[實用新型]井周超聲成像下井儀

有效

• 申請號: 201120429627.0
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN202300381U
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 成思;周祥熹;喬喜梅;張博;王武營;郭振華
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十二研究所
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/002;E21B47/18;G01S15/00;G08C19/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

?（一）、技術領域：本實用新型涉及一種石油測井下井儀，特別是涉及一種井周超聲成像下井儀。

（二）、背景技術:?井周超聲成像下井儀是利用超聲晶體來測量裸眼井或套管井井壁地質特性的測井儀器。目前所采用的超聲晶體都是壓電陶瓷晶體，且該壓電陶瓷晶體是收發合一的，也就是說發射晶體和接收晶體是同一個晶體。當把晶體置于充滿液體的井中，晶體離井壁距離適中的情況下，給晶體一個觸發激勵時，晶體就可以接收到經井壁反射回的超聲信號。超聲信號的反射時間反映了晶體離井壁的距離，反射幅度反映了井壁的聲阻抗特性。當晶體在電機的驅動下旋轉時，根據奈奎斯特準則控制晶體的發射，就可以得到井壁一周的反射時間和反射幅度。當儀器由電纜拉升時，晶體在井中就做螺旋掃描測量，通過對所測信號的處理，就可以得到井周的反射時間和反射幅度。通過計算機對反射時間和反射幅度進行灰度處理，再結合方位信息顯示就可以得到井壁四周的圖像。圖1中所示的就是超聲波晶體發射和接收反射信號的波形圖，圖1中的傳播時間反映的是晶體離井壁的距離，回波幅度反映了井壁的聲阻抗特性。

60年代，Mobil研究公司首先取得了井周超聲成像下井儀這類儀器原理的專利。Amoco公司對改進儀器獲得的圖像以及Sandia國家實驗室對提高儀器的工作溫度都作出了貢獻。Shell公司增加了自動增益控制線路，它有助于減小由于井壁與入射波不垂直而引起的垂向范圍。Georgi利用實驗室資料闡述了儀器探測裂縫和分辨附近特征的能力。Shell公司還證明了凹形換能器可以降低工作頻率，并可保持較高的成像分辨率。現代的井周超聲掃描測井儀是以上述技術為基礎的聲波成像儀器。

現有井周超聲成像下井儀采集的數據量由于不同廠家的每圈發射次數不同而有所不同，但數據量都較大。數據量的增大就意味著傳輸時間的增加，從而導致測速的降低；同時，圖像精度的要求也導致測速的降低。以哈利波頓公司生產的CAST-V的圖像模式為例來說明最高測速的問題：它每轉動一圈需要上傳407個字的數據，此數據以每幀32個字，每幀50ms的速度上傳，這樣傳輸407個字就需要9塊32字/幀的時間，這樣，一圈數據傳輸的時間為407×50/32/9＝72ms，考慮到圖像的精度為0.3in，則1英尺就需12/0.3＝40圈掃描，40圈掃描的時間為40×72ms＝2.9s，故最高測速為1英尺/2.9秒＝21英尺/分鐘＝384米/小時。在3800米井深中完成一次測量就需10個小時，在7200米深的井中完成一次測量就需20個小時，這對于測井人員而言是無法忍受的，這也是目前此類儀器的缺點之一。

最大測井速度其實是遙測數傳能力、超聲成像儀器所要求的測井精度和超聲成像儀器產生數據速度的綜合體現。為了提高測井速度，首先就需要遙測的速度加快。只有遙測的速度加快了，才能使測井數據快速上傳到地面。但是，一味地提高遙測數傳速度并不能提高測井速度，因為井下儀器產生所要求精度的數據的速度達不到要求。故遙測速度只是超聲成像儀器測速可以提高的先決條件。目前，國內的遙測數傳可以到500Kbps，有的甚至可達1Mbps。這就為提高超聲成像儀器測井速度提供了可能。

有了高速遙測，現在的主要問題是提高超聲成像儀器產生符合精度數據的能力。所謂精度，就是徑向精度和垂直精度的統稱。徑向精度與井眼大小、晶體的聲斑大小以及每圈測量的點數有關。垂直精度與晶體聲斑大小和測井速度有關。在井眼大小和聲斑大小以及每圈測量點數（200點/100點）都確定的情況下，通過選擇不同尺寸掃描頭可以保證測量的徑向精度。垂直精度在聲斑大小確定的情況下只與測井速度有關。測井速度過快，相鄰兩圈掃描的重疊率就會小于50％，甚至會沒有重疊。根據奈奎斯特準則可知，其數據分辨率是不可信的。這也是導致測速慢的主要原因。下面以單晶體掃描形式來說明圈數據的提取及測速不能提高的原因。單晶體掃描形式中晶體運行軌跡平面展開圖如圖2所示，圖2中，?L是晶體轉動一圈時儀器的垂直移動距離，v是測速，t是晶體掃描一圈所耗的時間，從下向上依次為第1圈掃描→第2圈掃描→第3圈掃描→第4圈掃描，前3圈掃描之間都有重復的部分，如果此時測速提高1倍，則相鄰2圈掃描之間就不會重復50％，從而導致數據的不可信，測速提高再提高時，相鄰2圈（如：第3圈和第4圈）掃描之間就沒有重合部分，數據就更加不可信，所以，現有單晶體掃描是不能提高測速的。

（三）、實用新型內容：本實用新型要解決的技術問題是：克服現有技術的缺陷，提供一種測井速度快、精度高、可靠性好的井周超聲成像下井儀。