地質(zhì)探測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種地質(zhì)探測裝置，該裝置包括：發(fā)射換能器組合、接收換能器組合和控制系統(tǒng)；所述發(fā)射換能器組合發(fā)射聲波信號，通過地層到達被探測物，并且所述發(fā)射換能器組合為相控陣換能器組合，所述相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號；所述接收換能器組合接收所述被探測物反射回的通過所述地層的回波信號,并發(fā)送給所述控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)對所述回波信號進行處理，從而獲取所述被探測物的信息。本實用新型可以實時探測鉆頭前方地質(zhì)情況，利用定向聲波技術(shù)提供的聲源信號向鉆頭前方發(fā)射能量較強的信號，從而達到準確探測的目的。
【專利說明】地質(zhì)探測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油工業(yè)領(lǐng)域，特別是涉及一種地質(zhì)探測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在地質(zhì)導(dǎo)向鉆井中，對鉆頭前方地質(zhì)情況進行實時精確的預(yù)測，在保障鉆井安全、提高探井成功率和保護儲集層等方面發(fā)揮著不可替代的作用?；陔姺ê秃宋锢淼木诇y量技術(shù)，可以以較高的分辨率對井孔周圍的地層情況進行探測，但不適合對鉆頭前方較大距離范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及其參數(shù)情況進行探測。相比之下，聲波可以在遠距離的地層中進行傳播，基于聲波在物質(zhì)中傳播的原理發(fā)展起來的工程技術(shù)，在鉆頭前方地質(zhì)情況的探測中具有一定的優(yōu)勢。
[0003]目前，可用于對鉆頭前方地質(zhì)情況進行實時探測的兩種聲波技術(shù)分別是:鉆頭地震技術(shù)和隨鉆測量技術(shù)。其中，鉆頭地震技術(shù)采用鉆頭振動作為聲源向地層中發(fā)射聲波信號，放置到地面上的若干個檢波器接收來自地下的直達波和反射波信號，通過對接收信號進行處理，得到鉆頭前方地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況。隨鉆測量地震技術(shù)則是應(yīng)用地表常規(guī)震源作為聲源，接收部分集成到井下鉆頭附近的鉆具組合中，通過將采集到的信號進行處理，得到鉆頭前方地層的結(jié)構(gòu)情況。這兩種技術(shù)在鉆前地層情況的預(yù)測中起到了一定的作用，但存在一些問題。一方面，這兩種技術(shù)都存在聲源和接收器的長距離分離造成的信號衰減大，聲源頻率低造成的分辨率低等問題；另一方面，鉆頭地震技術(shù)在疏松地層、大斜度井等情況下的使用效果較差，而隨鉆地震測量方法容易受到數(shù)據(jù)傳輸速度低等方面的制約。
[0004]另外，一種近鉆頭聲波信號發(fā)射和接收裝置可以對鉆頭前方的地質(zhì)體的位置等情況進行預(yù)測。其中前者以聲波測井儀器在鉆孔中形成的導(dǎo)波信號為聲源，利用該信號與鉆頭前方地層之間的相互作用而達到探測的目的；后者未給出聲學(xué)裝置具體的信號發(fā)射和測量方式。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是為了解決目前鉆頭前方地質(zhì)探測中存在的長距離傳播引起的信號衰減和噪聲混疊的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了 一種地質(zhì)探測裝置，所述裝置包括:發(fā)射換能器組合、接收換能器組合和控制系統(tǒng)；所述發(fā)射換能器組合由多個換能器陣元組成；
[0007]所述發(fā)射換能器組合與接收換能器組合分別與所述控制系統(tǒng)相連接；
[0008]所述發(fā)射換能器組合發(fā)射聲波信號，通過地層到達被探測物，并且所述發(fā)射換能器組合為相控陣換能器組合，所述相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號；所述接收換能器組合接收所述被探測物反射回的通過所述地層的回波信號，并發(fā)送給所述控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)對所述回波信號進行處理，從而獲取所述被探測物的信息。
[0009]進一步地，所述裝置還包括，所述換能器陣元的相位加權(quán)方式是通過控制陣元加,d, sin θ
載激勵信號的延遲時間來實現(xiàn)的，根據(jù)公式dt = ^~計算所述延遲時間，其中dt為延遲



V
時間，Cl1為所述換能器陣元的間距，Vf為鉆井中的鉆井液的流體聲速，Θ為所述換能器陣元組合發(fā)出聲波的聲束偏轉(zhuǎn)角與所述鉆井的井軸交角。
[0010]進一步地，所述相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號包括:對所述換能器陣元加載具有相同時域和頻域特征的低頻信號。
[0011]進一步地，所述相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號還包括:對所述換能器陣元加載具有相同時域和頻域特征的低頻調(diào)制高頻信號。
[0012]進一步地，所述被探測物信息包括被探測物的結(jié)構(gòu)信息、位置信息和聲阻抗變化信息。
[0013]進一步地，所述回波信號包括:直達波信號、地層交界面處的反射波信號和來自地層反射體的反射波信號。
[0014]進一步地 ，所述裝置還包括隔聲體，用于阻隔鉆鋌波信號。
[0015]本實用新型的優(yōu)點:實時探測鉆頭前方地質(zhì)情況，利用定向聲波技術(shù)提供的聲源信號向鉆頭前方發(fā)射能量較強的信號，從而達到準確探測的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測裝置示意圖；
[0017]圖2為本實用新型實施例提供的控制系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖3為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測裝置應(yīng)用場景示意圖；
[0019]圖4為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測方法流程圖；
[0020]圖5為本實用新型實施例提供的應(yīng)用相控陣技術(shù)發(fā)射聲波時的接收波列示意圖；
[0021]圖6為本實用新型實施例提供的應(yīng)用參量相控陣技術(shù)發(fā)射聲波時的接收波列示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0023]圖1為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測裝置示意圖。如圖1所示，該裝置包括:
[0024]發(fā)射換能器組合301、接收換能器組合302和控制系統(tǒng)303 ;發(fā)射換能器組合301由多個換能器陣元314組成。
[0025]發(fā)射換能器組合301與接收換能器組合302分別與控制系統(tǒng)303相連接。
[0026]發(fā)射換能器組合301，位于鉆鋌308內(nèi)，用于發(fā)射聲波信號，通過地層310到達被探測物，并且發(fā)射換能器組合301為相控陣換能器組合，相控陣換能器組合中的換能器陣元314按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號。
[0027]接收換能器組合302，位于鉆鋌308內(nèi)，用于接收被探測物反射回的通過地層的回波信號，接收換能器組合302由至少兩個換能器陣元組成，這樣有利于對鉆頭前方反射體和異常體信息的提取。
[0028]控制系統(tǒng)303，位于發(fā)射換能器組合301和接收換能器組合302之間，用于對回波信號進行處理，從而獲取被探測物的信息。
[0029]優(yōu)選地，該裝置還包括:
[0030]鉆桿304，用于將泥漿運送到鉆頭307處。隔聲體306位于發(fā)射換能器組合301和接收換能器組合302之間，用于阻隔鉆鋌波。鉆頭307位于地層310交界處，用于向地面鉆孔。鉆鋌308，與鉆桿304相連接，用于固定鉆桿304。鉆井液309位于鉆桿304內(nèi)，用于減少鉆頭307與地層310的摩擦力。地層310位于鉆頭307下方。入射波311，發(fā)射換能器組合301向地層310發(fā)射聲波信號，聲波信號在地層310中傳播，產(chǎn)生入射波311。反射體316位于地層310內(nèi)。入射波311為位于地層310中入射到反射體316的入射波。反射波313位于地層310內(nèi)，若在鉆頭前方存在波阻抗不連續(xù)的反射體316，將會產(chǎn)生反射波313。其中，Cl1為兩個發(fā)射換能器陣元314之間的距離，d2為兩個接收換能器陣元315之間的距離。
[0031]圖2為本實用新型實施例提供的控制系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，控制系統(tǒng)400包括:接收模塊401，用于對被探測物信息進行接收。存儲模塊402，用于對被探測物信息進行存儲。處理模塊403，用于對被探測物信息進行處理。發(fā)送模塊404，用于將被探測物信息遙傳給地面計算機控制系統(tǒng)。
[0032]圖3為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測裝置應(yīng)用場景示意圖。如圖3所示，該裝置包括:
[0033]發(fā)射換能器組合209、接收換能器組合210和控制系統(tǒng)211 ;發(fā)射換能器組合209由多個換能器陣元組成。
[0034]發(fā)射換能器組合209與接收換能器組合210分別與控制系統(tǒng)211相連接。
[0035]發(fā)射換能器組合209，位于鉆鋌204內(nèi)，用于發(fā)射聲波信號，通過地層206到達被探測物，并且發(fā)射換能器組合209為相控陣換能器組合，相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號；
[0036]接收換能器組合210，位于鉆鋌204內(nèi)，用于接收被探測物反射回的通過地層的回
波信號；
[0037]控制系統(tǒng)211，位于發(fā)射換能器組合209和接收換能器組合210之間，用于對回波信號進行處理，從而獲取被探測物的信息。
[0038]優(yōu)選地，該裝置還包括:計算機控制系統(tǒng)202，位于地面的井架201旁，用于接收被探測物的信息，并對被探測物進行準確探測。
[0039]優(yōu)選地,該裝置還包括:
[0040]井架201位于地面上，用于滿足鉆井起下鉆具和下套管作業(yè)的要求，起支撐和承重的作用。泥漿泵203位于井架201旁，用于向井眼207灌注泥漿，并減少鉆頭205與地層206的摩擦力。鉆桿215位于鉆井201下面，用于將泥漿運送到鉆頭205處。鉆鋌204，與鉆桿215相連接，用于固定鉆桿215。鉆頭205位于井眼207和地層206交界面處，用于向地面鉆孔。地層206位于鉆頭205下方。井眼207位于鉆桿215上方和井架201下方。地質(zhì)異常體213位于地層206內(nèi)。入射波212為位于地層206中入射到地質(zhì)異常體213的入射波。反射波214為位于地層206中來自地質(zhì)異常體213的反射波。
[0041]優(yōu)選地，發(fā)射換能器組合和接收換能器組合在鉆頭上方具體的裝配方式具有多樣性，可結(jié)合實際的換能器組合的尺寸及其聲波發(fā)射和接收的方向性來確定。為保證將聲學(xué)裝置順利的裝配到鉆頭上方的鉆鋌上，需要滿足聲學(xué)裝置的尺寸與鉆鋌和鉆頭的尺寸匹配。其中，發(fā)射換能器組合和接收換能器組合的源距及換能器陣元之間的間距需根據(jù)實際情況調(diào)整，源距可在幾米到十幾米之間，發(fā)射換能器陣元的間距由形成定向聲束時需滿足的條件決定，為保證信號處理的精度，接收換能器陣元的間距應(yīng)較小，可與發(fā)射換能器的間距相當。
[0042]圖4為本實用新型實施例提供的地質(zhì)探測方法流程圖。如圖4所示，該方法包括:
[0043]步驟101，發(fā)射換能器組合發(fā)射聲波信號，通過地層到達被探測物，并且發(fā)射換能器組合為相控陣換能器組合，相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號；
[0044]步驟102，接收換能器組合接收被探測物反射回的通過地層的回波信號；
[0045]步驟103，控制系統(tǒng)對回波信號進行處理，從而獲取被探測物的信息。
[0046]優(yōu)先地，該方法還包括，所述換能器陣元的相位加權(quán)方式是通過控制陣元加載激
,d, sin^
勵信號的延遲時間來實現(xiàn)的，根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種地質(zhì)探測裝置，其特征在于，所述裝置包括:發(fā)射換能器組合、接收換能器組合和控制系統(tǒng)；所述發(fā)射換能器組合由多個換能器陣元組成； 所述發(fā)射換能器組合與接收換能器組合分別與所述控制系統(tǒng)相連接； 所述發(fā)射換能器組合發(fā)射聲波信號，通過地層到達被探測物，并且所述發(fā)射換能器組合為相控陣換能器組合，所述相控陣換能器組合中的換能器陣元按照幅度和相位加權(quán)的方式加載激勵信號；所述接收換能器組合接收所述被探測物反射回的通過所述地層的回波信號，并發(fā)送給所述控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)對所述回波信號進行處理，從而獲取所述被探測物的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)探測裝置，其特征在于，所述裝置還包括隔聲體，用于阻隔鉆鋌波信號。
【文檔編號】G01V1/40GK203825208SQ201420051815
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張秀梅, 林偉軍, 王秀明, 蘇暢 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所