隔声体性能评价的方法研究

提出了在实验室内评价声波测井仪器的隔声体性能的评价方法。在实验室评价隔声体的性能时，应在隔声体的两端各连接一定长度的补偿管用于模拟隔声体上下两端的部件和消除边缘效应，应采用激震源和接收信号的三轴加速度计均放置在隔声体外侧两端的测量方案，用以消除不同加速度计的物理性能不一致对测量结果的影响，三轴加速度计作为接收探头可以评价隔声体的相互正交的3个振动方向上的隔声量和时延时，给出了实现上述测量方案的实验装置和测量实例。     

钻铤结构对随钻声波测井响应的影响

为了有效提取随钻声波测井时的地层声波信息,采用有限差分法和时间慢度相关分析法,研究了钻铤外径、钻铤内径、钻铤内部变径和钻铤外壁刻槽等因素对钻铤波传播的影响。模拟计算结果显示,钻铤外半径变大时,即钻铤外壁和井壁的间隙较小时,接收波形里没有地层横波;钻铤内半径变小时,钻铤波、地层横波和斯通利波幅度变化不大,但是当钻铤壁厚变薄时斯通利波幅度明显增大;钻铤内变径对钻铤波幅度的影响,主要取决于声源频率是否在钻铤固有阻带频率范围内;钻铤外壁刻槽后,钻铤波幅度变小,可以从接收波形里提取出地层纵波。研究结果表明,钻铤的内径和外径变化会对地层横波和斯通利波的接收产生影响,而钻铤的内壁和外壁形状（如刻槽）会对钻铤波的幅度产生影响,钻铤结构与随钻声波测井响应的变化关系可以为随钻声波测井仪隔声体设计和随钻声波测井资料解释提供理论依据。      

APX随钻声波测井仪简介

在钻进时就能及时获得所钻地层的孔隙度、岩性等参数,把握是否有裂缝、含油气、欠压实等信息,将大大提升资料的价值,为科学高效的油气开发创造条件,随钻声波测井技术正在承担这一重要角色.为了推动国内随钻声波测井技术的发展,在大量调研的基础上,从仪器的结构组成、性能指标,包括全向声源、声波隔离器、接收器阵列、电路、隔声处理等方面,全面地介绍了贝克休斯INTEQ公司生产的随钻声波测井仪APX(Acoustic Properties eXplorer)系统,该系统已经投入到现场应用和商业运营.     

随钻四极子声波测井仪的设计及试验

针对随钻单极子声波测井仪器无法随钻测量软地层横波速度的问题,设计了一种随钻四极子声波测井仪。该测井仪由Drilog?随钻测井系统、接收电路、扶正器、接收声系、隔声体、发射声系及发射电路组成。详细介绍了随钻四极子声波测井仪关键部件发射换能器、隔声体和接收声系的设计实现方法,并通过试验和模拟方法验证了这些关键部件的功能。该测井仪在新疆轮台KS3-B1Sa井进行了试验,测得了高质量单极子全波及四极子横波信号,且硬地层单极子全波中的横波时差与四极子横波时差吻合。现场试验表明,随钻四极子声波测井仪的功能达到了设计要求,可以随钻测量地层的横波速度,为准确评价地层提供测井数据。      

随钻声波测井环槽隔声体的强度分析

凹槽隔声体是随钻声波测井中普遍采用的一种隔声体,通过数值模拟方法研究了凹槽隔声体最大等效应力出现的区域,以及扭矩、过渡圆弧半径、凹槽深度、槽间距和槽宽度对隔声体机械强度的影响。分析结果表明:扭矩对隔声体的机械强度有较大的影响,在实际计算过程中不能忽略;无论加载扭矩与否,隔声体机械强度最弱的区域出现在内过渡圆弧半径处;隔声体上的最大等效应力与凹槽深度呈线性关系,在满足隔声量与时延量的情况下可以适当减小凹槽深度;隔声体的最大等效应力出现在内过渡圆弧半径处,随着过渡圆弧半径的增大应力逐渐减小。所得结论对环槽隔声体的设计具有一定的参考作用。     

国产随钻单极声波测井仪的设计及应用

研制了一种随钻单极声波测井仪器,介绍了仪器的结构特点和技术指标,并详细阐述了仪器的3个关键部件的设计过程,涉及发射与接收换能器的结构设计与封装方式设计,隔声体的固有阻带和刻槽后的阻带设计。实验室水槽测试验证了仪器的可靠性。使用该仪器在新疆某井硬地层与软底层进行了实钻测量,结果显示,仪器在硬地层可测量到纵波、横波及斯通利波信号,波形信噪比良好,时差具有很好的相关性;在软地层可测量纵波及斯通利波信号,不能测量地层横波信号;随钻测量纵波时差结果与电缆声波测量结果有很好的一致性。     

随钻声波测井新技术

在诸多钻井决策中,优选泥浆比重是最具挑战性而且也是最重要的决策之一。如今,新型随钻声波测井仪器的应用能够更好地帮助钻井工程师进行这些钻井决策。     

最新随钻声波测井仪的技术性能与应用实例

详细介绍了贝克休斯公司APX随钻声波测井仪、哈里伯顿公司CLSS随钻声波测井仪、斯伦贝谢公司新一代随钻声波测井仪sonicVISION的工作原理、技术优势及应用实例。重点介绍了APX随钻声波测井仪为声学仪器优化配置而设计的计算机模型(FEA)、与典型LWD仪器等单向有线测井仪不同的全向发射器、以实现径向多极子声源激发的6×4全向接收器阵列、具有多频调节功能的隔声带、有助于提高仪器信噪比的信号源、用于噪声探测的加速度计和用于不同地层不同测量模式的四极子波技术等。较全面地分析了三大公司最新研制的随钻声波测井仪器的技术性能和应用情况,为国内开展同类技术研究及仪器的研制,提供了可借鉴的资料,并建议我国应该研发具有自主知识产权的随钻声波测井仪器。     

随钻声波测量

一种新型的随钻测井仪（ＬＷＤ）可以实时提供纵波△ｔ测量值及记录模式。这种声波测井仪与现代电缆声波测井仪具有相同的工作原理。在钻井钻进过程中，声波发射器发射声波脉冲，而这些声波脉冲通过泥浆和地层传播后被阵列接收器接收。使用一种井下处理算法把地层的纵波△ｔ从波形中提取出来，并且通过泥浆遥测技术把它实时地发射到地面。纵波△ｔ和孔隙度曲线可用于识别岩性和确定超压层位。另外，△ｔ曲线也可用于制作合成地震记录     

随钻声波测井声系短节模拟样机试验研究

针对随钻声波测井中换能器技术及装配的难题,研制了随钻声波测井声系短节模拟样机,基于随钻单极声波测井理论,以指向性、接收响应、单极测量功能等3个指标评价了声系短节及各组成部分的性能及特性。结果表明:发射声系以单极发射向外辐射的声场具有一定的周向均匀性,其指向性接近于一个圆,可组成单极声波发射器;接收器的接收灵敏度均值在-208.0 dB附近,偏差在2.0 dB以内,接收响应一致性良好,可组合相加接收单极声波信号;以单极测量功能进行的模型井整机联调试验获得了套管井波列,提取的套管波传播速度为5245.6 m/s,相对误差小于3.0%。这表明随钻声波测井声系短节具有单极发射、单极接收的测量功能,可用于模拟随钻单极声波测井,为随钻声波测井仪的研制提供试验数据。      

随钻多极子声波测井仪接收声系的优化设计与试验

随钻多极子声波测井仪的接收声系直接影响采集信号的质量和测井仪机械结构的稳定性。为此,采用有限元法与试验测量相结合的方法,优化设计了随钻多极子声波测井仪器的接收声系。接收声系模拟分析结果表明,接收声系的性能主要受压电陶瓷片厚度、面积、封装外壳厚度及表面平整度的影响：压电陶瓷片厚度越大,接收灵敏度越高,频率在15 kHz以下时压电陶瓷片表面积对接收灵敏度影响不大;接收声系封装外壳的厚度越小,表面平整度越好,接收灵敏度的变化幅度越小。在此基础上,采用3D打印技术加工了厚度分别为0.5和2.0 mm的长条方管铝制金属外壳,并对制作的接收声系进行了灵敏度试验,试验结果与理论计算结果基本吻合,采用薄壁接收声系外壳更有利于接收测量信号。随钻多极子接收声系的优化设计为国产随钻声波测井仪的研制提供了新思路。     

随钻多极子声波测井仪接收换能器的数值模拟

接收换能器是随钻多极声波测井仪的关键器件,其性能直接影响测量信号的质量。利用有限元法分析了边界条件、金属基片厚度以及封装方式对随钻多极子声波测井仪叠片型接收换能器振动模态和接收灵敏度的影响。模拟结果表明,两端钳定边界条件下换能器一阶伸缩振动模态的谐振频率最高,声波测井工作频率范围内接收灵敏度曲线最平缓、起伏最小,接收灵敏度较高,是随钻多极子声波测井仪最适合的一种机械安装方式。中间金属基片厚度对接收换能器灵敏度有一定影响,接收灵敏度随着金属基片厚度的增加而略有升高,且频率为3 kHz附近的灵敏度跳跃点往高频移动、起伏变大。采用充满硅油的长方体壳体对接收换能器封装,接收灵敏度比无壳体有较大差异,灵敏度曲线在多个频率点存在跳变,工作频段内起伏变大。数值模拟结果对随钻多极子声波测井仪接收换能器设计、制作及正确安装起到良好的指导作用。     

随钻声波测井在非压实慢地层的测量

随着近几年随钻声波测井技术的广泛应用,在实际应用过程中遇到过各种不同类型的地层和钻井环境。其中对随钻声波测井的一个挑战就是在深水油藏钻探中经常遇到的埋藏浅、未压实的慢速地层。通过分析这种地层环境下的声波现象,我们指明一种在3-4KHz范围内进行的低频测量方法。在此频率范围内的纵波有很好的信噪比,甚至在有钻井噪音的情况下数据质量也很好。但是,波通常有衰减和频散特性,频散的程度取决于地层的软度(泊松比)和可能的地层速度的径向变化。油田数据实例阐明了应用上述方法能在未压实慢地层得到可靠的纵波慢度。     

随钻测井用涡轮发电机叶轮组水力性能分析

采用CFD方法对某型随钻井下涡轮发电机叶轮组进行数值分析,计算叶片的水力特性,预测叶轮的输出性能。首先,提取叶轮模型的几何特征参数,采用CFD分析软件FINE/Turbo建立仿真模型,并对叶轮组进行全三维数值仿真模拟,得出静子叶片出口流动角和转子叶片进口流动角沿径向分布规律,以及转子叶片压力系数沿径向分布等水力特性参数。然后通过计算得到叶轮的输出功率、输出扭矩和效率等宏观特性参数,并解释了叶轮输出特性与叶片水力特性之间的关系。最后通过试验验证数值仿真叶轮的转速误差在6%以内。研究结果可为叶片改型和叶轮输出性能的改进提供参考。     

声波测井压电振子温度性能一致性实验研究

新一代声波测井技术采用了相控圆弧阵作为声波辐射器,构成圆弧阵的压电振子的耐高温性能一致性是一项重要的技术指标。以相控圆弧阵所使用的阵元为例实验研究了压电振子的耐高温性能以及阻抗特性一致性随温度的变化。测试结果表明,压电振子的谐振频率和静态电容随着温度的升高而增大,而最大电导和脉冲响应幅度随着温度的升高而降低;压电振子的阻抗特性一致性随着温度的升高相对下降,150℃下相对变化量可控制在4%以内。将压电振子从高温环境冷却至常温27℃后,压电振子的阻抗特性具有可恢复性。经测试的压电振子的耐温指标能够达到150℃左右,且高温下阻抗特性一致性较好,能够满足井下高温环境的应用要求。     

随钻电磁波电阻率温度修正方法研究

随钻电磁波电阻率测量是实时获取地层电阻率并进行地质导向钻井的主流技术。为了分析温度对随钻电磁波电阻率测量精度的影响,针对自主研发的MRC随钻电磁波电阻率测井仪器,采用吊零刻度与温度标定相结合的方法,通过无磁高温测试装置对仪器刻度标定,对不同温度下的测量结果进行了分段拟合修正。研究结果表明:随钻电磁波电阻率测井仪器测量误差通常包括零点漂移误差和温度漂移误差,修正之后的MRC随钻电磁波电阻率测井仪器在7.5~110.0℃温度范围内,相位差测量误差不超过0.005°,幅度比测量误差不超过0.01 dB,能够有效分辨薄层,准确测量大动态范围的电阻率变化。所得结果可为随钻电磁波电阻率测量方法的优化提供参考。