[發(fā)明專利]一種隨鉆聲波測井裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310107116.0
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103147747A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏周拓;唐曉明;陳雪蓮;譚寶海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: E21B47/14
• 分類號: E21B47/14;E21B49/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于應(yīng)用地球物理測井領(lǐng)域，具體地，涉及一種隨鉆聲波測井裝置和方法，用于確定井旁地質(zhì)界面的距離和方位。

背景技術(shù)

????隨著石油、天然氣、礦藏勘探開發(fā)需求的增長及測井技術(shù)的發(fā)展，越來越多的大斜度井和水平井出現(xiàn)，在這些井的實時鉆進(jìn)過程中，為了提高鉆井施工的精確度和鉆進(jìn)效率，確保井眼穿過產(chǎn)層，避免不必要的損失，需要有效跟蹤地層上下界面的相對空間位置，在鉆井過程探測鉆頭附近的地層界面信息，以決定鉆井的下一步走向和位置。

????目前已有的隨鉆測量系統(tǒng)，常常會在鉆頭的附近安裝許多傳感器以測量鉆井、井眼和地層相關(guān)參數(shù)，然后利用這些參數(shù)進(jìn)行隨鉆鉆井導(dǎo)向。例如，電阻率被用來確定油氣的存在，同時被用來進(jìn)行隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向，然而，電阻率的探測深度通常只有2～3米，而且不能提供相對于隨鉆系統(tǒng)的地層界面方位信息。對于專門用于地質(zhì)導(dǎo)向的方位電磁波來說，由于其頻率較高，雖然解決了地層界面的相對方位問題，但探測深度依舊有限，難以探測到數(shù)十米以外的地質(zhì)構(gòu)造體。公開號為US7912648B2的發(fā)明專利提出了使用低頻電磁波，向地層深部發(fā)射電磁信號，以探測井周圍地質(zhì)異常體與背景地層電阻率的差異造成的電阻率異常。然而，低頻電磁波的分辨率很低，這種遠(yuǎn)探測往往只能感知異常體的存在而難于確定其具體位置。公開號為CN101694153A的發(fā)明專利公開了一種隨鉆地層界面聲波掃描測量裝置和方法，通過相控圓弧聲波輻射器向地層中某一側(cè)輻射聲波信號，實現(xiàn)井旁地層界面方位的確定，結(jié)合位于鉆鋌兩側(cè)的短源距聲波接收器接收到的反射波實現(xiàn)井旁地層界面到井軸距離的確定。采用圓弧聲波輻射器的聲源發(fā)射方式雖然增強了聲波脈沖的定向輻射能力，但控制電路的復(fù)雜度增加，體積較大，供電能耗相對傳統(tǒng)的激發(fā)模式明顯增加，對于井下高溫和空間狹小的隨鉆環(huán)境來說，工程實現(xiàn)相對困難，另外，為了保證圓弧聲波輻射器對井周地層介質(zhì)的全方位360°覆蓋，隨鉆測速會降低。

????總之，基于當(dāng)前的隨鉆測量系統(tǒng)很難得到一個最佳的井眼軌跡，特別是在薄儲層中，更為困難。因此，需要有一個能夠相對準(zhǔn)確，且工程實現(xiàn)較為方便的確定井旁地質(zhì)界面的隨鉆聲波測井裝置和方法，而利用聲波反射技術(shù)進(jìn)行井旁地質(zhì)體的識別和探測成為一種可行的選擇方案，它不僅具有常規(guī)聲波測井的高分辨率特征，而且能夠探測井旁更遠(yuǎn)距離的地質(zhì)體。

發(fā)明內(nèi)容

????為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種隨鉆聲波測井裝置和方法，用于確定井旁地質(zhì)界面的距離和方位。

????本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

????一種隨鉆聲波測井裝置，包括鉆鋌、聲波發(fā)射換能器、近源距聲波接收換能器、第一隔聲體、第二隔聲體、第一遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列、第二遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列及控制系統(tǒng)；其特征在于：聲波發(fā)射換能器同時具有單極子輻射功能、正交偶極子輻射功能和四極子輻射功能，其輻射聲波信號沿井壁地層和向井外傳播；近源距聲波接收換能器用于接收被井旁地層界面反射回井中的聲波信號；第一遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列和第二遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列用于接收被井旁地層界面反射回井中的聲波信號和沿井壁介質(zhì)傳播的滑行波信號；控制系統(tǒng)置于鉆鋌壁內(nèi)的空腔，控制系統(tǒng)控制聲波發(fā)射換能器發(fā)射聲波信號，對近源距聲波接收換能器、第一遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列、第二遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列所接收的聲波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到井軸到井旁地層界面的橫向距離及井旁地層界面方位。

????優(yōu)選地，第一隔聲體、第二隔聲體在鉆鋌軸線方向關(guān)于聲波發(fā)射換能器對稱布置，第一遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列、第二遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列在鉆鋌軸線方向上關(guān)于聲波發(fā)射換能器對稱布置；第一隔聲體、第二隔聲體位于第一遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列、第二遠(yuǎn)源距聲波接收換能器陣列之間；近源距聲波接收換能器位于第一隔聲體、第二隔聲體之間；近源距聲波接收換能器位于聲波接收換能器與第一隔聲體之間或者近源距聲波接收換能器位于聲波接收換能器與第二隔聲體之間。

????優(yōu)選地，鉆鋌中部外壁上設(shè)有聲波發(fā)射換能器安裝環(huán)形凹槽，聲波發(fā)射換能器安裝環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有聲波發(fā)射換能器，聲波發(fā)射換能器由多個弧形壓電晶片組成，多個弧形壓電晶片鑲嵌于預(yù)留有弧形凹槽的圓筒狀橡膠圈內(nèi)，圓筒狀橡膠圈固定于聲波發(fā)射換能器安裝環(huán)形凹槽上，相鄰的弧形壓電晶片彼此聲電絕緣，透聲保護(hù)蓋板覆蓋弧形壓電晶片外部，用于保護(hù)弧形壓電晶片并允許聲波發(fā)射換能器輻射聲波進(jìn)入地層。