CN219605271U

CN219605271U - 一种阵列方位声波测井仪

Info

Publication number: CN219605271U
Application number: CN202320564397.1U
Authority: CN
Inventors: 李献平; 师霞; 何峰江; 陈为民
Original assignee: BEIJING JIEWEI SITE TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING JIEWEI SITE TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2023-03-22
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2033-03-22

Abstract

本发明是一种阵列方位声波测井仪，设有发射部分、隔声部分和接收部分。发射部分设有两个发射晶体，接收部分是由四个或八个或十二个切向极化扇区接收晶体组成的方位声波阵列体。该仪器主要功能是高灵敏度、高分辨率测量裸眼井某一特定方位的地层岩性，同时可以测量裸眼井声波时差测井和套管井水泥胶结测井。发射晶体发射声波信号，由于地层的各向异性和不均质性，方位声波阵列体接收到不同方位的声波信号，这些声波信号在地面转换成多组阵列方位声波数据。通过子阵列数据组合、叠加的方法以及声波合成孔径等技术计算处理判断某一特定方位地层的地层岩性，获取地层的孔隙度和岩石的弹性力学等信息。

Description

一种阵列方位声波测井仪

技术领域

本发明涉及石油测井领域，特别是涉及测量裸眼井特定方位地层特性的一种阵列方位声波测井仪。

背景技术

阵列方位声波测井仪是一种既可以高灵敏度、高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性，又可以测量裸眼井声波时差测井和套管井水泥胶结测井的仪器。在裸眼井眼中，由于地层的各向异性和不均质性，声波在各个方位传播速度和衰减不同，根据这一特性评价某一特定方位地层岩性、孔隙度和岩石弹性力学等具有较大意义。目前，扇区声波测井仪可以测量套管外水泥胶结成像，解决了窜槽的识别能力差的问题，但不能够测量裸眼井的地层声波；现有的裸眼井声波测井仪通过时差测井可以测量裸眼井的整个井壁的地层岩性、孔隙度和渗透率，而不能够测量某一特定方位的地层特性，并且分辨率和灵敏度有限。

现有的能够测量裸眼井方位声波的测井仪器，是发射晶体分瓣设计，通过发射不同方位的声波信号，单级接收晶体接收，测量指定方位的岩性参数。这种仪器存在的缺陷是，发射晶体的振动频率一般较高（18KHz-20KHz），分瓣设计连接强度弱，工作过程中易发生碎裂。另外，发射晶体受加工工艺限制，分的瓣数较少（4-6瓣），接收晶体得到的方位数据较少，测量的方位角度也较大，分辨率和灵敏度不高，成像效果差，不能够满足对裸眼井某一特定方位地层参数评价的需求。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种阵列方位声波测井仪，该仪器的接收部分采用分瓣拼镶型切向极化的扇区接收晶体，可以分扇区接收发射晶体发射的声波信号。采用四个或八个或十二个扇区接收晶体组成方位声波阵列体能得到多组阵列数据，通过子阵列数据组合、叠加的方法以及声波合成孔径等技术可以高灵敏度、高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性，又可以测量裸眼井声波时差测井和套管井水泥胶结测井，完成对整个井眼的声学评价。

一种阵列方位声波测井仪，包括发射部分、隔声部分和接收部分，其中，隔声部分设在发射部分和接收部分的中间，其特征在于，发射部分和接收部分之间的距离是3ft-12ft。接收部分可以是四个或八个或十二个扇区接收晶体阵列，并且随着扇区接收晶体的增多，声波信号的分辨率、灵敏度逐渐增强，接收到的声波阵列数据递增，采用其中任何一种阵列均可实现方位声波阵列的效果。

接收部分依次设有第一组接收槽口，第一组隔声槽，第二组接收槽口，第二组隔声槽，第三组接收槽口，第三组隔声槽，第四组接收槽口，第四组隔声槽。每组接收槽口是长槽口形，在圆周方向均匀分布12个，长度相同。每组接收槽口内侧均安装1个扇区接收晶体，共安装四个晶体。每组接收槽口正对扇区接收晶体的正极，并且每个扇区晶体第一正极在仪器轴线方向一致。每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个。相邻扇区接收晶体的距离是0.5ft。扇区接收晶体的结构是分瓣拼镶型径向圆柱体，极化方式是切向极化。切向极化可以大幅度的提高晶体的灵敏度和分辨率。

接收部分的四个扇区接收晶体可以测量套管井水泥胶结测井，可以得到四个深度的扇区水泥胶结成像，又可以测量裸眼井声波时差测井。更重要的是，四个扇区接收晶体可以分角度（每份30度）接收发射晶体发射的声波信号，每个扇区接收晶体可以得到12个声波信号，这些声波信号组成四组阵列数据，可以高灵敏度、高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性。

接收部分在四个扇区接收晶体组成方位声波阵列的基础上依次增设有第五组接收槽口、第五组隔声槽、第六组接收槽口、第六组隔声槽、第七组接收槽口、第七组隔声槽、第八组接收槽口、第八组隔声槽。每组接收槽口是长槽口形，在圆周方向均匀分布12个，长度相同。每组接收槽口内侧均安装1个扇区接收晶体，共安装八个晶体，每组接收槽口正对扇区接收晶体的正极，并且每个扇区晶体第一正极在仪器轴线方向一致。每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个，相邻扇区接收晶体的距离是0.5ft。

接收部分的八个扇区接收晶体可以测量套管井水泥胶结测井，可以得到八个深度的扇区水泥胶结成像，又可以测量裸眼井声波时差测井。更重要的是，八个扇区接收晶体可以分角度（每份30度）接收发射晶体发射的声波信号，每个扇区接收晶体可以得到12个声波信号，这些声波信号组成八组阵列数据，可以较高灵敏度、较高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性。

接收部分在八个扇区接收晶体组成方位声波阵列的基础上依次增设有第九组接收槽口、第九组隔声槽、第十组接收槽口、第十组隔声槽、第十一组接收槽口、第十一组隔声槽、第十二组接收槽口、第十二组隔声槽，每组接收槽口是长槽口形，在圆周方向均匀分布12个，长度相同。每组接收槽口内侧均安装1个扇区接收晶体，共安装十二个晶体，每组接收槽口正对扇区接收晶体的正极，并且每个扇区晶体第一正极在仪器轴线方向一致，每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个，相邻扇区接收晶体的距离是0.5ft。

接收部分的十二个扇区接收晶体可以测量套管井水泥胶结测井，可以得到十二个深度的扇区水泥胶结成像，又可以测量裸眼井声波时差测井，更重要的是，十二个扇区接收晶体可以分角度（每份30度）接收发射晶体发射的声波信号，每个扇区接收晶体可以得到12个声波信号，这些声波信号组成十二组阵列数据，可以更高灵敏度、更高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性。

发射部分设有第一组发射槽，第一单级发射晶体，第一组发射隔声槽，第二组发射槽和第二单级发射晶体。

第一组发射槽和第二组发射槽是圆周方向均匀分布的长槽口，其数量均为12个。

第一单级发射晶体安装在第一组发射槽内，第二单级发射晶体在第二组发射槽内。

第一组发射隔声槽在第一组发射槽和第二组发射槽之间，在圆周方向均匀分布3个，在轴线方向有若干个。

第一单级发射晶体和第二单级发射晶体是单级整体圆柱体结构，该结构的机械强度较高，便于加工，有利于保持发射晶体的振动强度，降低发射电路的设计要求。

第一单级发射晶体和第二单级发射晶体安装间距是2ft，同时可以测量距离差为2ft的声波信号时差和声波幅度，具有增强声波信号和补偿声波的作用。

隔声部分是由第二组发射隔声槽组成，在圆周方向均匀分布3个，在轴向方向上有若干个。第二组发射隔声槽相邻的隔声槽在圆周方向交叉错开60度，这样有利于增强仪器的机械结构强度，在轴向方向，隔声槽的间距依次增大，具体为间距L₂=L₁+1mm，L₃=L₂+1mm，M₂=M₁+1mm，M₃=M₂+1mm，以此类推。

扇区接收晶体均分为12扇区，每个扇区设有切向正负极，整个扇区接收晶体均分成24份。

本发明的有益效果：

所述扇区接收晶体可以分扇区接收发射晶体发射的声波信号，每个角度为30度，可以360度成像，可以同时多深度测量。

将分瓣拼镶型结构设计到接收晶体上而不是发射晶体上，避免了高频发射时发射晶体的碎裂;

本仪器的四个或八个或十二个扇区接收晶体组成的方位声波阵列体，根据地层的各向异性和不均质性，方位声波阵列体接收到不同方位的声波信号，这些声波信号组成多组阵列数据；

采用现有的子阵列数据组合、叠加的方法以及声波合成孔径等技术对测得的多组阵列数据进行计算，可以高灵敏度、高分辨率测量裸眼井某一特定方位声波，又可以测量裸眼井声波时差测井和套管井水泥胶结测井，完成对整个井眼的声学评价。

附图说明

图1是本发明阵列方位声波测井仪的各晶体之间的距离示意图；

图2是本发明阵列方位声波测井仪的结构示意图；

图3是本发明阵列方位声波测井仪的接收部分扇区接收晶体的安装示意图；

图4是本发明阵列方位声波测井仪的接收部分扇区接收晶体在各组接收槽装配的断面剖视图；

图5是本发明阵列方位声波测井仪的接收部分采用八个扇区接收晶体组成方位声波阵列体的结构图；

图6 是本发明阵列方位声波测井仪的接收部分采用十二个扇区接收晶体组成方位声波阵列体的结构图；

图7是本发明阵列方位声波测井仪的发射部分发射晶体的安装示意图；

图8是本发明阵列方位声波测井仪的发射部分发射晶体在发射槽装配的断面剖视图；

图9 是本发明阵列方位声波测井仪发射部分的发射晶体整体示意图；

图10是本发明阵列方位声波测井仪的隔声槽的断面剖视图；

图11是本发明阵列方位声波测井仪的第二组发射隔声槽的间距示意图；

图12 是本发明阵列方位声波测井仪接收部分的扇区接收晶体拼镶示意图；

图13 是本发明阵列方位声波测井仪接收部分的扇区接收晶体极化示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，一种阵列方位声波测井仪，包括发射部分1、隔声部分2和接收部分3，其中，隔声部分2设在发射部分1和接收部分3的中间，其特征在于，发射部分1和接收部分3之间的距离是3ft-12ft。如图2，图4，图6所示，接收部分可以是四个或八个或十二个扇区接收晶体阵列，并且随着扇区接收晶体的增多，声波信号的分辨率、灵敏度逐渐增强，接收到的声波阵列数据递增，采用其中任何一种阵列均可实现方位声波阵列的效果。

如图2所示，接收部分3依次设有第一组接收槽口311，第一组隔声槽312，第二组接收槽口313，第二组隔声槽314，第三组接收槽口315，第三组隔声槽316，第四组接收槽口317，第四组隔声槽318。

如图3所示，每组接收槽口是长槽口形，在圆周方向均匀分布12个，长度相同。每组槽口内侧均安装1个扇区接收晶体，共安装四个晶体。

如图1所示，相邻扇区接收晶体的距离是0.5ft。

如图4所示，每组接收槽口正对扇区接收晶体的正极，并且每个扇区晶体第一正极在仪器轴线方向一致。

如图5所示，接收部分3在四个扇区接收晶体组成方位声波阵列的基础上依次增设有第五组接收槽口321，第五组隔声槽322，第六组接收槽口323，第六组隔声槽324，第七组接收槽口325，第七组隔声槽326，第八组接收槽口327，第八组隔声槽328，每组接收槽口的晶体安装方式和安装间距与前四个扇区接收晶体一致。

如图6所示，接收部分3在八个扇区接收晶体组成方位声波阵列的基础上依次增设有第九组接收槽口331，第九组隔声槽332，第十组接收槽口333，第十组隔声槽334，第十一组接收槽口335，第十一组隔声槽336，第十二组接收槽口337，第十二组隔声槽338，每组接收槽口的晶体安装方式和安装间距与前八个扇区接收晶体一致。

接收部分的十二个扇区接收晶体可以测量套管井水泥胶结测井，可以得到十二个深度的扇区水泥胶结成像，又可以测量裸眼井声波时差测井。更重要的是，十二个扇区接收晶体可以分角度（每份30度）接收发射晶体发射的声波信号，每个扇区接收晶体可以得到12个声波信号，这些声波信号组成十二组阵列数据，可以更高灵敏度、更高分辨率测量裸眼井某一特定方位地层特性。

如图1所示，发射部分1依次设有第一组发射槽11，第一单级发射晶体12，第一组发射隔声槽13，第二组发射槽14，第二单级发射晶体15。

如图7所示，第一单级发射晶体12和第二单级发射晶体15的安装方式一致。第一组发射槽11内设有第一单级发射晶体12，第二组发射槽14内设有第二单级发射晶体15。

如图8所示，第一组发射槽11和第二组发射槽14结构相同，均是圆周方向均匀分布的槽口，数量是12个，长度相同。

如图9所示，第一单级发射晶体12和第二单级发射晶体15均是单级整体圆柱体的探头结构，该结构有利于保持发射晶体的振动强度和机械强度。

如图1所示，第一单级发射晶体12和第二单级发射晶体15的间距是2ft，具有增强声波信号和补偿声波的作用。

如图1所示，第一单级发射晶体12和第二单级发射晶体15之间设有第一组发射隔声槽13。隔声部分2是由不等间距分布的第二组发射隔声槽21组成。

如图10，图2所示，第一组发射隔声槽13，第二组发射隔声槽21和接收部分的各组接收隔声槽均在圆周方向均匀分布3个，轴线方向分布若干个，其中，第一组发射隔声槽13和接收部分的各组接收隔声槽的间距是一致的，降低了各晶体之间的信号干扰，减少噪声。

如图11所示，第二组发射隔声槽21的间距是依次递增的，即L₂=L₁+1mm，L₃=L₂+1mm，M₂=M₁+1mm，M₃=M₂+1mm，以此类推。该结构的设计既提高了仪器的机械结构强度，同时也有效衰减了沿仪器传播的直达波。

如图12所示，所述扇区接收晶体300的结构是分瓣拼镶型径向圆柱体，极化方式是切向极化。切向极化可以大幅度的提高晶体的灵敏度和分辨率。

如图13所示，所述扇区接收晶体300均分为12扇区，每个扇区设有切向正负极，整个扇区接收晶体均分成24份。每个扇区的角度为30度，可以更加有效准确的分辨各方位的地质信息。

本发明中提到的子阵列数据组合、叠加的方法以及声波合成孔径等技术是指目前业内比较成熟的对阵列声波的计算处理技术。

本发明的阵列方位声波测井仪的接收部分采用由四个或八个或十二个切向极化扇区接收晶体300组成的方位声波阵列体，接收到的声波信号组成多组阵列数据，具有较高的灵敏度和分辨率，为后期的数据处理提供了可靠的基础。

具体测井过程：在一次下井作业中，在裸眼段，该扇区接收晶体300组成方位声波阵列体，分扇区接收第一单级发射晶体12和第二单级发射晶体15波形和首波到时并记录，由于地层的各向异性和不均质性，方位声波阵列体接收到不同方位的声波信号，这些声波信号组成多组阵列数据，采用子阵列数据组合、叠加的方法以及声波合成孔径等技术，分别测量某一方位地层岩性、计算储层孔隙度和岩石弹性力学。同时，在裸眼段也可以完成常规声波时差测井。在套管段，方位声波阵列体也可以测量水泥胶结360°成像和固井质量，有效的解决了测井对窜槽识别能力差的问题。通过一次下井作业既完成了裸眼段的某一特定方位岩性测量以及常规的声波时差测井，也完成了套管段的扇区水泥成像和固井质量的测量。

需要指出的是，本发明所实施的方案和特征并非局限于本发明，任何本技术领域内的技术人员在具体实施方式或者数量上的修改和变化，仍在本发明专利的保护范围内。

Claims

1.一种阵列方位声波测井仪，包括发射部分（1）、隔声部分（2）和接收部分（3），其中，隔声部分（2）设在发射部分（1）和接收部分（3）的中间，其特征在于，发射部分（1）和接收部分（3）之间的距离是3ft-12ft，接收部分（3）依次设有第一组接收槽口（311），第一组隔声槽（312），第二组接收槽口（313），第二组隔声槽（314），第三组接收槽口（315），第三组隔声槽（316），第四组接收槽口（317），第四组隔声槽（318），每组接收槽口在圆周方向均匀分布12个，长度相同，每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个，每组槽口内侧均安装1个扇区接收晶体（300），4个扇区接收晶体（300）安装方向一致，相邻扇区接收晶体（300）的距离是0.5ft；所述扇区接收晶体（300）的结构是分瓣拼镶型径向圆柱体，极化方式是切向极化。

2.根据权利要求1所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：所述接收部分（3）依次增设有第五组接收槽口（321），第五组隔声槽（322），第六组接收槽口（323），第六组隔声槽（324），第七组接收槽口（325），第七组隔声槽（326），第八组接收槽口（327），第八组隔声槽（328），每组接收槽口在圆周方向均匀分布12个，长度相同，每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个，每组槽口内侧均安装1个扇区接收晶体（300），8个扇区接收晶体（300）安装方向一致，相邻扇区接收晶体（300）的距离是0.5ft。

3.根据权利要求2所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：所述接收部分（3）依次增设有第九组接收槽口（331），第九组隔声槽（332），第十组接收槽口（333），第十组隔声槽（334），第十一组接收槽口（335），第十一组隔声槽（336），第十二组接收槽口（337），第十二组隔声槽（338），每组接收槽口在圆周方向均匀分布12个，长度相同，每组隔声槽在圆周方向均匀分布3个，轴线方向均匀分布4个，每组槽口内侧均安装1个扇区接收晶体（300），12个扇区接收晶体（300）安装方向一致，相邻扇区接收晶体（300）的距离是0.5ft。

4.根据权利要求1所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：所述发射部分（1）依次设有第一组发射槽（11），第一单级发射晶体（12），第一组发射隔声槽（13），第二组发射槽（14），第二单级发射晶体（15）；其中，第一组发射槽（11）内设有第一单级发射晶体（12），第二发射槽（14）内设有第二单级发射晶体（15），第一单级发射晶体（12）和第二单级发射晶体（15）之间设有若干个第一组发射隔声槽（13），第一组发射隔声槽（13）在圆周方向均匀分布3个。

5.根据权利要求4所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：第一单级发射晶体（12）和第二单级发射晶体（15）是单级整体圆柱体，第一单级发射晶体和第二单级发射晶体之间的距离是2ft，第一组发射槽（11）和第二组发射槽（14）在圆周方向均匀分布，每组数量是12个。

6.根据权利要求1所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：隔声部分（2）是由若干个第二组发射隔声槽（21）组成，第二组发射隔声槽（21）在圆周方向均匀分布3个。

7.根据权利要求1所述的阵列方位声波测井仪，其特征在于：所述扇区接收晶体（300）均分为12扇区，每个扇区设有切向正负极，整个扇区接收晶体均分成24份。