[發(fā)明專利]一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010372225.5
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111608644B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪進(jìn)超;王川嬰;韓增強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: E21B47/002
• 分類號: E21B47/002;E21B47/00;E21B47/14
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像裝置，掃描頭位于保護(hù)殼體的底部，導(dǎo)向蓋設(shè)置在掃描頭底部，保護(hù)殼體由定位臺板分隔為電路模塊腔和掃描動力腔，掃描頭的下部周向均勻布設(shè)有N個聲波探頭，本發(fā)明還公開了一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像方法，本發(fā)明利用了多個聲波探頭，實現(xiàn)了陣列式聲波探頭鉆孔掃描的合理布置，采用掃描動力腔實現(xiàn)了鉆孔的全方位聲波掃描探測，形成了陣列式聲波掃的高精度鉆孔成像體系，解決了因儀器探頭不居中而導(dǎo)致的聲波鉆孔成像結(jié)果失真和低精度的探測難題，實現(xiàn)了探測數(shù)據(jù)豐富，探測適應(yīng)能力強，并在鉆孔成像的探測精度問題上具有突破性和實質(zhì)性進(jìn)展，并具有顯著的科學(xué)意義和經(jīng)濟實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土結(jié)構(gòu)探測裝置領(lǐng)域，具體涉及一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像裝置，還涉及一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像方法，適用于對各類工程領(lǐng)域中地質(zhì)鉆孔內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡勘察和探測，獲取鉆孔巖體結(jié)構(gòu)的圖像特征信息和鉆孔巖體的構(gòu)造特征信息，能夠?qū)崿F(xiàn)不同深度、不同尺寸以及不同液體介質(zhì)環(huán)境的鉆孔探測。

背景技術(shù)

巖體是由裂隙、節(jié)理、層理、斷層等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體。長期以來，對這些不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的研究構(gòu)成了工程地質(zhì)研究的基礎(chǔ)，它不僅在描述或揭示地質(zhì)特征的形成或構(gòu)造方面，而且更重要地在于研究巖體的工程地質(zhì)都有著重要意義。目前，在鉆孔的巖體結(jié)構(gòu)勘察方面，鉆孔電視一直是最佳的探測工具，能夠直觀的呈現(xiàn)鉆孔巖壁的巖體結(jié)構(gòu)特征，對工程地質(zhì)研究提供重要數(shù)據(jù)。針對實際的鉆孔工程探測環(huán)境，由于鉆井液的影響，或者泥漿護(hù)壁等因素，致使鉆孔內(nèi)部通常為骯臟或渾濁的介質(zhì)，從而采用聲學(xué)成像原理的鉆孔電視更適合。

在聲學(xué)鉆孔電視的實際探測過程中，由于深部鉆孔難以完全垂直，或者電纜下放存在位置偏移，均會造成鉆孔聲學(xué)探頭難以居中的現(xiàn)象。在聲學(xué)掃描成像過程中，聲學(xué)設(shè)備實時記錄各方位的是探頭發(fā)射聲學(xué)信號到接收鉆孔巖壁反射回波信號的聲時和聲幅參數(shù)，若聲學(xué)探頭偏離鉆孔中心，聲學(xué)設(shè)備所記錄的聲時和聲幅參數(shù)均不能反映實際的鉆孔巖體結(jié)構(gòu)特征，形成的鉆孔圖像也會存在誤差，甚至形成錯誤的鉆孔圖像。為此，有部分聲學(xué)鉆孔電視為了提高鉆孔聲學(xué)成像精度，在儀器的中間部位或者首尾部分增設(shè)了探頭對中器或者探頭扶正器，通過對設(shè)備的改進(jìn)，能夠在一定程度上改進(jìn)鉆孔成像質(zhì)量，但是，通過增設(shè)探頭對中器或者探頭扶正器，聲學(xué)探頭的長度會明顯增加，增加了探頭卡孔的探測風(fēng)險，同時，也相應(yīng)的增加了探測成本，此外，通過儀器增設(shè)探頭對中器或者探頭扶正器，也難以確保聲學(xué)探頭完全居中，微小的偏差，將會對成像質(zhì)量有較大影響。

鑒于現(xiàn)有聲學(xué)鉆孔成像探測技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像方法及裝置，從根本上解決了因儀器探頭不居中而導(dǎo)致鉆孔聲學(xué)圖像出現(xiàn)失真或者低精度的探測難題，該裝置通過在同一斷面布設(shè)多個聲波探頭，并根據(jù)不同探頭獲取的數(shù)據(jù)綜合分析和反算出儀器探頭與真實鉆孔之間的實時位置關(guān)系，同步結(jié)合首次回波的聲時參數(shù)與聲幅參數(shù)，有效提高了聲波掃描的鉆孔成像精度，由于本文算法能夠有效實時計算出聲波掃描位置的傳播介質(zhì)聲速，能夠?qū)Σ煌@孔的深度以及不同鉆孔環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行實時校正，即適應(yīng)能力更強，此外，由于本裝置不需要探頭對中器或者探頭扶正器，能夠有效縮短孔內(nèi)探頭的長度，降低探測過程中卡孔的風(fēng)險。陣列式聲波掃描的高精度鉆孔成像裝置的優(yōu)點在于：1)探測精度高。探測裝置能夠根據(jù)不同探頭獲取的數(shù)據(jù)綜合分析和反算出儀器探頭與真實鉆孔之間的實時位置關(guān)系，同步結(jié)合首次回波的聲時參數(shù)與聲幅參數(shù)，有效提高了聲波掃描的鉆孔成像精度；2)探測數(shù)據(jù)豐富。探測裝置在同一斷面布設(shè)了多個聲波探頭，同一次掃描可以獲得多個方位的聲學(xué)參數(shù)，獲取的數(shù)據(jù)通過有效篩查，能夠降低局部數(shù)據(jù)對整體數(shù)據(jù)的干擾，其內(nèi)含信息更加豐富；3)探測適應(yīng)能力強。通過綜合分析不同陣列探頭獲取的數(shù)據(jù)，根據(jù)幾何對應(yīng)關(guān)系，能夠有效實時計算出鉆孔內(nèi)流體介質(zhì)的傳播聲速，不會因鉆孔內(nèi)流體介質(zhì)的差異以及鉆孔深度的差異，而影響到鉆孔成像的結(jié)果及精度；4)結(jié)構(gòu)小巧，布局靈活，連接簡潔，易于實施。

發(fā)明內(nèi)容