一種雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有關(guān)一種地球物理測(cè)井方法及裝置，特別是指一種基于雙源反激技術(shù)的套 管井套管波干擾下地層縱波聲速的測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲波測(cè)井是一種重要的地球物理測(cè)井方法，其主要目的之一是測(cè)量地層縱波速 度，進(jìn)而對(duì)地層的孔隙度等儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這在裸眼井中已成為一種必測(cè)的項(xiàng)目。目 前，套管井聲波測(cè)井主要有聲幅測(cè)井、變密度測(cè)井以及扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井等，其均是對(duì)水泥 膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，不以測(cè)量地層聲波參數(shù)為目的。近年來(lái)，隨著人們加強(qiáng)對(duì)老油田剩余油 氣的開(kāi)發(fā)，或者某些井由于井眼穩(wěn)定性差不能進(jìn)行裸眼井測(cè)井作業(yè)，在套管井中進(jìn)行地層 評(píng)價(jià)聲波測(cè)井的需求越來(lái)越多。在套管井膠結(jié)質(zhì)量好的情況下采用傳統(tǒng)的數(shù)字聲波測(cè)井儀 通常能夠測(cè)量到地層的縱波速度，然而在膠結(jié)質(zhì)量差時(shí)，特別是在自由套管的情況下，由于 存在波幅很大的套管波的影響，地層縱波無(wú)法識(shí)別。專(zhuān)利號(hào)為ZL 200820028542. X的中國(guó) 實(shí)用新型專(zhuān)利描述了一種過(guò)套管聲波測(cè)井儀，僅適用于固井質(zhì)量不是很差的情況。
[0003] 對(duì)套管井條件下的井孔聲場(chǎng)理論模擬表明，即使是在自由套管的情況下，井中 接收到的聲波信號(hào)中也存在地層波的成分。然而，在實(shí)際聲波信號(hào)數(shù)據(jù)的量化采集時(shí)，模 數(shù)轉(zhuǎn)換器在量化過(guò)程中的信號(hào)的增益往往由波幅較大的套管波所控制，使得波幅很低的 地層波被模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化在采樣值的低位數(shù)字上。這樣采集的聲波數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確提取到地 層的聲速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能有效壓制套管波、并提高地層波信 噪比的基于雙源反激技術(shù)的過(guò)套管聲波測(cè)井方法及裝置。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其用于套管井 膠結(jié)差時(shí)地層縱波聲速的測(cè)量，該測(cè)井裝置包括聲系殼體、金屬筒、設(shè)于聲系殼體內(nèi)的雙發(fā) 射源、接收陣列及設(shè)置于金屬筒內(nèi)的發(fā)射與接收控制電路，該發(fā)射與接收控制電路連接雙 發(fā)射源并能對(duì)雙發(fā)射源實(shí)施雙源反激激勵(lì)，該發(fā)射與接收控制電路連接接收陣列并對(duì)接收 陣列的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、同步采集及數(shù)據(jù)處理并能將數(shù)據(jù)上傳地面儀。
[0006] 所述雙發(fā)射源包括與所述接收陣列距離較近的近發(fā)射源和與所述接收陣列距離 較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)發(fā)射源，該近發(fā)射源與遠(yuǎn)發(fā)射源為兩個(gè)參數(shù)一致的單極子壓電換能器。
[0007] 所述雙源反激激勵(lì)是指，所述遠(yuǎn)發(fā)射源先被激發(fā)，激發(fā)幅度為A1，所述近發(fā)射源延 時(shí)一定時(shí)間T后被激發(fā)，其激發(fā)極性和遠(yuǎn)發(fā)射源激發(fā)極性相反，激發(fā)幅度為A2。
[0008] 所述聲系殼體上對(duì)應(yīng)所述遠(yuǎn)發(fā)射源與近發(fā)射源的位置處分別設(shè)有遠(yuǎn)發(fā)射聲窗和 近發(fā)射聲窗，所述聲系殼體上對(duì)應(yīng)所述接收陣列的位置設(shè)有接收聲窗，在所述聲系殼體上 接收聲窗與近發(fā)射聲窗之間進(jìn)行刻槽形成隔聲體。
[0009] 所述接收陣列為由多個(gè)接收器組成的接收陣列，所述發(fā)射與接收控制電路包括發(fā) 射電路與接收電路，該發(fā)射電路與接收電路分別與井下控制單元連接；該發(fā)射電路包括分 別連接雙發(fā)射源的第一發(fā)射電路與第二發(fā)射電路，能分別產(chǎn)生兩路高壓脈沖并分別激勵(lì)該 雙發(fā)射源；該第一發(fā)射電路包括依次連接的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一濾波放大單元及第一功 率放大單元，該第二發(fā)射電路包括依次連接的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二濾波放大單元及第二 功率放大單元，且第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接井下控制單元；所述接收電路包 含與各接收器一一對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理單元及與每一信號(hào)調(diào)理單元對(duì)應(yīng)連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該 模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接該井下控制單元并在其控制下同步采集對(duì)應(yīng)的每一接收器的電信號(hào)。
[0010] 本發(fā)明還提供一種利用雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置進(jìn)行測(cè)井的聲波測(cè)井方法， 該方法包括： 步驟一、將雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置放入井孔中； 步驟二、對(duì)雙發(fā)射源實(shí)施雙源反向激發(fā)，這兩個(gè)發(fā)射源激發(fā)出的套管波在接收處同時(shí) 到達(dá)、極性相反、幅度相同，所述雙發(fā)射源包括近發(fā)射源與遠(yuǎn)發(fā)射源； 步驟三、發(fā)射的同時(shí)，接收電路同步采集接收陣列上的聲波信號(hào)，該聲波信號(hào)是由雙發(fā) 射源激發(fā)出的；由于采用雙源反激激勵(lì)方式，該信號(hào)中的套管波成分得到壓制，地層波信噪 比得到增強(qiáng)； 步驟四、將地層波信噪比增強(qiáng)了的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，上傳地面儀計(jì) 算得出地層波速度。
[0011] 所述步驟二具體為：測(cè)井時(shí)，所述遠(yuǎn)發(fā)射源先被激發(fā)，激發(fā)幅度為A1，近發(fā)射源延 時(shí)一段時(shí)間t之后被激發(fā)，激發(fā)極性與遠(yuǎn)發(fā)射源反相，且激發(fā)幅度為A2。
[0012] 所述近發(fā)射源和遠(yuǎn)發(fā)射源的發(fā)射幅度按以下步驟確定： 1) 設(shè)置只有遠(yuǎn)發(fā)射源工作，發(fā)射幅度為A1，取近發(fā)射源的初始發(fā)射幅度a2=Al ; 2) 設(shè)置只有近發(fā)射源工作，發(fā)射幅度為a2 ; 3) 記錄接收陣列上接收到得波形，計(jì)算幅度不匹配度ka ; 4) 令a2 = a2_da，da為幅度步長(zhǎng)； 5) 重復(fù)步驟2) ~ 4)，直到發(fā)射幅度a2達(dá)到最小幅度，找出使ka取最小值對(duì)應(yīng)的發(fā)射 幅度A2,從而確定出遠(yuǎn)發(fā)射源的發(fā)射幅度A1、近發(fā)射源的發(fā)射幅度A2。
[0013] 所述近發(fā)射源和遠(yuǎn)發(fā)射源的最佳延遲時(shí)間t按照下列公式確定：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其特征在于，其用于套管井膠結(jié)差時(shí)地層縱波 聲速的測(cè)量，該測(cè)井裝置包括聲系殼體、金屬筒、設(shè)于聲系殼體內(nèi)的雙發(fā)射源、接收陣列及 設(shè)置于金屬筒內(nèi)的發(fā)射與接收控制電路，該發(fā)射與接收控制電路連接雙發(fā)射源并能對(duì)雙發(fā) 射源實(shí)施雙源反激激勵(lì)，該發(fā)射與接收控制電路連接接收陣列并對(duì)接收陣列的信號(hào)進(jìn)行信 號(hào)調(diào)理、同步采集及數(shù)據(jù)處理并能將數(shù)據(jù)上傳地面儀。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其特征在于，所述雙發(fā)射源包 括與所述接收陣列距離較近的近發(fā)射源和與所述接收陣列距離較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)發(fā)射源，該近發(fā)射 源與遠(yuǎn)發(fā)射源為兩個(gè)參數(shù)一致的單極子壓電換能器。
3. 如權(quán)利要求2所述的雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其特征在于，所述雙源反激激 勵(lì)是指，所述遠(yuǎn)發(fā)射源先被激發(fā)，激發(fā)幅度為A1，所述近發(fā)射源延時(shí)一定時(shí)間T后被激發(fā)， 其激發(fā)極性和遠(yuǎn)發(fā)射源激發(fā)極性相反，激發(fā)幅度為A2。
4. 如權(quán)利要求2所述的雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其特征在于，所述聲系殼體上 對(duì)應(yīng)所述遠(yuǎn)發(fā)射源與近發(fā)射源的位置處分別設(shè)有遠(yuǎn)發(fā)射聲窗和近發(fā)射聲窗，所述聲系殼體 上對(duì)應(yīng)所述接收陣列的位置設(shè)有接收聲窗，在所述聲系殼體上接收聲窗與近發(fā)射聲窗之間 進(jìn)行刻槽形成隔聲體。
5. 如權(quán)利要求1所述的雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置，其特征在于，所述接收陣列為 由多個(gè)接收器組成的接收陣列，所述發(fā)射與接收控制電路包括發(fā)射電路與接收電路，該發(fā) 射電路與接收電路分別與井下控制單元連接；該發(fā)射電路包括分別連接雙發(fā)射源的第一發(fā) 射電路與第二發(fā)射電路，能分別產(chǎn)生兩路高壓脈沖并分別激勵(lì)該雙發(fā)射源；該第一發(fā)射電 路包括依次連接的第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一濾波放大單元及第一功率放大單元，該第二發(fā)射 電路包括依次連接的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二濾波放大單元及第二功率放大單元，且第一數(shù) 模轉(zhuǎn)換器與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接井下控制單元；所述接收電路包含與各接收器一一對(duì)應(yīng)的 信號(hào)調(diào)理單元及與每一信號(hào)調(diào)理單元對(duì)應(yīng)連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接該井下控 制單元并在其控制下同步采集對(duì)應(yīng)的每一接收器的電信號(hào)。
6. -種利用權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置進(jìn)行測(cè)井 的聲波測(cè)井方法，其特征在于，該方法包括： 步驟一、將雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井裝置放入井孔中； 步驟二、對(duì)雙發(fā)射源實(shí)施雙源反向激發(fā)，該兩個(gè)發(fā)射源激發(fā)出的套管波在接收處同時(shí) 到達(dá)、極性相反、幅度相同，所述雙發(fā)射源包括近發(fā)射源與遠(yuǎn)發(fā)射源； 步驟=、發(fā)射的同時(shí)，接收電路同步采集接收陣列上的聲波信號(hào)，該聲波信號(hào)是由雙發(fā) 射源激發(fā)出的；由于采用雙源反激激勵(lì)方式，該信號(hào)中的套管波成分得到壓制，地層波信噪 比得到增強(qiáng)； 步驟四、將地層波信噪比增強(qiáng)了的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，上傳地面儀計(jì) 算得出地層波速度。
7. 如權(quán)利要求6所述的聲波測(cè)井方法，其特征在于，所述步驟二具體為；測(cè)井時(shí)，所述 遠(yuǎn)發(fā)射源先被激發(fā)，激發(fā)幅度為A1，近發(fā)射源延時(shí)一段時(shí)間T之后被激發(fā)，激發(fā)極性與遠(yuǎn) 發(fā)射源反相，且激發(fā)幅度為A2。
8. 如權(quán)利要求7所述的聲波測(cè)井方法，其特征在于，所述近發(fā)射源和遠(yuǎn)發(fā)射源的發(fā)射 幅度按W下步驟確定： 1) 設(shè)置只有遠(yuǎn)發(fā)射源工作，發(fā)射幅度為Al，取近發(fā)射源的初始發(fā)射幅度a2=Al ; 2) 設(shè)置只有近發(fā)射源工作，發(fā)射幅度為a2 ; 3) 記錄接收陣列上接收到的波形，并計(jì)算幅度不匹配度ka ; 4) 令a2 = a2-da，da為幅度步長(zhǎng)； 5) 重復(fù)步驟2) ~ 4)，直到發(fā)射幅度a2達(dá)到最小幅度，找出使ka取最小值對(duì)應(yīng)的發(fā)射 幅度A2,從而確定出遠(yuǎn)發(fā)射源的發(fā)射幅度A1、近發(fā)射源的發(fā)射幅度A2。
9.如權(quán)利要求6所述的聲波測(cè)井方法，其特征在于，所述近發(fā)射源和遠(yuǎn)發(fā)射源的最佳 延遲時(shí)間T按照下列公式確定； 巧 T =- 叫 其中，D為遠(yuǎn)發(fā)射源和近發(fā)射源在軸向的間距，Vt為套管波波速。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙源反激過(guò)套管聲波測(cè)井方法及裝置，該測(cè)井裝置包括聲系殼體與設(shè)于聲系殼體內(nèi)的雙發(fā)射源、接收陣列及金屬筒與置于金屬筒內(nèi)的發(fā)射與接收控制電路，該發(fā)射與接收控制電路連接雙發(fā)射源并能對(duì)雙發(fā)射源實(shí)施雙源反激激勵(lì)，該發(fā)射與接收控制電路連接接收陣列并對(duì)接收陣列上的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、同步采集及數(shù)據(jù)處理并能將數(shù)據(jù)上傳地面儀。本發(fā)明基于雙源反激技術(shù)，能有效壓制套管波，從數(shù)據(jù)采集的源頭上提高地層波的信噪比，基于此技術(shù)的聲波測(cè)井裝置能夠在套管井中測(cè)量地層聲速，即使在膠結(jié)不好的情況下也能獲取地層聲速，提高了套管井地層評(píng)價(jià)聲波測(cè)井的適用范圍。
【IPC分類(lèi)】E21B47-00, E21B49-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104594878
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410668882
【發(fā)明人】唐曉明, 張博, 蘇遠(yuǎn)大, 譚寶海
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年11月20日