專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在聲波幅度測(cè)井中矯正聲波發(fā)射電壓的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種用于在聲波幅度測(cè)井中對(duì)聲波發(fā)射電壓進(jìn)行矯正的設(shè)備，其中所述聲波發(fā)射電壓表示加載在發(fā)射測(cè)井聲波的發(fā)射換能器上的輸入電壓。
技術(shù)背景 對(duì)聲波幅度信息的提取和利用在現(xiàn)代測(cè)井技術(shù)中占有非常重要的地位，在套管井測(cè)井(例如水泥膠結(jié)CBL、變密度測(cè)井VDL、固井聲波成像等)和裸眼井測(cè)井(例如聲波全波列測(cè)井、偶極和多極陣列聲波測(cè)井、聲波井下電視和超聲成像測(cè)井、聲波層析成像等)中都有應(yīng)用。而聲波幅度信息的提取往往又是通過(guò)對(duì)首先到達(dá)的聲波(稱(chēng)為“首波”)的第一個(gè)波峰或者波谷的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在〈く聲波測(cè)井原理與應(yīng)用 >> 一文中[參見(jiàn)中國(guó)國(guó)家圖書(shū)館，京ICP備0501420號(hào)，網(wǎng)址http://res4. nlc. gov. cn/home/pdf Read, t r s mar c i d=MDA0MTMy N jcz&channelid=2&bookid=01090489_54&dataid=cnbook&currentpage=l&pathinfo=933_200&top=&type=first&subchannel=0&ifPdfReader=0&jumpType=0&filenameSize=5&part=0],講述了聲波測(cè)井的主要方法，具體講述了聲波速度測(cè)井方法、套管井中聲波測(cè)井、聲波全波列測(cè)井、以及其它聲波測(cè)井方法。該文章的全部?jī)?nèi)容在此被引作參考。聲波從發(fā)射換能器出發(fā)，直到被接收換能器捕獲，造成聲波幅度變化的影響因素有很多。其主要因素是井壁情況，套管井中表現(xiàn)為套管一水泥，以及水泥一地層的兩個(gè)界面的膠結(jié)程度；裸眼井中主要表現(xiàn)為地層巖性特征。聲波測(cè)井方法就是通過(guò)測(cè)量記錄聲波，分析其傳播時(shí)間、幅度衰減和頻率變化信息來(lái)判斷固井情況或巖性和儲(chǔ)集層孔隙度及巖層彈性力學(xué)性質(zhì)。但是，我們同時(shí)應(yīng)該看到對(duì)聲波造成影響除了上述主要因素之外還包括發(fā)射電路和接收電路的電聲/聲電轉(zhuǎn)換效率、泥漿比重、井徑、深度等。而這些因素對(duì)聲波的影響同樣會(huì)被反映在接收到的聲波信號(hào)上.在實(shí)際測(cè)井時(shí)，這些因素千差萬(wàn)別，只有把測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)都校準(zhǔn)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下之后，這些數(shù)據(jù)才具有可比性。譬如在測(cè)井隊(duì)在方圓數(shù)公里的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)井并對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，只有通過(guò)將不同地點(diǎn)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)校準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，提高可比性，才能準(zhǔn)確客觀地實(shí)現(xiàn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)比較，幫助決策最佳的采油地點(diǎn)和出油深度。從聲波發(fā)射和接收傳播路徑來(lái)分析。原始電信號(hào)首先通過(guò)發(fā)射電路和換能器晶體的電聲轉(zhuǎn)換、以波動(dòng)的形式傳遞到晶體外的介質(zhì)中，再通過(guò)硅油一橡膠皮囊ー泥漿的聲阻抗匹配(耦合效果的好壞會(huì)影響聲波透射效率)，將聲波透射到泥漿中去；聲波在泥漿中傳播，到達(dá)套管，一部分被反射回泥漿，一部分會(huì)透射到水泥中并在水泥和地層中傳播，還有一部分滿(mǎn)足臨界條件，形成套管波，如果是裸眼井，聲波除了在泥漿一地層界面的反射、透射，同樣會(huì)在臨界條件下，形成滑行波。最后，ー些聲波在經(jīng)過(guò)泥漿、透過(guò)橡膠皮囊和硅油之后到達(dá)接收換能器晶體界面，最后通過(guò)晶體和接收電路的聲電轉(zhuǎn)換，被采集記錄下來(lái)。如前所述，一些儀器工作環(huán)境因素也會(huì)影響聲波幅度。它們包括聲波發(fā)射電壓的大小、電聲轉(zhuǎn)換性能、聲耦合效果、井徑大小、泥漿比重、套管材質(zhì)和厚度，水泥標(biāo)號(hào)等等。其中，在對(duì)聲波幅度信息利用的典型應(yīng)用CBL (水泥膠結(jié)聲波測(cè)井)測(cè)量中，人們就是利用套管材質(zhì)、尺寸、壁厚、水泥標(biāo)號(hào)和水泥環(huán)厚度等因素對(duì)聲波幅度的影響，進(jìn)而計(jì)算不同情況下聲波幅度的相對(duì)比值，達(dá)到判斷水泥膠結(jié)狀況的目的。但是目前為止,CBL測(cè)量和其他聲幅測(cè)井中，尚未有人對(duì)發(fā)射換能器發(fā)射電壓波動(dòng)和環(huán)境壓力進(jìn)行過(guò)聲波幅度的矯正。發(fā)明人通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加載在發(fā)射換能器上的發(fā)射電壓的波動(dòng)，以及泥漿環(huán)境壓カ對(duì)聲波幅度的影響也很大。測(cè)井中，聲波測(cè)井儀的纜軸電壓會(huì)有波動(dòng)；即使井場(chǎng)設(shè)備供電電壓穩(wěn)定，但是不同時(shí)間的、不同測(cè)試小隊(duì)在井場(chǎng)測(cè)量時(shí)使用的電源可能不同，通過(guò)電壓矯正，可以把所有批次的測(cè)量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)在同一個(gè)參考電壓下，對(duì)井場(chǎng)測(cè)量的可重復(fù)性具有意義。另外，測(cè)量深度的變化會(huì)導(dǎo)致環(huán)境壓カ的不同，而這種變化反映在首波幅度上，如果不予以矯正，這種幅度變化與由于套管和套后水泥膠結(jié)狀況、以及地層巖性引 起的首波幅度變化交織在一起，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。所以泥漿環(huán)境壓カ的矯正也是有必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容據(jù)此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于在聲波幅度測(cè)井中對(duì)聲波發(fā)射電壓進(jìn)行矯正的設(shè)備，使得各地的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)或同一ロ井的不同深度段的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)更具可比較性。從而在提高可比較性的情況下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確客觀的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)比較，幫助決策最佳的采油地點(diǎn)和/或出油深度。根據(jù)本實(shí)用新型的用于在聲波幅度測(cè)井中對(duì)聲波發(fā)射電壓進(jìn)行矯正的設(shè)備，其中所述發(fā)射電壓表示加載在發(fā)射測(cè)井聲波的發(fā)射換能器上的輸入電壓，所述設(shè)備包括-發(fā)射電壓測(cè)量裝置，用于在ー個(gè)環(huán)境壓カ下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所述發(fā)射換能器的發(fā)射電壓；-聲波幅度測(cè)量裝置，用于在所述的ー個(gè)環(huán)境壓カ下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接收到的聲波幅度；-發(fā)射電壓矯正裝置，用于根據(jù)所述的ー個(gè)環(huán)境壓カ從第一關(guān)系曲線族中找出對(duì)應(yīng)的曲線和所述曲線的斜率，其中所述第一關(guān)系曲線族表示所述發(fā)射電壓與所述接收聲波幅度之間的基本呈線性的關(guān)系，并且是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量針對(duì)測(cè)井時(shí)不同的環(huán)境壓力而得到的；所述發(fā)射電壓矯正裝置還用于按下式求出經(jīng)發(fā)射電壓矯正之后的聲波幅度Pa:Pi=P1-^1(V1-V2)，其中Pl表示所述接收到的聲波幅度，U1表示所述曲線的斜
率，V1表示現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的所述發(fā)射換能器的發(fā)射電壓，V2表示要被歸ー化到的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電壓。在所述的設(shè)備中，所述發(fā)射換能器優(yōu)選被實(shí)施為壓電陶瓷晶體，和/或所述接收聲波幅度用接收聲波的首波幅度來(lái)代表。所述標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電壓V2優(yōu)選為7000V，和/或所述聲波幅度測(cè)井優(yōu)選是采用3英尺或5英尺的發(fā)射器-接收器間隔進(jìn)行的。與上述方法中一樣，在本實(shí)用新型的設(shè)備中，發(fā)射電壓矯正裝置可以通過(guò)插值方法從所述第一關(guān)系曲線族中找出對(duì)應(yīng)的曲線。進(jìn)ー步有利的是，所述的設(shè)備可以進(jìn)ー步包括對(duì)環(huán)境壓カ進(jìn)行矯正的措施。具體地，該設(shè)備還包括-用于測(cè)量泥漿密度和測(cè)井深度以得到環(huán)境壓力的環(huán)境壓力測(cè)量裝置，其被用于測(cè)量所述的ー個(gè)環(huán)境壓力，[0018]-用于對(duì)環(huán)境壓カ進(jìn)行矯正的環(huán)境壓カ矯正裝置，其根據(jù)所述的發(fā)射電壓從第二關(guān)系曲線族中找出對(duì)應(yīng)的曲線和表示該曲線的多項(xiàng)式系數(shù)，其中所述第二關(guān)系曲線族表示所述環(huán)境壓カ與所述接收聲波幅度之間的關(guān)系，并且是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和多項(xiàng)式擬合針對(duì)測(cè)井時(shí)加載在發(fā)射換能器上的不同的發(fā)射電壓而得到的；所述環(huán)境壓カ矯正裝置還用于按下式求出經(jīng)環(huán)境壓カ矯正之后的聲波幅度pb:ゎ(病i)S+W-(.為廣1_1,其中Pa表示所述經(jīng)發(fā)射電壓矯正之后的
聲波幅度，Iii表不該曲線的多項(xiàng)式系數(shù)，P Ii1表不所述的ー個(gè)環(huán)境壓力，Ph2表不要被歸ー化到的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境壓力，η為自然數(shù)。在上述的設(shè)備中，所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境壓力P h2優(yōu)選為3X 105kg/m2，和/或所述環(huán)境壓 カ矯正裝置優(yōu)選僅在環(huán)境壓力P h大于I. 2 XlOWm2的情況下才進(jìn)行所述的環(huán)境壓カ矯正。同樣，所述環(huán)境壓カ矯正裝置可以通過(guò)插值方法從所述關(guān)系曲線族中找出對(duì)應(yīng)的曲線， 和/或η=8 ο

下面參照附圖來(lái)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。圖中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型的聲波發(fā)射電路以及發(fā)射換能器的發(fā)射電壓測(cè)量系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)發(fā)射換能器的發(fā)射電壓值進(jìn)行采樣測(cè)量的示意圖。圖3是聲波測(cè)井儀的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量環(huán)境示意圖。圖4是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量的在不同環(huán)境壓力下的發(fā)射電壓與3英寸接收聲波的首波幅度之間的關(guān)系圖。圖5是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和高階多項(xiàng)式建模獲得的、在不同發(fā)射電壓下的環(huán)境壓力與3英寸接收聲波的首波幅度之間的關(guān)系圖。圖6是按照本實(shí)用新型對(duì)聲波幅度進(jìn)行發(fā)射電壓矯正和環(huán)境壓力矯正的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
首先分析接收的聲波幅度和用于發(fā)送聲波的發(fā)射換能器的發(fā)射電壓的關(guān)系井內(nèi)的聲波衰減主要包括泥漿內(nèi)的擴(kuò)展損失和吸收損失J1、沿井壁的傳播損失J2，其它損失，比如熱傳導(dǎo)吸收損失和弛豫吸收損失，和溫度、材質(zhì)有夫，但是都非常小，可以忽略。接收換能器接收到的聲波聲強(qiáng)J可以表示為IOlog (J) =IOlog (J0)-IOlog (J1) -IOlog (J2)幾何擴(kuò)展損失和泥漿吸收損失為
權(quán)利要求1.一種用于在聲波幅度測(cè)井中對(duì)聲波發(fā)射電壓進(jìn)行矯正的設(shè)備，其中所述發(fā)射電壓表不加載在發(fā)射測(cè)井聲波的發(fā)射換能器(6)上的輸入電壓， 其特征在于，所述設(shè)備包括發(fā)射電壓測(cè)量裝置，用于在ー個(gè)環(huán)境壓カ下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所述發(fā)射換能器的發(fā)射電壓V1 ;聲波幅度測(cè) 量裝置，用于在所述的ー個(gè)環(huán)境壓カ下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接收到的聲波幅度P1 ;發(fā)射電壓矯正裝置，用于根據(jù)所述的ー個(gè)環(huán)境壓カ確定所述發(fā)射電壓與所述接收聲波幅度之間的基本呈線性的關(guān)系的對(duì)應(yīng)斜率μェ，然后基于要被歸ー化到的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電壓V2按Pa = Pi - ACvI -v2)確定經(jīng)發(fā)射電壓矯正之后的聲波幅度Pa ； 其中所述發(fā)射電壓與所述接收聲波幅度之間的基本呈線性的關(guān)系是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量針對(duì)測(cè)井時(shí)不同的環(huán)境壓力而事先得到的。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射換能器被實(shí)施為壓電陶瓷晶體，和/或所述接收聲波幅度用接收聲波的首波幅度來(lái)代表。
3.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電壓V2為7000V，和/或所述聲波幅度測(cè)井是采用3英尺或5英尺的發(fā)射器-接收器間隔進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射電壓矯正裝置通過(guò)插值方法從所述第一關(guān)系曲線族(A1-A20)中找出對(duì)應(yīng)的曲線。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在干，進(jìn)ー步包括 用于測(cè)量泥漿密度和測(cè)井深度以得到環(huán)境壓力的環(huán)境壓力測(cè)量裝置，其被用于測(cè)量所述的ー個(gè)環(huán)境壓カPh1, 用于對(duì)環(huán)境壓カ進(jìn)行矯正的環(huán)境壓カ矯正裝置，其根據(jù)所述的發(fā)射電壓確定所述環(huán)境壓カ與所述接收聲波幅度之間的關(guān)系的對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式系數(shù)ki;然后基于要被歸ー化到的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境壓力0比按れ(碑i)S+1一 -求出經(jīng)環(huán)境壓カ矯正之后的聲波幅度Pb; 其中所述環(huán)境壓カ與所述接收聲波幅度之間的關(guān)系是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和多項(xiàng)式擬合針對(duì)測(cè)井時(shí)加載在發(fā)射換能器(6)上的不同的發(fā)射電壓而事先得到的；11為自然數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境壓力ph2*3X105kg/m2，和/或所述環(huán)境壓カ矯正裝置僅在環(huán)境壓カP h大于I. 2 XlOWm2的情況下才進(jìn)行所述的環(huán)境壓カ矯正。
7.如權(quán)利要求5-6之一所述的設(shè)備，其特征在干，所述環(huán)境壓カ矯正裝置通過(guò)插值方法從所述關(guān)系曲線族(Bl-BlO)中找出對(duì)應(yīng)的曲線，和/或n=8。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及在聲波幅度測(cè)井中矯正聲波發(fā)射電壓的設(shè)備。為增強(qiáng)各地測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)或者同一口井的不同深度段的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的可比性，所述設(shè)備包括發(fā)射電壓測(cè)量裝置，用于在環(huán)境壓力下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所述發(fā)射換能器的發(fā)射電壓；聲波幅度測(cè)量裝置，用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接收的聲波幅度；發(fā)射電壓矯正裝置，用于根據(jù)環(huán)境壓力從第一關(guān)系曲線族中找出對(duì)應(yīng)的曲線和斜率，還按下式求出經(jīng)發(fā)射電壓矯正之后的聲波幅度:，其中p1表示接收的聲波幅度，μ1表示曲線的斜率，v1表示測(cè)量的發(fā)射換能器的發(fā)射電壓，v2表示要被歸一化到的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射電壓。通過(guò)本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)比較，幫助更準(zhǔn)確地選擇采油位置和/或出油深度。
文檔編號(hào)E21B47/14GK202431267SQ20112033930
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者桑強(qiáng), 潘良根, 白慶杰, 肖加奇, 陶鈞, 鮑雪山 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司