随钻声波测井研究进展

论述了随钻声波测井的纵波测量、横波测量及仪器的发展,分析了随钻声波测井面临的难题.随钻纵波测井仪器隔声体是实现随钻纵波测量的关键;利用漏能纵波求取极慢地层的纵波速度的方法也有所发展.埘随钻横波测井进行r总结.快地层随钻横波测井除了可以采用单极子测量,还可以采用四极子模式进行测量;慢地层随钻横波测井可以有偶极子或四极子等方式进行测量,存在争议的是慢地层随钻偶极子的横波测量足否可行.对仪器偏心的研究表明从随钻偶极子中提取地层横波足有可能的.随钻声波测井由于偏心的原因无论采用何种模式进行测量都会产生频散.总结了随钻测井噪声的研究现状,表明噪声均为低频噪声,埘随钻横波测井有一定影响.     

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...     

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。      

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。     

不同环境下随钻测井中的横波和纵波测量

随着双偶极声波测井的发展，在随钻测井环境下我们可以利用双偶极声波测井获取地层的横波速度。该文提供了不同环境下随钻测井的实例，特别是双偶极横波测井。通过这些例子，我们着重讨论几个影响双偶极声波测井的主要因素，其中包括频散效应及其控制因素如噪声干扰、仪器偏心、地层类型(快或慢)及地层的各向异性影响。我们利用理论数学模型来分析和解释数据表达的波形，证明了在钻井液特性、仪器和井眼尺寸已知的情况下，频散效应在理论上是可以校正的，但是钻井液特性及仪器偏心的不确定性又会引起误差，与钻井相关的噪音及仪器偏心又会产生其他噪声，对数据产生干扰。有证据表明，钻井噪声与钻井速度有关。在噪声存在的情况下，要使测量数据可靠，关键在于提高信噪比。在快地层中，双偶极声波测井在5～12kHz的工作频率内可以直接测量地层的横波速度而无需频散校正。地层方位上的各向异性也会增加双偶极声波测井解释的复杂性。当地层的各向异性较大时，能够测量到快、慢两个双偶极波，这时可以直接利用这两个波确定地层的各向异性。但是对于各向异性中等大小的地层．较慢的双偶极波在数据中占主要地位，测量的声速偏向于慢波速度，了解这些影响因素。有助于从LWD(随钻测井)测井中准确地提取地层的声波特性。     

声波测井仪器接收换能器隔声设计

不论是阵列声波测井仪器还是普通声波测井仪器，发射与接收换能器之间的连接、接收换能器之间的连接，既要考虑机械结构的稳定性，更要考虑声波的隔声效果，以避免声波沿着连接部分传播。文章先给出一个实际的测井波形实例，引出隔声设计对声波测井资料的影响；然后，用一维声波传播模型给出了一种隔声设计方法。用该方法分析目前声波测井仪器所采用结构的隔声效果，发现在25kHz附近隔声效果比较差。为此，重新对连接方法进行了优化设计，新的阵列声波测井仪器研制中使用了这种隔声结构，在实际测井资料中收到了比较好的效果。     

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。      

随钻前视声波测井钻头前方声场特征研究

现有声波测井仪器无法满足前视探测需求,为此开展了基于相控阵技术的随钻前视声波测井技术研究.采用相控线阵声波辐射器和相控圆弧阵声波接收站,分别实现声波能量的定向辐射和扫描接收;利用有限差分算法,分别模拟了随钻条件下钻头前方存在一个地层界面时的单极和相控阵声波测井响应.模拟结果表明,由于井底散射的影响,随钻前视声波测井的波...     

声波测井压电换能器的一致性问题

针对实际生产中存在的声波测井仪器的一致性比较差 ,发射声波能量和接收灵敏度比较低等问题 ,用声波测井波动声学的原理讨论声波测井频率对声波时差和声幅测量结果的影响。对于裸眼井声波测井波形中的首波来讲 ,其速度随频率变化比较小 ,但是 ,幅度受井孔的固有频率影响 ,随频率变化比较大。这样 ,声波测井仪器的压电换能器频率的一致性是影响仪器性能、造成上述问题的主要原因。用导纳圆测量的方法给出了确定声波测井压电换能器频率一致性的具体技术。为了提高仪器的性能指标 ,提出了配对更换压电换能器的仪器检修方法。结合井内固有频率选择相应的声波测井仪器 ,可以达到增加针对性 ,减少盲目性 ,有效地提高测井成功率的目的     

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。     

提高声波测井仪器性能的关键--换能器的频率特征

常规测井系列中，补偿声波和声波变密度测井仪器是比较重要的仪器，其性能的改进对提高测井技术水平具有重要意义。文章从裸眼和套管井内传播的声波具有明显的频率选择性出发，讨论声波测井仪器性能的改进问题，并且结合换能器的导纳圆测量结果，给出了具体的提高声波测井仪器性能的方法。即用导纳圆测量系统测量装在仪器上的换能器的主频和频带宽度，以不同地层的井内能够传播的声波的频率特征为基础选择相应的声波测井换能器或仪器。以保证在裸眼井内测量的波形中首波是以地层的纵波速度传播的，在套管井内，首波是反应固井胶结质量的套管波。     

疏松慢地层中随钻声波测井技术

近几年随着随钻声波测井技术在世界范围内的广泛应用,测井服务中遇到了更多钻井环境和地层类型,其中深水储层中疏松慢地层对随钻声波测井技术提出了新的挑战.通过研究,编制了一套该环境下声波测量程序,即在2～4kHz范围内进行低频测量.在该频率范围内,压缩波有很好的信噪比,虽然有钻井噪声,但数据质量仍很好.声波一般都发生衰减(或漏能,即辐射能量进入地层)和频散,其频散度取决于地层松软度(尤其是泊松比)和地层的径向变化.地层变化可通过对比数据频散分析结果与数值模型来评价.现场数据实例表明上述测量程序能够在慢地层中测得可靠的压缩波慢度.     

SBT声波测井换能器分析

SBT声波测井仪器的换能器是声波测井仪器的关键部件，其设计和制作过程均需要针对具体的应用条件和环境，结合偏心声源激发的声波环绕井壁的传播规律，设计相应的频率和激发方式。在制作过程中，需要解决如下关键问题：压电片的外形及其几何尺寸的设计与选择、换能器结构及其相应的机械振动模态分析、压电片电特征的估计和测量、压电片的配对、电极表面的处理、粘接材料的选择、粘接工艺等。     

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。     

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。      

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。     

高分辨率声波测井面临的问题及其对策

以减小接收探头间距为手段的高分辨率声波测井仪器已经在很多油田使用,但由此获得的测井曲线常常再现时差曲线“跳跃”及时差值不准的问题,特别是短源距声波测井仪器,该问题尤为突出。本文从井内声波传播的基本规律出发,发现在源距为1m附近,由于圆柱形井内声波波长与井径接近,声波在井内多次反射后,以地层纵波速度传播的声波具有一定的频散特征,从而导致声波的首波相位不固定,并随源距变化。这是目前高分辨率声波测井曲线“跳跃”的根本原因。为此我们设计了能够同时测量长、短源距声波波形并且长源距具有相控功能的阵列声波测井仪器,并开发了利用换能器波形计算声波测井频散曲线的方法。通过该方法可以充分利用波形的相位信息建立模型,得到无频散曲线,进而生成声波时差曲线。     

随钻声波测井仪电路系统设计及关键技术实现

针对随钻声波测井的要求设计了一种随钻声波测井仪井下电路系统。通过长距离高速传输、系统控制处理程序远程升级、井下海量数据存储等关键技术的实现解决了随钻工作环境带来的问题。另外,在井下电路集成STC算法,可以提供实时地层慢度。实验及测试结果表明,该电路系统能够满足实际测量的需要。     

随钻声波测井仪控制和数据处理系统设计

介绍一种随钻声波测井仪控制和数据处理系统硬件电路和软件设计方案.随钻声波测井仪控制和数据处理系统以MCU、DSP和CPLD芯片为核心,MCU负责仪器工作模式选择及测量数据传输,DSP和CPLD协同控制声波发射接收时序,并进行快速数据处理,控制和数据处理系统与声波发射接收系统之间采用高速总线传输数据和命令.根据仪器不同功能需要,采用地面工作模式、延时模式、测井模式等3种工作模式,结合数据传输需要,提供了不同的通讯接口.整个设计符合测量、传输的实时性要求以及低功耗要求,适用于随钻声波测井仪.