CN114941521A - 一种超声波测井方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及石油勘探技术领域，具体涉及一种超声波测井方法、装置及设备，超声波测井方法包括：获取井内套管的标准厚度；根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；控制超声换能器在套管内运动并以发射信号主频向套管发射第一超声信号；获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号；根据共振波信号，确定套管的实际厚度；根据实际厚度，调整发射信号主频。通过上述方式，本申请能够保证测井过程中反射回的共振波的能量，进而提升检测精度。

Description

一种超声波测井方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及石油勘探技术领域，具体涉及一种超声波测井方法、装置及设备。

背景技术

在石油开采过程中，井下套管由于长期处于高温高压状态，因此容易出现变形、腐蚀等情况，从而增加油气生产作业的风险，超声波测井技术是检测套管完整性问题的重要手段。

超声换能器发出的超声波中，由套管内外壁来回反射，最终反射回换能器的声波为共振波，在超声波测井过程中，容易出现共振波能量较弱的问题，从而影响检测精度。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种超声波测井方法、装置及设备，能够保证测井过程中反射回的共振波的能量，进而提升检测精度。

根据本申请的一个方面，提供一种超声波测井方法，包括：获取井内套管的标准厚度；根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；控制超声换能器在套管内运动并以发射信号主频向套管发射第一超声信号；获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号；根据共振波信号，确定套管的实际厚度；根据实际厚度，调整发射信号主频。

本申请提供的超声波测井方法中，首先根据套管的标准厚度确定超声换能器的发射信号主频，并控制超声换能器以该发射信号主频向套管发射超声波并获取套管反射回来的共振波信号，根据反射回来的共振波信号确定套管的实际厚度，最后根据确定的实际厚度调整超声换能器的发射信号主频，以保证调整后的发射信号主频与的与套管的固有共振波主频更加接近，进而增强接收的共振波的能量，提升检测精度和准确性。

在一种可选的方式中，根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频，包括：获取预设的厚度主频关系表，厚度主频关系表为厚度范围与主频值的对应关系表；将标准厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为发射信号主频。通过基于预设的厚度主频关系表确定标准厚度对应的发射信号主频，可以使后续超声换能器接收到的共振波的幅度更大，能量更强，进而提升对套管检测的精确度。

在一种可选的方式中，根据实际厚度，调整发射信号主频，包括：将实际厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为新的发射信号主频。通过将实际厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为新的发射信号主频，实现对发射信号主频的快速调整，并且对于套管厚度发生变化的部分，可以该部分反射回超声换能器的共振波信号的幅度和能量有所提高，从而便于后续对套管完整度进行更加准确的分析。

在一种可选的方式中，厚度主频关系表通过如下方式确定，包括：获取测量条件：获取主频集合和标准厚度集合，主频集合包括多个不同的发射信号主频，标准厚度集合包括多个不同的标准厚度；发射超声波：控制超声换能器以主频集合中的每个发射信号主频分别向标准厚度集合中的所有标准厚度的套管至少发射一次第一超声信号；获取结果：获取共振波信号集合，共振波信号集合包括多个共振波信号，共振波信号为在发射超声波时由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号，共振波信号集合中的一个共振波信号分别对应主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度；确定关系表：根据共振波信号集合，确定厚度主频关系表。通过上述方式，基于测得的共振波的幅度大小，可以在实际测井作业中根据套管的标准厚度以及实际厚度自动确定及调整超声换能器的发射信号主频，进而保证接收到的共振波的幅度较大，便于成像分析。

在一种可选的方式中，确定关系表，包括：获取反射波信号集合，反射波信号集合包括多个反射波信号，反射波信号为在发射超声波时由套管的内壁反射回超声换能器的第三超声信号，反射波信号集合中的一个反射波信号分别对应共振波信号集合中的一个共振波信号、主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度；根据共振波信号集合中的共振波信号和与其对应的反射波信号集合中的反射波信号，确定共振效率，共振效率为共振波信号的幅度均方根与反射波信号的幅度的比值；根据共振效率，确定厚度主频关系表。在上述方式中，通过计算共振效率，可以更加简单、清楚的分析共振波信号的能量大小，进而便于厚度主频关系表的建立以及后续对套管的成像分析，有利于提升套管完整性分析精确度。

在一种可选的方式中，控制超声换能器在套管内运动并以发射信号主频向套管发射第一超声信号之后，方法还包括：控制超声换能器快速放电。在本步骤中，在超声换能器在产生高压脉冲发射信号之后，通过计算设备控制超声换能器快速放电，将超声换能器上的电压快速变为0，从而抑制发射振荡，减少超声换能器接收信号波形中共振波信号之前的波形周期。

根据本申请的另一个方面，提供一种超声波测井装置，包括：第一获取单元，用于获取井内套管的标准厚度；第一确定单元，用于根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；控制单元，用于控制超声换能器在套管内运动并以发射信号主频向套管发射第一超声信号；第二获取单元，获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号；第二确定单元，用于根据共振波信号，确定套管的实际厚度；调整单元，根据实际厚度，调整发射信号主频。

根据本申请的另一个方面，提供一种超声波测井设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行如上任一项中的超声波测井方法。

在一种可选的方式中，超声波测井设备还包括超声扫描测量结构，超声扫描测量结构上设置有超声换能器，处理器包括发射驱动电路，发射驱动电路与超声扫描测量结构连接；发射驱动电路用于向超声扫描测量结构发送控制信号控制超声换能器以发射信号主频向套管发射第一超声信号，发射驱动电路还用于调整控制信号的脉冲宽度，并通过将调整后的控制信号发送给超声扫描测量结构，以调整发射信号主频；发射驱动电路包括放电电路，放电电路用于在发射驱动电路向超声扫描测量结构发送控制信号之后，快速将超声换能器上的电压降为零。

在一种可选的方式中，超声扫描测量结构具有安装部，安装部具有多个安装位置，使得当超声换能器固定于不同的安装位置上时，超声换能器与超声扫描测量结构的轴线之间的距离不相等。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的超声测井方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的超声换能器的发射信号的波形图；

图3为图1中步骤120的子步骤流程图；

图4为图3中步骤121的子步骤流程图；

图5为图4中步骤1214的子步骤流程图；

图6为本申请实施例提供的超声波测井装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的超声波测井设备的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的超声波测井设备中发射驱动电路和超声扫描测量结构的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的超声波测井设备中超声扫描测量结构的剖视结构示意图；

图10为本申请实施例提供的超声波测井设备中安装有超声换能器的超声扫描测量结构的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

在石油开采过程中，井下管柱及其上的附件长期处于高温高压状态，很容易出现变形、腐蚀以及套管外水泥环剥落的现象，从而增大油气生产过程的安全风险。井下管柱渗透、固井套管腐蚀、水泥环剥落等现象都是影响井筒完整性的重要因素，超声波测井方法是检测井筒完整性的主要手段之一。

超声波测井检测套管完整性的工作方式为将超声换能器安装在旋转扫描体上，通过驱动结构带动旋转扫描体转动并沿套管的深度方向移动时，超声换能器向套管壁发射超声信号，超声信号在井液中传播，到达套管壁后被反射回来并由超声换能器接收，通过分析反射回来的超声信号，实现对套管完整性的检测。

具体地，反射回来的超声信号可以分为两部分，第一部分为由套管内壁直接反射回来的反射波信号，反射波信号反应套管内壁信息，例如可以提取超声信号幅值和传输时间，并利用这些信息进行套管内壁特征成像和套管内径成像。第二部分为由套管内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的共振波信号，共振波信号可以用于计算套管厚度。通过结合反射波信号和共振波信号，可以综合判断套管的损伤、变形、破损等情况。

超声换能器有一定的主频带宽范围，套管具有固有的共振波主频，本申请发明人发现，不同厚度的套管，其共振波主频也不相同，当超声换能器发射的超声波的主频与套管固有的共振波主频越接近时，接收到的共振波的能量越强，而当套管固有的共振波主频在超声换能器发射的超声波的主频带宽范围边缘或之外时，共振波较弱甚至没有，从而会影响测井的精度和准确性，特别当套管发生腐蚀、磨损等情况存在厚度变化时，会严重影响共振波的质量，进而影响检测精度和准确性。

基于上述问题，本申请提出一种超声波测井方法，首先根据套管的标准厚度确定超声换能器的发射信号主频，并控制超声换能器以该发射信号主频向套管发射超声波并获取套管反射回来的共振波信号，根据反射回来的共振波信号确定套管的实际厚度，最后根据确定的实际厚度调整超声换能器的发射信号主频，以保证调整后的发射信号主频与的与套管的固有共振波主频更加接近，进而增强接收的共振波的能量，提升检测精度和准确性。

请参阅图1，图中示出了本申请一实施例提供的超声测井方法的流程，该方法由需要进行超声测井的计算设备执行，例如计算机、服务器等。如图中所示，该方法包括：该方法包括：

S110：获取井内套管的标准厚度。

由于井下的套管有多种厚度的尺寸规格，在本步骤中，井内套管的标准厚度可以通过获取套管型号，基于套管型号查找套管型号和标准厚度的对应关系表，从而获取到井内套管的标准厚度。套管型号可以由用户输入到计算设备，也可以通过检索数据库中存储的设计文件等获取。

S120：根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频。

具体地，请参阅图2，图中示出了超声换能器的发射信号的波形图，如图中所示，发射信号为正负脉冲信号，将发射信号的总持续时间定义为T，则该发射信号主频f为：

在本步骤中，可以预先针对每一种标准厚度的套管分别采用不同的发射信号主频向其至少发射一次超声信号并采集反射回来的共振波。在以不同的发射信号主频向同一种标准厚度的套管发射超声信号进行测试后，对于不同发射信号主频对应的共振波，将其中幅度最大的共振波所对应的发射信号主频确定为该标准厚度所对应的发射信号主频。进而在计算设备上预先设定好每一种标准厚度和与其对应的发射信号后，计算设备在获取了井内套管的标准厚度后，便可以根据该标准厚度确定超声换能器的发射信号主频。

S130：控制超声换能器在套管内运动并以上述发射信号主频向套管发射第一超声信号。

在本步骤中，可以控制超声换能器在套管内沿深度方向移动并沿周向转动，实现对整个套管的检测。

S140：获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号。

S150：根据共振波信号，确定套管的实际厚度。

在本步骤中，THK表示套管的实际厚度，v表示超声波在套管中的声速，f表示共振波信号的主频，则有：

S160：根据实际厚度，调整发射信号主频。

在本步骤中，计算设备获取到实际厚度之后，可以先判断该实际厚度与步骤S120中的某个标准厚度是否相等，若是，则将发射信号主频调整为与该实际厚度相等的标准厚度所对应的主频，若否，则将与该实际厚度最接近的标准厚度所对应发射信号主频确定为调整后的新的发射信号主频。

本申请提供的超声波测井方法中，首先根据套管的标准厚度确定超声换能器的发射信号主频，并控制超声换能器以该发射信号主频向套管发射超声波并获取套管反射回来的共振波信号，根据反射回来的共振波信号确定套管的实际厚度，最后根据确定的实际厚度调整超声换能器的发射信号主频，以保证调整后的发射信号主频与的与套管的固有共振波主频更加接近，进而增强接收的共振波的能量，提升检测精度和准确性。

对于上述步骤120，本申请进一步提出一种实施方式，具体请参阅图3，图中示出了步骤120子步骤的流程。如图中所示，步骤120包括：

S121：获取预设的厚度主频关系表，厚度主频关系表为厚度范围与主频值的对应关系表。

在本步骤中，可以预先针对每一种标准厚度的套管分别采用不同的发射信号主频向其至少发射一次超声信号并采集反射回来的共振波。在以不同的发射信号主频分别向每一种标准厚度的套管发射至少一次超声信号进行测试后，将所有的标准厚度按从小到大的顺序排列并取两个相邻标准厚度之间的平均值，将获取的每个标准厚度两边的均值之间的范围确定为一个厚度范围，例如标准厚度有7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm和15mm，则厚度范围X包括7mm≤X₁＜7.5mm、7.5mm≤X₂＜8.5mm、8.5mm≤X₃＜9.5mm、9.5mm≤X₄＜10.5mm、10.5mm≤X₅＜11.5mm、11.5mm≤X₆＜12.5mm、12.5mm≤X₇＜13.5mm、13.5mm≤X₈＜14.5mm和14.5mm≤X₉≤15mm。以不同发射信号主频向某个标准厚度的套管发射超声波并接收共振波后，将其中幅度最大的共振波所对应的发射信号主频确定为该标准厚度所在的厚度范围所对应的发射信号主频，进而形成厚度主频关系表。

S122：将标准厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为发射信号主频。

在本步骤中，通过先将步骤S121中形成厚度主频关系表预先在计算设备中设定好，计算设备便可以在获取了标准厚度之后，将该标准厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表所对应的主频值确定为超声换能器的发射信号主频。

通过基于预设的厚度主频关系表确定标准厚度对应的发射信号主频，可以使后续超声换能器接收到的共振波的幅度更大，能量更强，进而提升对套管检测的精确度。

进一步地，对于上述步骤160，本申请进一步提出一种实施方式，具体地，步骤160包括：将实际厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为新的发射信号主频。

通过将实际厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为新的发射信号主频，实现对发射信号主频的快速调整，并且对于套管厚度发生变化的部分，可以使该部分反射回超声换能器的共振波信号的幅度和能量有所提高，从而便于后续对套管完整度进行更加准确的分析。

对于上述步骤S121中厚度主频关系表的确定，本申请进一步提出一种实施方式，具体请参阅图4，图中示出了步骤S121中厚度主频关系表的确定方法。如图中所示，厚度主频关系表的确定方法包括：

S1211：获取测量条件：获取主频集合和标准厚度集合，主频集合包括多个不同的发射信号主频，标准厚度集合包括多个不同的标准厚度。

S1212：发射超声波：控制超声换能器以主频集合中的每个发射信号主频分别向标准厚度集合中的所有标准厚度的套管至少发射一次第一超声信号。

在步骤S1211和S1212中，例如主频集合包括发射信号主频f₁、f₂和f₃，标准厚度集合包括标准厚度a₁、a₂和a₃，则发射信号主频与标准厚度的组合方式(即以该发射信号主频向该标准厚度的套管发射第一超声信号)包括f₁a₁、f₂a₁、f₃a₁、f₁a₂、f₂a₂、f₃a₂、f₁a₃、f₂a₃和f₃a₃。

S1213：获取结果：获取共振波信号集合，共振波信号集合包括多个共振波信号，共振波信号为在进行上述步骤S1212时由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号，共振波信号集合中的一个共振波信号分别对应主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度。

在本步骤中，例如发射信号主频与标准厚度的组合方式如上所述包括f₁a₁、f₂a₁、f₃a₁、f₁a₂、f₂a₂、f₃a₂、f₁a₃、f₂a₃和f₃a₃，则每一个组合方式都会接收到一个共振波信号，这些共振波信号共同组成共振波信号集合，共振波信号以Q表示，则共振波信号集合中包括与上述组合方式按顺序一一对应的Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆、Q₇、Q₈和Q₉。

S1214：确定关系表：根据共振波集合，确定厚度主频关系表。

在本步骤中，以上述发射信号主频和标准厚度的组合方式以及共振波信号集合为例，则与标准厚度a₁对应共振波信号为Q₁、Q₂和Q₃，与标准厚度a₂对应的共振波信号为Q₄、Q₅和Q₆，与标准厚度a₃对应的共振波信号为Q₇、Q₈和Q₉。可以通过比较Q₁、Q₂和Q₃的幅值，确定后续对于标准厚度为a₁的套管的发射信号主频，例如当Q₂的幅值最大时，则将主频f₂确定为对标准厚度为a₁的套管进行检测的发射信号主频。标准厚度为a₂和a₃的套管同理。

考虑到当套管发生磨损、腐蚀等情况时，后续步骤S160中的实际厚度值与套管的标准厚度值之间会存在差异，为了可以针对计算出的实际厚度调整超声换能器的发射信号主频以保证对套管检测的精确度，还会将标准厚度按照从小到大的顺序排列，以上述举例方式说明，假设a₁＜a₂＜a₃，然后取相邻标准厚度的平均值，以a₁₂表示a₁和a₂的平均值，a₂₃表示a₂和a₃的平均值，则厚度范围X可以为a₁≤X₁＜a₁₂、a₁₂≤X₂＜a₂₃和a₂₃≤X₃≤a₃，当然也可以为a₁≤X₁≤a₁₂、a₁₂＜X₂＜a₂₃和a₂₃≤X₃≤a₃。如上所述，例如Q₂的幅值最大，则将主频f₂确定为对厚度范围X₁内所有厚度的套管进行检测的发射信号主频。厚度范围X₂和X₃同理。

通过上述方式，基于测得的共振波的幅度大小，可以在实际测井作业中根据套管的标准厚度以及实际厚度自动确定及调整超声换能器的发射信号主频，进而保证接收到的共振波的幅度较大，便于成像分析。

对于上述步骤S1214，本申请进一步提出一种实施方式，具体请参阅图5，图中示出了步骤S1214子步骤的流程。如图中所示，步骤S1214包括：

S12141：获取反射波信号集合，反射波信号集合包括多个反射波信号，反射波信号为在进行上述步骤S1212时由套管的内壁反射回超声换能器的第三超声信号，反射波信号集合中的一个反射波信号分别对应共振波信号集合中的一个共振波信号、主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度。

在本步骤中，以一个发射信号主频向套管发射一次超声波后，超声换能器会接收到一个反射波和一个共振波，通过步骤S1212中以主频集合中的每个发射信号主频分别向标准厚度集合中的所有标准厚度的套管分别至少发射一次第一超声信号，便可以获得多个反射波信号，多个反射波信号形成该反射波信号集合。

S12142：根据共振波信号集合中的共振波信号和与其对应的反射波信号集合中的反射波信号，确定共振效率，共振效率为共振波信号的幅度均方根与反射波信号的幅度的比值。

共振效率用来表示共振波能量的相对大小。例如，共振效率为0.05，表示若第一超声信号从套管内壁反射回的能量为100，则其中转换为共振波的能量为5。

S12143：根据共振效率，确定厚度主频关系表。

在一种具体的实施例中，通过上述步骤S1211、S1212、S1213、S12141和S12142，以中心频率为250kHz的超声换能器在200kHz、250kHz和400kHz发射信号主频下测得的共振效率结果如下表1：

表1

如表1中所示，套管厚度为13mm、14mm和15mm时，发射信号主频为200kHz时，共振效率最高，分别为0.067、0.062和0.064。套管厚度为10mm、11mm和12mm时，发射信号主频为250kHz时，共振效率最高，分别为0.063、0.063和0.069。套管厚度为7mm、8mm和9mm时，发射信号主频为400kHz时，共振效率最高，分别为0.042、0.054和0.061。

基于上述结果，可以将厚度主频关系表确定为下表2：

表2

厚度范围X(mm)	发射信号主频(kHz)
		7≤X＜10.5	400
10.5≤X＜12.5	250
		12.5≤X≤15	200

需要说明的是，上述厚度主频关系表仅仅是为了方便说明提供的一种可实现方式，并不对厚度主频关系表的具体内容做限定，具体的厚度范围与发射信号主频的关系，可以根据其他实施例中测试的标准厚度的套管的数量，测试超声换能器的中心频率以及测试的超声换能器的发射信号主频的数据进行相应调整，此处不多赘述。

在上述方式中，通过计算共振效率，可以更加简单、清楚的分析共振波信号的能量大小，进而便于厚度主频关系表的建立以及后续对套管的成像分析，有利于提升套管完整性分析精确度。

在一些实施例中，上述步骤S130之后，该方法还包括：控制超声换能器快速放电。

由于超声换能器工作时会呈现容性负载特性或感性负载特性，因此超声换能器从高压状态变为0电平时需要一定时间，而且会产生后续的振荡，从而影响超声发射信号的带宽和反射波信号的波形周期。

在本步骤中，在超声换能器在产生高压脉冲发射信号之后，通过计算设备控制超声换能器快速放电，将超声换能器上的电压快速变为0，从而抑制发射振荡，减少超声换能器接收信号波形中共振波信号之前的波形周期。

根据共振波幅度信息可以计算套管外材料的声阻抗，从而可以用于判断水泥胶结状况以及确定水泥返高点。在高密度的油基泥浆中，超声波信号会非常弱，因此超声换能器采用高灵敏度和高压发射信号来提高信号强度。但在低密度井液中，会引起反射波信号削波失真，从而影响套管内壁检测结果和套管外材料的声阻抗测量。发射信号占空比不是100％时，当发射信号处于“空”的时期，通过控制超声换能器的电压降为0，可以实现对发射脉冲信号占空比的调节，从而避免反射波信号过强引起的失真。

根据本申请实施例的另一个方面，提供一种超声波测井装置，具体请参阅图6，图中示出了一实施例提供的超声波测井装置的结构。如图中所示，超声波测井装置200包括：第一获取单元210、第一确定单元220、控制单元230、第二获取单元240、第二确定单元250和调整单元260。其中第一获取单元210用于获取井内套管的标准厚度。第一确定单元220用于根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频。控制单元230用于控制超声换能器在套管内运动并以上述发射信号主频向套管发射第一超声信号。第二获取单元240用于获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号。第二确定单元250用于根据共振波信号，确定套管的实际厚度。调整单元260用于根据实际厚度，调整发射信号主频。

在一种可选的方式中，第一确定单元220用于获取预设的厚度主频关系表，厚度主频关系表为厚度范围与主频值的对应关系表，用于将标准厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为发射信号主频。

在一种可选的方式中，第二确定单元250用于将实际厚度所在的厚度范围在厚度主频关系表中对应的主频值确定为新的发射信号主频。

在一种可选的方式中，第一确定单元220用于获取测量条件：获取主频集合和标准厚度集合，主频集合包括多个不同的发射信号主频，标准厚度集合包括多个不同的标准厚度，用于发射超声波：控制超声换能器以主频集合中的每个发射信号主频分别向标准厚度集合中的所有标准厚度的套管至少发射一次第一超声信号，用于获取结果：获取共振波信号集合，共振波信号集合包括多个共振波信号，共振波信号为在进行上述发射超声波步骤时由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号，共振波信号集合中的一个共振波信号分别对应主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度，用于确定关系表：根据共振波集合，确定厚度主频关系表。

在一种可选的方式中，第一确定单元220用于获取反射波信号集合，反射波信号集合包括多个反射波信号，反射波信号为在进行上述步骤S1212时由套管的内壁反射回超声换能器的第三超声信号，反射波信号集合中的一个反射波信号分别对应共振波信号集合中的一个共振波信号、主频集合中的一个发射信号主频和标准厚度集合中的一个标准厚度，用于根据共振波信号集合中的共振波信号和与其对应的反射波信号集合中的反射波信号，确定共振效率，共振效率为共振波信号的幅度均方根与反射波信号的幅度的比值，用于根据共振效率，确定厚度主频关系表。

请再次参阅图6，如图中所示，在一种可选的方式中，超声波测井装置200还包括快速放电单元270，控制单元230控制超声换能器在套管内运动并向套管发射第一超声信号之后，快速放电单元270用于控制超声换能器快速放电。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供一种超声波测井设备，具体请参阅图7，图中示出了一实施例提供的超声波测井设备的结构，本申请具体实施例并不对超声波测井设备的具体实现方式做限定。

如图7中所示，超声波测井设备可以包括：处理器(processor)302、通信接口(Communications Interface)304、存储器(memory)306、以及通信总线308。

其中：处理器302、通信接口304、以及存储器306通过通信总线308完成相互间的通信。通信接口304，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器302，用于执行程序310，具体可以执行上述用于超声波测井方法实施例中的相关步骤。

具体地，程序310可以包括程序代码，该程序代码包括计算机可执行指令。

处理器302可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。超声波测井设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。

存储器306，用于存放程序310。存储器306可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

程序310具体可以被处理器302调用使超声波测井设备执行以下操作：

获取井内套管的标准厚度；

根据标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；

控制超声换能器在套管内运动并以上述发射信号主频向套管发射第一超声信号；

获取共振波信号，共振波信号为由套管的内、外壁来回反射并最终反射回超声换能器的第二超声信号；

根据共振波信号，确定套管的实际厚度；

根据实际厚度，调整发射信号主频。

请参阅图8，图中示出了一实施例提供的超声波测井设备中的部分电路结构。如图中所示，在一些实施例中，处理器302包括发射驱动电路311，超声波测井设备还包括超声扫描测量结构312，超声扫描测量结构312上设置有超声换能器，发射驱动电路311与超声扫描测量结构312连接。发射驱动电路311用于向超声扫描测量结构312发送控制信号控制超声换能器以上述发射信号主频向套管发射超声信号，发射驱动电路311还用于调整控制信号的脉冲宽度，并通过将调整后的控制信号发送给超声扫描测量结构312，以调整超声换能器的发射信号主频。发射驱动电路311包括放电电路3111，放电电路3111用于在发射驱动电路311向超声扫描测量结构312发送控制信号之后，快速将超声换能器上的电压降为零。

如图8中所示，控制信号可以由DSP芯片TMS320F28335产生，控制信号共有三个信号，分别是EPWM1A、EPWM1B和EPWM2A。TMS320F28335芯片的EPWM(Enhanced Pulse WidthModulator)模块中的EPWM1模块，其输出引脚EPWM1A为发射电路的正脉冲控制信号，用于控制发射信号正脉冲的时间宽度，EPWM2为负脉冲控制信号，用于控制发射信号负脉冲的时间宽度，EPWM2A为归零控制信号，用于控制发射信号后的快速放电和发射信号调节占空比时的低电平时间。

通过设置EPWM模块的时基计数周期(TPPRD)、计数比较器A(CMPA)、技术比较器B(CMPB)和计数模式，可以控制EPWM1A和EPWM1B的时序和电平宽度，从而控制和调整控制信号的正负脉冲宽度，实现对超声换能器发射信号主频的控制和调整。

图8中Q1和Q2为N型MOS管，Q1用于产生正高压脉冲，Q2用于产生负高压脉冲，以实现对超声换能器的控制。由于超声换能器工作时会呈现容性负载特性或感性负载特性，从高压状态变为0电平时有一定的时间，而且会产生后续的震荡，从而影响控制信号的带宽和反射波信号的波形周期。基于此，如图8中所示，隔离驱动模块3112上连接有放电电路3111，放电电路3111中Q为P型MOS管，Q4为N型MOS管，在产生高压脉冲发射信号之后，可以通过Q3和Q4对超声换能器进行快速放电，将超声换能器上的电压快速变为0，从而抑制发射振荡，减少超声换能器接收波形中共振波之前的波形周期，并且当发射信号占空比不是100％时，当发射信号处于“空”的时期，归零控制信号(EPWM2A)可以将换能器的电压迅速调为0，实现发射信号占空比的调节，避免反射波信号过强引起的失真。

请参阅图9及图10，图中分别示出了本申请一实施例提供的超声扫描测量结构的剖视结构以及安装有超声换能器的超声扫描测量结构的剖视结构。在一些实施例中，超声扫描测量结构312具有安装部3121，安装部3121具有多个安装位置3121a，使得当超声换能器313固定于不同的安装位置3121a时，超声换能器313与超声扫描测量结构312的轴线312a之间的距离不相等。

在超声波测井过程中，超声换能器313需要与井壁之间保持一定的距离，距离过小会导致超声波在井壁之间的二次反射与一次反射波形中的共振波产生混叠，距离过大时，超声波在井液中衰减增加，导致信号减弱。因此，超声换能器313与井壁之间需要保持一个合适的距离。对于不同类型的井液，其超声波的传输速度和衰减特性液是不同的，因此，对于不同的井液类型，超声换能器313与井壁之间的最佳距离也是不同的。

本申请通过在超声扫描测量结构312的安装部3121上设置多个安装位置3121a，使超声换能器313固定于不同安装位置时，超声换能器313与超声扫描测量结构312的轴线312a之间的距离不相等，即调节超声换能器313与井壁之间的距离，从而可以针对不同的套管和井液，将超声换能器313安装在合适的安装位置3121a，保证信号质量，提升测量的准确性。

在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种超声波测井方法，其特征在于，包括：

获取井内套管的标准厚度；

根据所述标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；

控制所述超声换能器在所述套管内运动并以所述发射信号主频向所述套管发射第一超声信号；

获取共振波信号，所述共振波信号为由所述套管的内、外壁来回反射并最终反射回所述超声换能器的第二超声信号；

根据所述共振波信号，确定所述套管的实际厚度；

根据所述实际厚度，调整所述发射信号主频。

2.根据权利要求1所述的超声波测井方法，其特征在于，所述根据所述标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频，包括：

获取预设的厚度主频关系表，所述厚度主频关系表为厚度范围与主频值的对应关系表；

将所述标准厚度所在的所述厚度范围在所述厚度主频关系表中对应的所述主频值确定为所述发射信号主频。

3.根据权利要求2所述的超声波测井方法，其特征在于，所述根据所述实际厚度，调整所述发射信号主频，包括：

将所述实际厚度所在的所述厚度范围在所述厚度主频关系表中对应的所述主频值确定为新的发射信号主频。

4.根据权利要求2或3所述的超声波测井方法，其特征在于，所述厚度主频关系表通过如下方式确定，包括：

获取测量条件：获取主频集合和标准厚度集合，所述主频集合包括多个不同的所述发射信号主频，所述标准厚度集合包括多个不同的所述标准厚度；

发射超声波：控制所述超声换能器以所述主频集合中的每个所述发射信号主频分别向所述标准厚度集合中的所有所述标准厚度的所述套管至少发射一次所述第一超声信号；

获取结果：获取共振波信号集合，所述共振波信号集合包括多个所述共振波信号，所述共振波信号为在所述发射超声波时由所述套管的内、外壁来回反射并最终反射回所述超声换能器的所述第二超声信号，所述共振波信号集合中的一个所述共振波信号分别对应所述主频集合中的一个所述发射信号主频和所述标准厚度集合中的一个所述标准厚度；

确定关系表：根据所述共振波信号集合，确定所述厚度主频关系表。

5.根据权利要求4所述的超声波测井方法，其特征在于，所述确定关系表，包括：

获取反射波信号集合，所述反射波信号集合包括多个反射波信号，所述反射波信号为在所述发射超声波时由所述套管的内壁反射回所述超声换能器的第三超声信号，所述反射波信号集合中的一个所述反射波信号分别对应所述共振波信号集合中的一个共振波信号、所述主频集合中的一个所述发射信号主频和所述标准厚度集合中的一个所述标准厚度；

根据所述共振波信号集合中的所述共振波信号和与其对应的所述反射波信号集合中的所述反射波信号，确定共振效率，所述共振效率为所述共振波信号的幅度均方根与所述反射波信号的幅度的比值；

根据所述共振效率，确定所述厚度主频关系表。

6.根据权利要求1所述的超声波测井方法，其特征在于，所述控制所述超声换能器在所述套管内运动并以所述发射信号主频向所述套管发射第一超声信号之后，所述方法还包括：

控制所述超声换能器快速放电。

7.一种超声波测井装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取井内套管的标准厚度；

第一确定单元，用于根据所述标准厚度，确定超声换能器的发射信号主频；

控制单元，用于控制所述超声换能器在所述套管内运动并以所述发射信号主频向所述套管发射第一超声信号；

第二获取单元，获取共振波信号，所述共振波信号为由所述套管的内、外壁来回反射并最终反射回所述超声换能器的第二超声信号；

第二确定单元，用于根据所述共振波信号，确定所述套管的实际厚度；

调整单元，根据所述实际厚度，调整所述发射信号主频。

8.一种超声波测井设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的超声波测井方法。

9.根据权利要求8所述的超声波测井设备，其特征在于，所述超声波测井设备还包括超声扫描测量结构，所述超声扫描测量结构上设置有所述超声换能器，所述处理器包括发射驱动电路，所述发射驱动电路与所述超声扫描测量结构连接；

所述发射驱动电路用于向所述超声扫描测量结构发送控制信号控制所述超声换能器以所述发射信号主频向所述套管发射所述第一超声信号，所述发射驱动电路还用于调整所述控制信号的脉冲宽度，并通过将调整后的所述控制信号发送给所述超声扫描测量结构，以调整所述发射信号主频；

所述发射驱动电路包括放电电路，所述放电电路用于在所述发射驱动电路向所述超声扫描测量结构发送所述控制信号之后，快速将所述超声换能器上的电压降为零。

10.根据权利要求9所述的超声波测井设备，其特征在于，所述超声扫描测量结构具有安装部，所述安装部具有多个安装位置，使得当所述超声换能器固定于不同的所述安装位置上时，所述超声换能器与所述超声扫描测量结构的轴线之间的距离不相等。

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