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。     

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.     

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。      

用于随钻声波测井的圆弧片状压电振子

提出了应用于随钻声波测井的圆弧片状压电振子,并以自制的4个压电振子进行了性能评价实验研究。压电振子是由径向极化且内外表面镀有银层的圆弧形压电陶瓷片构成,采用内外包覆环氧树脂进行封装。对压电振子的性能评价测试结果的分析表明,一定频带内压电振子存在多种振动模态,其中以径向振动为主的耦合振动模式能够满足随钻声波测井工作频率和大功率发射的要求。压电振子辐射的声束主要以一定的角宽向某一方位方向传播,具有方位指向特性。组成复合换能器的4个压电振子的性能特性一致性良好,可应用于随钻声波测井实现单极子、偶极子和四极子辐射器。     

基于有限单元法的随钻声波测井发射、接收换能器研究

换能器是随钻声波测井仪器的关键部件之一,其性能的优劣直接影响到所接收地层回波的质量和可靠性。基于有限单元法使用大型有限元软件ANSYS对瓦片状随钻发射换能器的水平指向性以及圆片状三叠片接收换能器的灵敏度进行了研究。结果表明,四瓣瓦片状换能器组装成的随钻发射换能器单极15k激励时水平指向性近似为一圆形,四极4k激励时近似为一四叶花瓣,在指向性标准方面均满足实际要求;圆片状三叠片接收换能器灵敏度在串联时随着压电晶片厚度的增加而增大,但灵敏度起伏也增大;并联连接时接收不平稳,不宜作为接收换能器使用。     

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。     

多极子阵列声波测井仪控制系统的工作过程

控制系统是多极子阵列声波测井仪的核心,它接收地面系统的指令,上传各种类型的声波波形信号;给出每一种发射探头的发射指令,并根据当前系统的工作方式确定接收前置处理系统的放大倍数、滤波形式,确定采集系统的采集参数。该文介绍了多极子阵列声波测井仪控制系统的工作过程。     

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...     

基于软地层随钻多极子声源传播特性的数值研究

基于软地层测量横波的难题,数值考察了软地层随钻测井多极子波的频散特性及声全波波形,对比分析了电缆和随钻多极子声波测井.研究结果表明,随钻测井环境下,单极和偶极声源激发幅度很强的钻铤模式波严重干扰地层纵波或横波的测量;而四极子声源低频时只激发地层模式的四极子波,且截止频率附近以地层横波速度传播.因此,四极子声源最适合于随钻测井的地层横波速度测量.     

声波测井技术研究进展

以声波测井换能器技术的变化为主线,分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步.单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术,包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程.以井下声波的定向辐射和定向接收为最主要特征的相控声波测井技术是正在研发的新一代声波测井技术,我国在此领域已经取得显著...     

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.     

随钻单极子声反射测井数值模拟

从随钻地质导向的实际需求出发,通过三维直角坐标时域有限差分数值模拟的方法对比了均匀地层和井旁存在地质界面时随钻环境下单极子声源激发的井孔内外声场分布特征,考察了钻铤的存在对井外辐射声场强度的影响。由于硕大钻铤的声场屏蔽效应,井旁存在地层界面时,井周8个方位上接收到的反射纵波信息具有明显差异,通过对不同方位上接收的信号做矢量计算,得到了来自井旁地层界面的反射纵波信息;通过对比不同方位上接收器接收到的反射纵波信号的强弱,还可确定地层界面的方位信息。由反射纵波幅度随源距的变化曲线可知,为了采集到反射纵波,建议随钻声波测井的测量源距控制在0～4m。数值计算结果为随钻反射声波仪器的研制和数据资料的处理提供了参考。