[實(shí)用新型]一種鉆井泥漿聲速測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120157197.1
• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN202108505U
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 叢健生;王秀明;車承軒;陳德華;徐德龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: E21B47/18
• 分類號: E21B47/18
• 代理公司: 北京億騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11309
• 代理人: 陳霽

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種鉆井泥漿聲速測量裝置，其主要應(yīng)用于鉆井施工過程中隨鉆測量工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在鉆井過程中，井眼的形狀和直徑發(fā)生局部的變化是很普遍的，在高斜度井中這種情況尤為突出。隨鉆超聲波井徑測量儀能高精度、高垂直分辨率地確定井眼的橢圓度，它的測量數(shù)據(jù)能傳送到地面，并用于對隨鉆測量(隨鉆密度測井等)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。更重要的是，借助于它的實(shí)時測量，能及早發(fā)現(xiàn)井眼的不穩(wěn)定性。然而，井徑的精確計算主要依賴于泥漿聲波速度的準(zhǔn)確測量。因此鉆井泥漿的聲波速度精確測量成為隨鉆井徑測量中最為關(guān)鍵的一環(huán)。

鉆井泥漿中聲波速度主要受泥漿基質(zhì)(油或水)、密度、含鹽量、壓力和溫度等因素的影響。當(dāng)進(jìn)行超聲波測量井眼直徑時，關(guān)鍵要知道井下環(huán)境中聲波在泥漿中的速度。但在鉆進(jìn)的過程中很少能知道它的準(zhǔn)確值，一般采用估值的方法。因此，對估值要進(jìn)行質(zhì)量控制。一般可以通過與一個已知的直徑進(jìn)行對比，來檢測它的準(zhǔn)確性、然后進(jìn)行校正。通過有選擇的采樣一個泥漿樣品，然后在一定的溫度和壓力下進(jìn)行測試它的聲波特性，進(jìn)而確保能有正確的數(shù)據(jù)輸出。需要注意的是，一定要密切注意在鉆進(jìn)過程中泥漿性質(zhì)的改變，若有的話，就需要更進(jìn)一步的檢測泥漿速度。

目前，鉆井泥漿聲速值主要是根據(jù)廣泛的超聲反射或者透射的方法測量得到的數(shù)據(jù)和測試結(jié)果，經(jīng)過井下壓力與溫度影響校正的方法來確定。這種泥漿聲速的確定方法存在測量精度有限和實(shí)時性差等不足。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提出一種鉆井泥漿聲速測量裝置。利用測量充有不同組分鉆井泥漿的諧振腔的共振聲譜，求取鉆井泥漿的聲波速度和聲衰減等信息。

為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型提出一種鉆井泥漿聲速測量裝置，包括諧振腔，諧振腔壁包括壓電陶瓷材料，壓電陶瓷在厚度方向極化；諧振腔在激勵電信號的作用下諧振，由此諧振頻率獲得鉆井泥漿聲速。

本實(shí)用新型提出的鉆井泥漿聲速測量裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于一是它適用鉆井泥漿比重變化范圍大；二是它可以滿足鉆井泥漿聲速的在線測量要求，具有準(zhǔn)確、方便和實(shí)時等特點(diǎn)。

附圖說明

本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例將從下文中給出的詳細(xì)說明和本實(shí)用新型不同實(shí)施例的附圖中被更完全地理解，然而這不應(yīng)該被視為將本實(shí)用新型限制于具體的實(shí)施例，而應(yīng)該只是為了解釋和理解。

圖1為鉆井泥漿聲速測量裝置示意圖。

圖2為諧振腔示意圖。

圖3為接收器示意圖。

具體實(shí)施方式

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，所述示例性實(shí)施例的下述詳細(xì)說明僅僅是說明性的，并且不是意在以任何方式加以限制。其他實(shí)施例將容易地呈現(xiàn)給受益于本公開的這類技術(shù)人員。現(xiàn)在，將詳細(xì)地參考如若干附圖中所示的示例性實(shí)施例的實(shí)施。遍及附圖并且在后面的詳細(xì)說明中將使用相同的附圖標(biāo)記來指出相同或類似的部分。

如圖1所示，一種鉆井泥漿聲速測量裝置，主要包括諧振腔11，固定環(huán)12，容器13，接收器14，待測泥漿溶液15，信號發(fā)生單元21，信號處理單元22，數(shù)據(jù)存儲與成果顯示單元23等部分。諧振腔11通過固定環(huán)12固定在容器13上，使之連成一體。接收器14固定在容器13的一側(cè)端頭，容器13內(nèi)充滿泥漿液體。諧振腔11與信號發(fā)生單元21連接，接收器14與信號處理單元22連接，信號處理單元22與數(shù)據(jù)存儲與成果顯示單元23連接。

由信號發(fā)生單元21產(chǎn)生激勵電信號，經(jīng)過電聲之間的能量轉(zhuǎn)換，使諧振腔11產(chǎn)生振動，逐漸改變激勵電信號的頻率，使諧振腔11產(chǎn)生諧振，這使得諧振腔體內(nèi)的聲場發(fā)生改變，這一過程由接收器14通過聲電之間的能量轉(zhuǎn)換接收諧振腔體內(nèi)的聲場信息，并經(jīng)過信號處理單元22進(jìn)行接收信號的放大和濾波，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)存儲與成果顯示單元23進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和解釋成果顯示。整個測量過程可以得到不同組分鉆井泥漿時的諧振腔的共振聲譜，進(jìn)而可以得到不同組分鉆井泥漿的聲波速度和聲衰減等參數(shù)。

下文以圓柱形諧振腔為例，介紹本實(shí)用新型的具體測量原理。當(dāng)然，本實(shí)用新型不限于圓柱形諧振腔，還可以適用于其它形狀的諧振腔，例如長方體諧振腔。

假設(shè)存在一個有限長的剛性圓柱形諧振腔，其長度為L，內(nèi)半徑為a，諧振腔里充滿聲速為c、密度為ρ的單相流體介質(zhì)。在柱坐標(biāo)系下，求解波動方程并結(jié)合邊界條件可得圓柱形空腔體(諧振腔內(nèi)部無小擾動體)的共振頻率為：