钻柱中声信号传输试验研究

为研究声信号在钻柱中的传播,建立了近钻头声传输试验系统和周期性钻柱结构声传输试验系统。在试验系统上对声信号在周期性钻柱结构中的传输特性进行试验。结果发现,若采用动力钻具和MWD探管组成的随钻系统,可实现声信号的近钻头传输,但由于探管与钻具连接方式和尺寸结构差别大等原因会引起接收声信号的严重衰减。在周期性钻柱结构中,激振器输入激励信号为方波时占空比的变化对接收信号峰峰值影响明显,且方波作为激励信号,占空比在50%以内时,接收信号较理想;对于同一钻柱结构,信号频率增大会引起接收信号幅值减小;在同一频率条件下,钻柱组合的变化对接收信号的幅值存在较明显的影响。     

多频率阵列声波测井仪

一种多频率阵列声波测井仪，由光纤电缆、光电密封连接头、电光转换发送电路、自然γ测井仪、多频声波发射、接收控制电路、井内液体声波测量探头多频声波发射、接收阵列声系、声波井径测量仪组成，利用了声波测井在裸眼井中对井壁地层的径向探测深度与声波信号的频率（波长）有关，在井下发射频率为40kHz、20kHz、8～10kHz、0．75kHz、0．5kHz或1kHz的五种声波信号，测量记录前三种频率声波信号的完整波列，实现对井壁附近不同径向距离处岩层声学性质的记录。所测量记录的全波列可进行频谱分析，     

随钻声波测井声系短节的研制与测试

为满足钻井过程中对地层压力实时监测和地质力学计算的需要,开展了随钻声波测量关键技术研究,研制了随钻声波测井声系短节。该短节内外径分别为57.2 mm和171.0 mm,采用"一发两收"的工作模式,发射声系安装一个单极子发射换能器,接收声系安装2个接收器,每个接收器由4个宽频接收换能器组成。发射声系和接收声系采取分离式设计,声波发射器和接收器之间的距离可以调整,接收器之间的距离固定为200 mm。利用声波测量试验装置测试发现,发射声系的声波激发频率为12.92 kHz,声场指向性图近似于一个椭圆,接收声系的8个接收换能器的谐振频率为30.84~33.53 kHz,平均谐振频率为32.23 kHz;利用该短节和随钻声波测量电路获得了试验套管井的声波全波列波形,计算得到套管的声速为5 100 m/s。随钻声波测井声系短节的成功研制,为国内随钻声波测井仪器的开发提供了新的技术思路。      

专利技术

专利名称:多频率阵列声波测井仪专利申请号:03213528.9公开号:CN2632687申请日:2003.05.30公开日:2004.08.11申请人:徐凌堂一种多频率阵列声波测井仪,由光纤电缆、光电密封连接头、电光转换发送电路、自然γ测井仪、多频声波发射、接收控制电路、井内液体声波测量探头多频声波发射、接收阵列声系、声波井径测量仪组成,利用了声波测井在裸眼井中对井壁地层的径向探测深度与声波信号的频率(波长)有关,在井下发射频率为40kHz、20 kHz、8~10 kHz、0.75 kHz、0.5 kHz或1 kHz的五种声波信号,测量记录前三种频率声波信号的完整波列,实现对井壁…     

声电效应测井模型实验研究

模型井实验表明,在渗透性孔隙地层包围的井中发射声波时,井内不仅可以接收到声波,还可以接收到波动电场,该电场伴随声波行进,在两种不同地层的分界面处,还产生了以电磁波速度传播的电场,这两种转换电场幅度的相对大小,与地层水矿化度及其与井中水矿化度差异有关,在井中激励交变电场时,井内可以接收到声波,在用实际储层砂岩做成的模型井中,也测量了声－电转换波和电－声转换波,随着地层水矿化度增大,声－电转换信号幅度减小,电－声转换信号幅度增大。     

远探测反射波声波测井方法实验研究进展

在井下发射低频声波信号,按地震勘探工作方式接收反射波已经从理论和实际测井资料解释中得到确认.介绍了用大幅度(4000V)的窄脉冲激发声学探头,得到频率接近10 kHz的、可用于远探测反射波声波测井的低频声波信号的实验过程.为接收低频反射波信号,应该选择谐振频率较低的接收探头.在模拟井中按上述思路组装的声系可以测量记录到距离井壁约7～10 m处声学界面的反射波信号.实验结果可作为远探测反射波声波测井声系设计的依据.     

钻柱结构声传性能试验研究

采用瞬态分析方法对周期性结构钻柱进行分析,建立了钻柱信道声传输性能试验系统,用该试验系统研究激励信号频率和钻柱结构对声信号传播的影响,对接收信号的时域波形、幅值和频谱的变化规律进行分析。研究结果表明,声信号在传播过程中会衰减,衰减与传输距离和信号频率有关,并随着距离和频率的增大而加剧;为保证声波遥传,工作频率应小于1 kHz;钻柱几何结构、物理参数对传输性能影响很大,随着频率增大,信号幅值减小,信号波形失真程度加剧;钻杆连接处有杂质或连接不紧密会加剧信号失真程度,激振器与钻柱端面接触不紧密时将产生较大的杂波干扰,因此应使激振器与钻杆端面紧密接触,保证连接部位的清洁。     

井下钻柱信道的声传播特性

基于钻柱信道的随钻数据声波传输方式能够满足现代钻井速度快、传输数据量大的要求。在声传播特性分析模型建立基础上,采用传递矩阵计算方法,对不同钻柱组合的声传播特性进行了研究。结果表明,钻柱信道的一个最明显特征是窄频带多波段通信。钻柱信道的几何结构、物理参数和信号频率对信道传输性能有显著影响,随着信号频率和传输距离的增大,接收信号衰减程度增大,同时信道的声传输性能还受钻柱材料的弹性模量和密度的联合作用影响。对于周期性钻柱,当钻杆长度增大时,通带中心向低频偏移,通带和阻带变窄;当接头横截面积减小时,通带变宽,阻带变窄,一个频带周期内通带中心向频带中心频率偏移,距离频带中心越近,其偏移量越大。对于非周期性钻柱,结构和物理参数差异的增大,会引起钻柱信道频域特性的显著变化,声传输性能显著下降。信噪比是影响井下信息声传输系统设计的关键因素,同时为了实现声波遥测,声传输方式的通信工作频率应尽量选择低频。     

用光纤电缆传输信号的多种频率阵列声波测井

介绍了光纤电缆传输系统传输速率为10 Mbit/s的多频率阵列声波测井仪及实际测井案例.多种频率阵列声波测井仪器的声系能在井下发射频率为10、20、40 kHz等3种声波信号,用2组各有8个接收探头组成的接收阵列.用3种频率的探头进行的井下声学性质测量,可以获得在井壁附近不同径向深度处的介质的声学性质的测量记录结果.用长度为4 250 m的光缆及相应的井下电-光转换系统(井下光端机),井下光电马笼头,地面绞车上的光电转换滑环(光电滑环)和地面的光-电转换系统(地面光端机),已经能保证所传输信号的损失在10 dB以下,目前已经能以1.25 Mbit/s的速率传输井下采集的3种频率的声波波列信号,并已在辽河油田的模拟井内成功地进行了现场实验.     

声信号在井下管结构传输特性的研究

井下管结构声波的传输方式是用沿钻杆传播的弹性波作为载波,使得井下的数据成功传输到地面。这种传输方式简单易行,且投资少;但因钻柱结构的变化影响声传播特性,信号因反射和折射而衰减,限制信号的传输。目前,普遍采用理想周期性管结构来研究钻柱的声波传播特性,理想周期性钻柱的声波传播呈现出频带具梳状滤波器结构特性,且频带分布具有一定的周期性和对称性。钻柱不可能是由同一钻具连接的周期模型,而是根据地层的需要进行不同钻具组合,所以需要研究非周期性钻柱声波信道。利用双端口网络法建立周期和非周期的钻柱信道模型,并分别研究不同的钻柱特性,得到非周期性钻柱由于结构变化加剧,通带衰减也大幅增加。