式，其发射的第二横波向井外地层传播，到达储层上界面以及储层下界面后反射回井内；所述接收器阵列用于接收冲激声源微孔电极T1发射的第一横波和冲激声源微孔电极T2发射的第二横波，并实时传输回地面。

优选的，所述冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2的结构相同，均包括高压电极棒，所述高压电极棒的外侧包裹有绝缘玻璃纤维层，所述绝缘玻璃纤维层沿其周向设置有4列微孔，每一列微孔包括7个同轴且等间距的微孔，在每一列微孔正对方向均设置有不锈钢棒作为地电极，四个不锈钢棒围绕在高压电极棒的外侧分布。

优选的，所述高压电极棒采用不锈钢材质制成圆柱形金属杆，所述4列微孔沿着圆柱形金属杆的圆周方向等间距分布。

优选的，所述圆柱形金属杆的直径为5mm。

优选的，所述高压电极棒采用不锈钢材质制成长方体结构，所述绝缘玻璃纤维层包裹于长方体结构的外侧且与长方体结构的截面轮廓保持一致，所述4列微孔分布在长方体结构的四条棱上。

优选的，所述长方体结构的边长为3.535mm。

优选的，在每一列微孔中，相邻两个微孔之间的间距为10mm，所述微孔的孔径为1mm，孔深为2.5mm。

优选的，所述地电极的直径为1mm，所述地电极、高压电极棒以及绝缘玻璃纤维层置于透明玻璃钢透声罩内，并用外六角螺钉对透明玻璃钢透声罩的两端进行固定。

优选的，所述接收器阵列包括顺序排列且同轴的接收换能器R1、接收换能器R2、接收换能器R3、接收换能器R4、接收换能器R5、接收换能器R6及接收换能器R7，在地层声速测量模式下接收第一横波，获取声波速度数据；在储层界面探测模式下接收第二横波，获取反射波数据，并通过信号传输装置将声波速度数据及反射波数据传送至地面的综合处理装置上。

优选的，包括以下步骤：

步骤1：首先随钻铤搭载冲激声源微孔电极探测系统沿着井眼进入地层；

步骤2：由冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2激发冲激波，冲激波在地层中传输，当遇到不连续波阻抗界面时，会发生反射、透射；

步骤3：由接收器阵列接收包含地层信息的冲激波，并通过信号传输装置实时将冲激波信号传输回地面的综合处理装置；

步骤4：地面工程师对信息进行提取和处理，即可实时识别探测井旁地质构造体。

本发明的有益效果：本发明提出的一种冲激声源微孔电极探测系统及其使用方法具有以下明显效果：

(1)本发明设计的微孔电极结构作为水下冲激声源的发射电极能够产生更强的冲激声波，并且具备频带宽，可控，可重复激发的优点。

(2)本发明将冲激声源微孔电极探测系统搭载在钻铤上沿着井眼进入地层，由冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2激发冲激波，冲激波在地层中传输，当遇到不连续波阻抗界面时，会发生反射、透射，由接收器阵列接收包含地层信息的冲激波，并通过信号传输装置实时将冲激波信号传输回地面的综合处理装置，地面工程师对信息进行提取和处理，即可实时识别探测井旁地质构造体。利用微孔电极结构作为水下冲激声源的发射电极，有效提高水下冲激声源的电气性能，从而提高油气勘探开采效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为水下等离子体声源试验系统原理图；

图2所示为本发明的一种冲激声源微孔电极探测系统深探测模型图；

图3所示为实施例1中冲激声源微孔电极结构的示意图；

图4所示为实施例1中冲激声源微孔电极结构的截面图；(a)xoz平面的截面图；(b)yoz平面的截面图；(c)xoy平面的截面图；

图5所示为实施例2中冲激声源微孔电极结构的示意图。

图6所示为实施例2中优化电极XY截面温度图；

图7所示为实施例2中优化电极XY截面阳极尖端温度图；

图8所示为实施例2中优化电极XY截面电势图；

图9所示为实施例2中优化电极XY截面电场图；

图10所示为实施例1中微孔电极YZ截面温度图；

图11所示为实施例1中微孔电极XY截面温度；

图12所示为实施例1中微孔电极XY截面电势图；

图13所示为实施例1中微孔电极XY截面电场图；

图14所示为优化电极与微孔电极的在电极中心处冲击波强度示意图；

图15所示为优化电极与微孔电极的在电极中心处的冲击波频谱；

图16所示为一种随钻冲激声源微孔电极深探测系统的使用图；

图17所示为一种随钻冲激声源微孔电极深探测系统的使用流程图。

其中，1、高压电极棒；2、绝缘玻璃纤维层；3、微孔；4、地电极；T1、稳压器；T2、变压器；D、整流元件；G、高压触发开关；C、大型储能电容器；F、聚能反射罩；E、电极结构；R1、限流电阻；M、不锈钢筒体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

微孔电极提高电声转换效率的基本原理

水下冲激声源的工作条件普遍为弱电场(10kV/cm量级)和导电水(G>0.02S/m)，此条件下水的击穿是电热击穿：击穿通常发生在一个很长的预击穿延时之后，在预击穿延时中，流柱以亚声速向另一电极传播直至接通，形成高温低密度的初始电弧，初始电弧辐射的能量和电场产生的离子电流对边界水进行加热；当边界水满足边界沸腾条件：T>773K、剩余电压值E>8kV/cm时击穿产生，水下冲激声源进入剧烈放电阶段，等离子体通道由初始电弧发展为高温高密度的电弧，电弧在外电场持续的能量注入下快速膨胀产生冲激波。

当给水下冲激声源的金属电极上施加高压脉冲时，在微孔电极内部各微孔间会形成很高的场强和电流密度，由于热电效应，微孔内的水会气化形成气泡，当气泡内Pd值降低到一定程度时会形成等离子体放电，由于微孔的存在，气泡较小时并不能膨胀，因此可以积聚更多的内能，当气泡从微孔中膨胀出来时，将具有更大的膨胀速度，因而产生更强的冲激声波，因此微孔电极可以有效提高电声效率。

冲激声源微孔电极放电原理

等离子体放电实验系统原理如图1所示，常交流电源电压(市电)通过变压器升压为高压电，然后经整流电路给储能电容器充电，当储存的能量达到某一设定值时，触发电路会产生触发脉冲，使电火花隙开关闭合，储能电容存储的能量在微孔电极的两个放电电极(高压端和接地端)对液体间隙进行瞬时高压放电，作用于周围液体介质，形成等离子体放电通道，从而产生巨大的冲激波。

液体介质中进行放电的工作过程可分为流柱连接，预击穿，剧烈放电和冲激波传播聚束四个阶段。流注连接和预放电过程就是放电通道产生的过程，冲激波是在剧烈放电阶段产生的。前文提到在大多数工程应用中，等离子体声源的击穿模式为电热击穿。电热击穿中，水的加热过程和电离过程在时间上是分立的，击穿通常发生在一个很长的延时(预击穿过程)之后。

当电压施加到放电电极时，电极表面的局部增强电场加热附近的水形成微气泡，这些微气泡和自然存在的小气泡，会在局部增强电场的作用下形成击穿引燃区。电场会加速引燃区内的高温带电粒子，进而撞击引燃区-水交界面，使附近水分子受热气化，气化后的水分子继续受到引燃区内电子的撞击而产生电离。这种气化电离循环在较弱场强下形成流柱，流柱通常会以亚声速继续向另一电极传播直至接通两个电极，形成初始电弧(一条高温低密度的等离子体通道)，这个时间很短(ns量级)。初始电弧辐射的能量和外加电场产生的离子电流的对边界水进行加热。当边界水的温度达到某个临界值时，水分子的热动能将超过氢键束缚能，可以较为容易地进入引燃区(初始电弧)。如果此时间隙平均场强足够，则雪崩式电离在初始电弧周围发生，击穿产生形成电弧(高温高密度的等离子体通道)。电弧在外电场持续的能量注入下，会快速向外膨胀，最终产生冲激波；与此同时，电弧半径急剧扩大，放电回路的电阻减小，产生了峰值放电电流。冲激波与放电电流的产生标志电热击穿的实现。

将微孔电极作为冲激声源的冲激波发射结构，使冲激声源具备能量大、频带宽、尺寸小可在钻铤上安装的优点，进一步为等离子体冲激声源的实验研究提供参考依据，从而为用于探的更深、更准的随钻声波深探测测井仪器声源的设计提供现实依据。

实施例1

本发明提供了一种冲激声源微孔电极探测系统，如图2所示，所述冲激声源微孔电极探测系统于获取地层的声波速度数据以及储层界面的反射波数据，包括声源发生装置和接收器阵列，所述声源发声装置包括冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2，所述冲激声源微孔电极T1用于测量地层声速，其发射沿井壁传播的第一横波；所述冲激声源微孔电极T2用于探测储层界面模式，其发射的第二横波向井外地层传播，到达储层上界面以及储层下界面后反射回井内；所述接收器阵列用于接收冲激声源微孔电极T1发射的第一横波和冲激声源微孔电极T2发射的第二横波，并实时传输回地面。

在井中冲激声源微孔电极激发单极子声源，产生的模式波主要有两种，一种为泄露模式波，典型的有滑行纵波和滑行横波；另一种为简正模式波，典型的有伪瑞利波、斯通利波。由于井外地层的波阻抗大于井中流体波阻抗，所以声波大部分能量被限制在井中，从形成简正模式波。当声波在井内传播时，不断地碰到井壁发生反射，总有一部分能量会经过折射进入井外地层，由此形成泄漏模式波。在无限大的理想介质中，泄漏模式波将以横波和纵波的形式向无穷远处地层传播。然而，当纵波和横波在传播过程中遇到不连续波阻抗界面时，声波会在两种介质的分界面处发生反射、透射。反射和透射的过程中，会形成反射纵波、反射横波，横波转换纵波和纵波转换横波，波的传播方向将改变，有一部分能量将返回到井中并由接收器接收。从接收器接收到的全波列波形中提取出反射波，并分析反射波信号就能获得井周地层信息。

如图3和图4所示，具体的，所述冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2的结构相同，均包括高压电极棒1，所述高压电极棒1的外侧包裹有绝缘玻璃纤维层2，所述绝缘玻璃纤维层2沿其圆周方向等间距设置有4列微孔，每一列微孔包括7个同轴且等间距的微孔3，在每一列微孔3正对方向均设置有不锈钢棒4作为地电极，四个不锈钢棒4围绕高压电极棒等间距分布。

在本实施例中，所述高压电极棒1采用采用不锈钢材质制成圆柱形金属杆，其直径为5mm；所述绝缘玻璃纤维层2采用聚乙烯材料，其厚度为1mm，所述微孔3的深度为2.5mm。所述地电极的直径为1mm。

将地电极、高压电极棒以及绝缘玻璃纤维层按照上述方式设置且置于透明玻璃钢透声罩内，并用外六角螺钉对透明玻璃钢透声罩的两端进行固定。

水下冲激声源是一种高能量、宽频谱的新型声源。应用于石油开采、海洋地震勘探、声波远探测技术等多个领域。从各方面改进和发展水下冲激声源，优化水下冲激声源的电气参数，可以提高水下冲激声源的应用领域及电气性能，在油气资源勘探开采中提供更优的声源，是提高油气勘探开采技术的迫切需求。

本发明综合考虑电极寿命、能量损耗和冲激波强度，得出微孔电极是一种更优的水下冲激声源电极，若将此电极作为水下冲激声源的发射电极可产生更强的冲激声波，可有效提高水下冲激声源的电气性能。进一步提高油气勘探开采效率。

在本实施例中，所述接收器阵列包括顺序排列且同轴的接收换能器R1、接收换能器R2、接收换能器R3、接收换能器R4、接收换能器R5、接收换能器R6及接收换能器R7，在地层声速测量模式下接收第一横波，获取声波速度数据；在储层界面探测模式下接收第二横波，获取反射波数据，并通过信号传输装置将声波速度数据及反射波数据传送至地面的综合处理装置上。

实施例2

电极结构是影响等离子体冲激声源特性的一个重要因素，为了探究能产生更大冲击波的电极结构，将微孔电极不易腐蚀的优点和针板电极冲击波大的优势结合，对微孔电极加以优化。本实施例提供了一种优化后的电极结构，如图5所示，所述高压电极棒1采用不锈钢材质制成长方体结构，所述绝缘玻璃纤维层包裹于长方体结构的外侧且与长方体结构的截面轮廓保持一致，所述4列微孔3分布在长方体结构的四条棱上。其中，长方体结构的边长为3.535mm；每一列微孔3中相邻两个微孔3之间的间距为10mm，所述微孔3的孔径为1mm，孔深为2.5mm。所述绝缘玻璃纤维层2采用聚乙烯材料，其厚度为2.5mm，包裹在高压电极棒1的外侧，其外轮廓也呈长方体结构。4根地电极4分布与长方体结构的四条棱处且与每一列微孔3对应。

本实施例中的微孔电极在制备时，将圆柱形不锈钢材料在车床上车外圆，车直径为6mm的圆柱不锈钢材料，作为微孔电极的正电极；同样地，车直径为1mm的圆柱形不锈钢材料作为微孔电极的负电极；微孔电极外绝缘玻璃纤维层采用聚乙烯材料，绝缘玻璃纤维层通过激光加工技术，在绝缘玻璃纤维层上进行激光刻蚀，沿其圆周方向等间距设置有4列微孔，每一列微孔包括7个同轴且等间距的微孔，刻蚀的微孔的深度为1mm。4列微孔正对4个地电极。

下面对上述两种电极结构进行对比：

微孔电极(实施例1)和优化电极(实施例2)的参数如表1所示。

表1优化电极与微孔电极结构参数对比表

采用充电电压为20kV，充电电容为6μF，电阻为0.22Ω，电感为10μH的外电路条件，对优化电极进行仿真得到优化电极XY截面的温度、电势和电场分布如图6-9所示。图7表示图6的阳极尖端放大图。

结果表明：(1)如图7所示，温度在优化电极阳极尖端处最大，且温度以尖端为圆心向外逐渐递减，说明是由阳极尖端不均匀电场加热周围水介质，低密度区(气泡)扩展形成优化电极的初始电弧。

(2)如图8所示，优化电极电势以阳极为圆心径向向外均匀递减，并不受绝缘层的影响。

(3)如图9所示，电场在接近阳极的区域较大，远离阳极逐渐减小，但在阳极尖端处电场强度最大，且从尖端以三角形式散射递减，最终以微孔为中心，呈环形向阴极递减。

在59μs时，优化电极的电极间隙间温度已经达到897K(满足T>773.15K)，最大电场高达1.86×10⁸V/m，间隙平均场强为26.23kV/cm，则其预击穿时间为59μs。根据击穿时刻的电压和电流等计算初始电弧的稳定半径r₀为0.34μm。

微孔电极YZ截面温度、XY截面温度、电势和电场分布如图10～13所示。

结果表明：微孔电极的最高温度出现在气泡存在的位置，并沿微孔向地电极递减；电势和电场均沿径向向外递减，电场在微孔与地电极正对位置处明显高于其他位置。在110μs时，微孔电极的电极间隙间温度已经达到894K(T>773.15K)，最大电场高达2.7×10⁸V/m，间隙平均场强为25.97kV/cm，则其预击穿时间为110μs。根据击穿时刻电压、电流等计算得到初始电弧的稳定半径r₀为0.341μm。

将击穿时刻的各个物理量代入式以下各个公式，计算得到优化电极和微孔电极的冲击波强度如图14所示，并对冲击波拟合之后进行FFT变换得到频谱如图15所示。

储能电容所储存的能量以电荷形式释放，由电荷守恒方程得

等离子体冲激声源进入剧烈放电阶段，温度和压力急剧上升，等离子体通道半径和电导率增加使得电弧电阻变小，最终整个电路欠阻尼振荡。假设等离子体通道电阻为时变电阻：

其中电导率σ_c＝1.411×10^-2×T^1.5×exp(-5000/T)，R表示等离子体通道半径，l表示通道长度。

由欠阻尼RLC串联电路基尔霍夫电压定律有

其中L_e表示外电路的电感，R_e表示声源系统电路的电阻，C表示储能电容。

柱状等离子体通道消耗的电功率R_cI²主要用于三种途径：增加等离子体自身的内能、通道膨胀对外做功和对外辐射。由内能微分关系式和能量守恒方程可得^[25]

其中σ_B＝5.6705×10^-8W/m²·K⁴，表示斯特藩辐射常数；f＝0.3；等离子体通道的内能与通道压力成正比W＝nkT/(γ-1)，W_T＝nk/(γ-1)，W_n＝kT/(γ-1)，绝热系数γ＝1.22。

由Rankine-Hugoniot关于激波前沿的关系式和动量守恒方程得

式中ρ表示水的密度，A＝3.001×10⁸Pa，B＝3.000×10⁸Pa。

根据质量守恒方程有

式中n表示粒子数密度，ε_v为汽化周围水介质使得一个粒子进入等离子体通道需要的能量，这里取2.54×10^-20J。

在剧烈放电过程中，等离子体可以视为理想气体，但是考虑到粒子间的库仑力和收缩效应，采用修正的气体状态方程来描述其压力

其中真空磁导率μ₀＝4π×10^-7H/m，真空介电常数ε₀＝8.85×10^-12F/m，单位电量e＝1.6×10^-19C，玻尔兹曼常数k＝1.38×10^-23J/K，T为等离子体通道温度。

最后将优化电极与微孔电极的预击穿时间、冲击波强度等参数进行对比，如表2所示。

表2不同电极结构的预击穿时间和泄露能量

结果表明：

(1)优化电极的预击穿时间为69μs，比微孔电极(110μs)缩短了37％。

(2)优化电极的击穿电压比微孔电极高。在同样的外电路条件下，将绝缘层中的高压电极由圆柱体改为长方体，微孔内阳极尖端曲率增大，尖端处产生的不均匀电场强度增强，加热低密度区的速率加快，形成初始电弧更为容易，因此预击穿时间缩短。在同样的衰减速度下，预击穿时间缩短提高了击穿电压。

(3)在剧烈放电阶段，优化电极的放电电流峰值比微孔电极大。微孔内曲率较大的长方体尖端使电场加热水介质是以尖端为中心点向外辐射，形成的初始电弧体积减小，整个回路电阻变小，放电电流峰值增大。

(4)优化电极无论在电极中心还是传播至17cm处的冲击波强度均比微孔电极大。这是因为优化电极的预击穿时间短，击穿电压大，在预击穿阶段泄漏的能量较少，则注入等离子体通道的能量基数变大，因此冲击波强度较大。

(5)在10kHz内，优化电极和微孔电极在电极中心的冲击波均能够达到300dB以上，在100kHz内能达到290dB以上；在相同的频率下，优化电极的冲击波幅度大于微孔电极，如图15所示。所以，将绝缘微孔内的高压电极优化为曲率较大的尖端电极，会提高冲击波的幅度。

冲激声源微孔电极可激发出冲激波并且具备频带宽，可控，可重复激发的优点。水下冲激声源主要适用于随钻测井、垂直地震剖面测井等，水下冲激声源发射的强冲激波为随钻测井实现声波深探测提供源信号。如图16所示，一种冲激声源微孔电极探测系统的使用图，在随钻测井中，采取大功率、宽频带的水下冲激声源作为声波发射换能器，可大大提高系统的电声转换效率，影响冲激声源电声转换效率的因素有很多(如：充电电压、电极间隙、电极形状、电极结构等等)，电声转换效率体现了LWD系统的性能。在综合考虑电极寿命、能量损耗和冲激波强度后，可以得到微孔电极结构的水下冲激声源是一种更优的随钻探测声源，为用于探的更深、更准的随钻声波深探测测井仪器声源的设计提供了现实依据。

如图17所示，本发明还提供了一种冲激声源微孔电极探测系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：首先随钻铤搭载冲激声源微孔电极探测系统沿着井眼进入地层；

步骤2：由冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2激发冲激波，冲激波在地层中传输，当遇到不连续波阻抗界面时，会发生反射、透射；

步骤3：由接收器阵列接收包含地层信息的冲激波，并通过信号传输装置实时将冲激波信号传输回地面的综合处理装置；

步骤4：地面工程师对信息进行提取和处理，即可实时识别探测井旁地质构造体。

信号传输装置

信号传输可通过有线和无线传输方式，有线传输通过电缆或光纤传输；无线传输可通过泥浆脉冲传输、声波传输或电磁波传输。

泥浆脉冲传输将探管传感器测得的声波速度数据及反射波数据按照一定的编码，产生脉冲信号，该脉冲信号控制脉冲发生器蘑菇头伸缩，从而控制蘑菇头与限流环之间的泥浆流通面积。在蘑菇头缩回时，钻柱内的泥浆可以顺利地从限流环通过；在蘑菇头升起时，泥浆流通面积减少，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。接在立管上的压力传感器，将接收到的压力信号转换为电信号，经过防爆箱、接口箱传给地面的综合处理装置进行信号滤波、解码、计算，得出井下测量参数。

声波传输方式是通过地震波或声波沿着钻杆和地层介质来传输信号。井下的冲激声源发射声波脉冲信号，井下各种传感器所测量获得的声波速度数据及反射波数据对声波脉冲序列进行调制，调制好的声波脉冲信号就沿着井筒传输到地面上，地面的综合处理装置再对脉冲信号来进行解调。

电磁波传输方式是利用井下各种传感器所测量到的数据进行调制处理，然后由信号发射器发射调制的电磁波信号，电磁波再通过泥浆、钻杆以及地层等介质进行传播，最后通过地面上的综合处理装置检测并接收电磁波信号。通过对电磁波信号的解调获得井下数据。

综合处理装置(安装有数据分析、图像生成软件的PC机)

由信息传输装置返回的井下数据要通过综合处理装置进行前处理、中处理和后处理。前处理是指对井下声波速度和反射波速度等进行数据解编→去增益控制→波形滤波处理→均衡化处理→拉格朗日插值处理。中处理过程通过偏移、叠加、数据反演等方法实现对关键数据的提取，提取地层波信息的首波波速、波振幅、波频率、声波时差等。后处理实现数据成像，通过地质建模软件处理得到地层的三维地图/可视化模型。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述冲激声源微孔电极探测系统于获取地层的声波速度数据以及储层界面的反射波数据，包括声源发生装置和接收器阵列，所述声源发声装置包括冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2，所述冲激声源微孔电极T1用于测量地层声速，其发射沿井壁传播的第一横波；所述冲激声源微孔电极T2用于探测储层界面模式，其发射的第二横波向井外地层传播，到达储层上界面以及储层下界面后反射回井内；所述接收器阵列用于接收冲激声源微孔电极T1发射的第一横波和冲激声源微孔电极T2发射的第二横波，并实时传输回地面。

2.根据权利要求1所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2的结构相同，均包括高压电极棒，所述高压电极棒的外侧包裹有绝缘玻璃纤维层，所述绝缘玻璃纤维层沿其周向设置有4列微孔，每一列微孔包括7个同轴且等间距的微孔，在每一列微孔正对方向均设置有不锈钢棒作为地电极，四个不锈钢棒围绕在高压电极棒的外侧分布。

3.根据权利要求2所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述高压电极棒采用不锈钢材质制成圆柱形金属杆，所述4列微孔沿着圆柱形金属杆的圆周方向等间距分布。

4.根据权利要求3所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述圆柱形金属杆的直径为5mm。

5.根据权利要求2所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述高压电极棒采用不锈钢材质制成长方体结构，所述绝缘玻璃纤维层包裹于长方体结构的外侧且与长方体结构的截面轮廓保持一致，所述4列微孔分布在长方体结构的四条棱上。

6.根据权利要求5所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述长方体结构的边长为3.535mm。

7.根据权利要求1所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，在每一列微孔中，相邻两个微孔之间的间距为10mm，所述微孔的孔径为1mm，孔深为2.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述地电极的直径为1mm，所述地电极、高压电极棒以及绝缘玻璃纤维层置于透明玻璃钢透声罩内，并用外六角螺钉对透明玻璃钢透声罩的两端进行固定。

9.根据权利要求1所述的一种冲激声源微孔电极探测系统，其特征在于，所述接收器阵列包括顺序排列且同轴的接收换能器R1、接收换能器R2、接收换能器R3、接收换能器R4、接收换能器R5、接收换能器R6及接收换能器R7，在地层声速测量模式下接收第一横波，获取声波速度数据；在储层界面探测模式下接收第二横波，获取反射波数据，并通过信号传输装置将声波速度数据及反射波数据传送至地面的综合处理装置上。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的一种冲激声源微孔电极探测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先随钻铤搭载冲激声源微孔电极探测系统沿着井眼进入地层；

步骤2：由冲激声源微孔电极T1和冲激声源微孔电极T2激发冲激波，冲激波在地层中传输，当遇到不连续波阻抗界面时，会发生反射、透射；

步骤3：由接收器阵列接收包含地层信息的冲激波，并通过信号传输装置实时将冲激波信号传输回地面的综合处理装置；

步骤4：地面工程师对信息进行提取和处理，即可实时识别探测井旁地质构造体。

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