随钻方位声波发射换能器性能数值模拟分析

发射换能器作为随钻方位声波测井仪的核心组件,其工作性能直接影响井周方位信息的探测精度。研究了一种适用于随钻方位测井的瓦片状声波发射换能器,利用有限元数值方法模拟了该换能器的响应特性,考察钻铤和换能器尺寸对方位声源谐振频率及水平指向性的影响。结果表明,瓦片状声波发射换能器的谐振频率随着换能器高度或开角增加而降低;钻铤以及换能器开角是影响随钻方位指向性的重要因素,存在钻铤以及减小换能器开角均使得井周方位分辨率明显提高。为随钻方位声波发射换能器设计提供了理论依据。     

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。      

三叠片型偶极声波测井换能器的有限元设计

三叠片型偶极声波测井换能器可以用来测量快速地层和慢速地层的横波速度.基于有限元方法,对三叠片型偶极发射声波换能器进行结构仿真与设计.系统探讨了换能器尺寸和结构各参量的改动对换能器频率特性和辐射特性的影响.当压电陶瓷片的厚度增加、金属基片的厚度增加,或者压电陶瓷片的长度增加时,换能器的谐振频率升高;当金属基片的长度增加时,换能器的谐振频率降低.换能器的声辐射效率随压电陶瓷片或者金属基片长度的增加而增加,随它们厚度的增加而降低.     

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。      

阵列声波测井传输网络指向性及互易性分析

在声波测井中声束导向的效率除受换能器的几何参数及阵列声波发射单元的激励延迟时间或阵列接收器接收的各道声波信号偏移时间的影响外,还受换能器的形状和尺寸的影响。一般声波测井仪是由一维阵列声源和单接收器或由单声源和一继阵列接收器组成。换能器为薄圆管形压电换能器。采用相应的声波测井传输网络理论和指向性权系数的概念,计算了换能器的形状及大小对声束导向信号所造成的影响,并论证了声波测井仪中阵列声源和阵列接收器的互易性。通过调整声束导向参数和阵列接收器接收到的声波信号的时间偏移量,可使得接收首波幅度（阵列声源）和叠加波首波幅度（阵列接收器）最大。此外,运用数值模拟和实验对文中提出的最佳设计方案进行了验证。     

阵列声波测井传输网络指向性及互易性分析

在声波测井中声束导向的效率除受换能器的几何参数及阵列声波发射单元的激励延迟时间或阵列接收器接收的各道声波信号偏移时间的影响外 ,还受换能器的形状和尺寸的影响。一般声波测井仪是由一维阵列声源和单接收器或由单声源和一维阵列接收器组成。换能器为薄圆管形压电换能器。采用相应的声波测井传输网络理论和指向性权系数的概念 ,计算了换能器的形状及大小对声束导向信号所造成的影响 ,并论证了声波测井仪中阵列声源和阵列接收器的互易性。通过调整声束导向参数和阵列接收器接收到的声波信号的时间偏移量 ,可使得接收首波幅度 (阵列声源 )和叠加波首波幅度 (阵列接收器 )最大。此外 ,运用数值模拟和实验对文中提出的最佳设计方案进行了验证     

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。     

数字声波测井仪声系

本发明涉及一种油田测井仪器，特别涉及一种数字声波测井仪声系。其技术方案是包括电缆、连接与电缆的外壳体，外壳上装有隔声体，隔声体上部为发射区，下部为接收区，其中，所述的发射区由两个发射换能器组成；所述的接收区包括四个接收换能器。本发明的效果是：通过由发射换能器T1发射，其源距较长，可测定岩层的弹性模量，用于求解岩层强度、检查压裂效果及固井质量等，     

叠片型多极子阵列声波测井仪接收换能器灵敏度分析

基于有限元方法数值分析多极子阵列声波测井仪常用叠片型接收换能器的工作模态和接收特性,研究各种结构参数调整对换能器接收灵敏度的影响.增加换能器压电片厚度可以提高换能器的接收灵敏度;增加换能器长度和宽度只对单极接收部分的接收灵敏度有所提升而对偶极接收部分几乎没有影响.接收灵敏度对压电片厚度的改变最敏感,对换能器长度的改变次之,对换能器宽度的改变最不敏感.压电片厚度、换能器长度和宽度的增加都会导致谐振峰前移,使得接收响应更不平坦.在接收面积相同的情况下,矩形换能器灵敏度整体接收灵敏度要优于圆形结构.     

考虑压电声源-井孔系统的随钻方位声波测井数值模拟

随钻方位声波测井仪器是一种新型的声波测井仪器,在非均匀性复杂地层的精细勘探与开发中具有应用前景。综合考虑了压电声源-钻铤-井孔系统相互耦合作用,使用有限元ANSYS软件仿真计算了瓦片状声源的随钻方位声波测井仪器响应特征,以及声源的变形、表面不同位置处的振动位移,分析声源的谐振频率与辐射特性。模拟结果表明,声源振动变形复杂,与施加的激励信号存在较大差异。该声源谐振频率位于隔声体阻带之内,钻铤波得到有效压制,且该声源辐射出的能量具有明显的水平、竖直方位指向性。数值模拟了随钻方位声波测井仪器在均匀地层、方位分区变化地层以及过界面地层中的测井响应特征。模拟结果表明,基于该瓦片状声源的随钻方位声波测井仪器可准确测量地层的纵波慢度,识别井周地层方位速度信息,在跨界面地层中通过方位速度差异进行界面识别。研究对于随钻方位声波测井仪器的设计、研发以及使用具有指导意义。     

四极子源短源距声波全波测井仪

专利申请号:CN201210307873.8公开号:CN102828744A申请日:2012.08.28公开日:2012.12.19申请人:中国电子科技集团公司第二十二研究所本发明涉及一种四极子源短源距声波全波测井仪,发射器采用四极子声波发射换能器;接收器用四个以上的偶极换能器或四极子接收换能器;所述四极子声波发射换能器既作单极子发射,又作四极子发射,也可交替发射,当选     

随钻声波测井隔声体性能评价实验研究

隔声体是随钻声波测井的关键部件,既要保证有足够强度以满足钻井的需要,又要有效地衰减钻铤直达波的干扰,以便测到准确的地层信号.提出了一种用随钻声波测井单极子换能器测量隔声体声衰减性能的实验方法.采用发射和接收换能器均放在隔声体两端的补偿声衰减测量方案.通过推挽式功率放大器强迫驱动发射换能器产生不同主频的声波信号沿隔声体传...     

阵列声波偶极换能器的相位检测方法

多极子阵列声波偶极换能器具有严格的方向性。在更换偶极发射换能器总成时,需要对四个方向的换能器的相位进行检测,确定各个方向换能器相位是否正确。提供了偶极发射换能器的正确检测方法和维修实例。为仪修工程师更方便、快捷地维修阵列声波偶极换能器提供技术支持。     

几种换能器在测试槽中的实验分析

通过几种换能器在铝槽和PVC槽中进行的测试与分析,证明了新研制的、用于发射的径向极化换能器可以替代价格昂贵的大直径切向极化换能器.测试结果表明接收换能器的性能对声波信号的后续波有极大的影响.通过对比认为薄壁短圆环接收换能器效果最好,适用于全波列的测井仪器;并提出了改善3700长源距声波测井仪全波列信号的建议.     

随钻声波相控发射声系研究

国内随钻声波测井仪器的研究尚有一些关键技术问题需要解决,声系结构及其激励电路是随钻声波测井的关键技术之一。针对该技术问题,提出了一种可相控的阵列式声系设计方案,并设计了一种多通道换能器激励电路,激励信号的延迟时间和脉冲宽度可以精确控制。经过系统调试后,在实验室水池中进行了声场测试。研究结果表明,采用相控阵技术可以提高发射声系换能器激发能量,还可以在轴向上控制辐射声束偏转方向,使其具有一定方位分辨能力。研究结果为随钻声波测井仪器的研制提供了技术参考。     

起伏地表地震物理模型测试技术

有两个问题影响起伏地表的地震物理模型模拟:一是震源和接收器与模型的接触面尺寸;二是换能器与模型表面的耦合条件。文中用单层平层模型观测了直径3mm平面换能器、直径5mm纵波换能器的能量和波形特征,分别用直径6mm半球型换能器发射(或接收)、直径3mm平面换能器接收(或发射)组合得到了单层起伏地表模型的多炮记录,并得到以下认识:①球形换能器点接触方式较适合进行发射,用宽频带换能器做接收器比窄频带换能器效果好,用平面小直径换能器可以得到较好实验效果。②震源和接收器总有一定的尺寸,这就要求要对起伏地表模型做某些合理的平滑,以保证数据采集的可能。③在单层起伏地表模型测试中,直达波和面波的同相轴不是直线,模型平底界面的反射纵波同相轴也有一定起伏,面波和直达波的振幅随地表起伏变化较大,底界面的反射波振幅相对较小;与平层模型相比,在有效反射波以下有较多的干扰波,较难识别其来源;④小尺寸平面换能器在测试时只能采用顺势法放置,球形换能器用顺势放置法和垂直放置法的效果相近,但球形外壳的尺寸会引起定位精度误差。     

压电换能器一致性对声波测井曲线影响的探讨

声波测井在油气勘探中有着非常重要的作用,其传输用的发射和接收晶体一致性对声波测井曲线具有重要的影响,换能器振动时表现出的动态电性参数由换能器的振动模态决定.文章介绍了换能器的频率特征的测量原理,并对换能器压电晶体的频率特征进行了测量,分析了压电换能器频率特征一致性差对声波测井曲线的影响.     

井筒水声波无线通信系统关键技术与试验研究

针对现有井筒内无线信号传输技术传输速率低以及对使用环境选择性高的缺陷,提出了一种基于水声波的井筒无线通信方法,设计了井筒水声波无线通信系统。该系统由地面水声波发射系统和井下水声波接收系统组成。地面水声波发射系统对待传输信号进行编码、调制、放大和发射,井下水声波接收系统接收水声信道传输的地面信息并进行信号调理和解调,重点对水声信号处理电路、换能器及调制和解调算法等关键技术进行了研究,设计完成中心频率12 k Hz的水声发射、接收换能器及配套水声信号处理模块,通过室内和地面试验对水声信号不同距离下的通信能力进行了测试,实现了200 m距离下井筒水声波无线数据通信。研究结果表明:井筒水声波无线通信系统可实现以井筒内水声波为信号载体进行无线数据传输,具有较高的解码准确率和较强的抗干扰能力。研究内容为井筒内长距离水声通信技术的研究和试验奠定了基础。