隨鉆方位聲波測井裝置制造方法及圖紙

一種隨鉆方位聲波測井裝置包括：隨鉆方位聲波測井裝置專用鉆鋌和安裝在鉆鋌上扶正器上的由單發四收探頭構成隨鉆聲波聲系，采用鉆鋌上刻槽的隔聲體抑制發射探頭到接收探頭之間的鉆鋌直達波，接發探頭分別由專用供電電池供電，測控電路接收采集到的波形數據進行實時計算處理，并提供與隨鉆測量系統MWD(MeasurementWhileDrilling)以及地面處理系統的通訊接口，其中供電電池與測控電路放置在聲波專用鉆鋌泥漿流道中的抗壓筒中，通過上下導流套與聲系相連。通過在鉆井過程中的實時測量的地層巖石縱橫波聲速可用于巖性識別、孔隙度計算、巖石力力學參數計算、井眼穩定性預測等。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及測井裝置領域的一種隨鉆方位聲波測井裝置。
技術介紹
近年來，聲波測井技術已成功應用于隨鉆過程中。隨鉆聲波測井采用滑行波測量方式實時測量地層巖石縱橫波聲速的變化，通過測量地層的縱、橫波波速，不僅可提供地層孔隙度、通過實時地層壓力預測提高鉆井安全系數、通過與地震資料結合降低地球物理勘探風險和提高地質導向效率，還能進行巖石機械特性分析及鉆井事故預測。隨鉆聲波測井在鉆井的同時完成聲波測井作業，減少了井場鉆機占用時間，從鉆井-測井一體化服務中節省成本。對于大斜度井、水平井或特殊地質環境鉆井，電纜測井困難或風險大，以至于不能進行作業，隨鉆聲波測井可以取而代之。因此該項技術在鉆井工程和油氣勘探方面有著尤為重要的意義。但由于其隨鉆工作環境的特殊性，使得隨鉆聲波測井的實現要比電纜測井技術復雜得多。隨鉆聲波測井要取得成功，在技術上必需解決的四個難題，主要為:聲波探頭及安裝工藝；抑制發射探頭到接收探頭之間的鉆鋌直達波；抑制鉆井噪聲的干擾以及井下波形實時處理，提取時差后送往地面。目前國內隨鉆聲波測井技術主要涉及聲波換能器或者鉆鋌隔聲體的內容，其中CN102162358 A涉及的是一種隨鉆聲波測井換能器組合，接發換能器采用多個壓電陶瓷片。CN102322258 A采用拓寬鉆鋌拉伸波的固有阻帶的原理和方法來解決鉆鋌直達波的問題，可以避免刻槽對鉆鋌強度的不利影響。但是無論是換能器或者鉆鋌隔聲體，在實現測量功能時會受到不同條件的相互影響，不能夠單獨考慮其中某一方面，否則測量是不正確的。
技術實現思路
本專利技術目的在于針對現有技術存在的問題，提供一種隨鉆方位聲波測井裝置，通過安裝在鉆鋌上的單發四收探頭構成隨鉆聲波聲系，采用定向發射、接收技術，通過井下測控電路進行井下波形實時處理，提取時差后送往地面。另外采用鉆鋌上刻槽的隔聲體抑制發射探頭到接收探頭之間的鉆鋌直達波。在鉆井過程中的實時測量的地層巖石縱橫波聲速可用于巖性識別、孔隙度計算、巖石力力學參數計算、井眼穩定性預測等。本專利技術的隨鉆方位聲波測井裝置包括:專用鉆鋌、聲系和測控電路，其中測控電路包括聲波激勵電路、信號接收及處理電路、控制和數據處理電路、電源電路，其特征是:專用鉆鋌靠近上下端部分別設有上扶正器與下扶正器，上、下扶正器之間設有周期性交錯排列的導聲槽構成的隔聲體；聲系采用I個發射探頭，4個接收探頭組成接收探頭陣列，發射探頭布置在鉆鋌的下扶正器的凹槽內，接收探頭陣列9按軸向排列布置在鉆鋌的上扶正器的凹槽內，聲系通過上、下導流套分別與外部的MWD和專用鉆鋌內的供電電池、測控電路連接。構成隔聲體是的導聲槽設為4個；接收和發射探頭都采用模塊化設計制作，即:把壓電振子固定在一個具有減震結構的基座上，外套透聲窗口，進行封裝并注入硅油形成一個探頭；導流套與鉆鋌開孔嚴格同心，通過高壓密封塞進行內外的連接；供電電池、測控電路分別裝在特制抗壓筒中，特制抗壓筒居中放置在專用鉆鋌的泥漿流道中，通過與鉆鋌內徑相同的橡膠扶正器與鉆鋌內壁相連。接收和發射探頭采用徑向疊加的多層壓電振子排列方式，壓電振子與基座采用高溫粘結膠粘接成一體，透聲窗口采用氟橡膠、硅橡膠或其它絕緣材料制成的耐磨透聲窗口 ；基座16與鉆鋌之間加裝隔聲的橡膠墊。導聲槽的槽寬分別為:130mm、110mm,90mm、IIOmm,深度均為14mm,導聲槽的間隔分別為:110mm, 90mm、110mm。測控電路的激勵電路在來自控制和數據處理電路的點火脈沖作用下產生發射聲系的激勵信號，工作頻率范圍12 18kHz，激勵脈沖的寬度可調；信號接收及數據采集電路包括4個功能完全相同的獨立通道，對來自接收聲系中各探頭的不同通道信號進行放大、濾波、采集，四通道模擬程控放大器帶寬10 20KHz，四通道14位波形數據采集；控制和數據處理系統是以DSP和CPLD芯片為核心，控制系統收到來自隨鉆測量系統MWD的控制命令后,產生系統工作所需的所有控制時序,通過內部總線,協調系統內各部分之間的工作，并負責與MWD系統之間的數據傳輸，包括通道增益、采集深度、采集速率，發送發射啟動脈沖、采集啟動命令，并對接收采集到的波形數據進行實時計算處理、存儲；電源電路供電為24 36VDC電池，電源電路內的MPU根據MWD系統的指令，控制電源電路開關實現間歇工作方式。控制和數據處理系統的存儲用大容量非易失FLASH存儲器對測井數據進行存儲。所述存儲器采用NAND FLASH芯片作為非易失數據存儲。本專利技術的優點在于:不僅考慮了換能器設計和鉆鋌的匹配問題，而且還考慮了隨鉆聲波測井基本測量的電路實現，通過總體考慮，盡量減低隨鉆聲波測井的影響因素，獲得正確的地層巖石縱橫波聲速。另外通過定向發射、接收技術，結合判方位功能，實現方位聲波測井。附圖說明下面結合說明書附圖對本專利技術作進一步描述。圖1隨鉆方位聲波測井裝置示意圖圖2a圖1中A-A向發射探頭部分放大示意圖圖2b圖1中接收探頭陣列放大示意圖圖3圖1中隔聲體部分放大示意圖圖4隨鉆聲方位波測井裝置測控電路示意圖圖中:1專用鉆鋌，2隔聲體，3測控電路，4供電電池，5下導流套，6上導流套，7上扶正器，8下扶正器，9接收探頭陣列，10發射探頭，11導聲槽A，12導聲槽B，13導聲槽C，14導聲槽D ,15壓電振子，16基座，17透聲窗口。具體實施方式如圖1所示，隨鉆方位聲波測井裝置包括:專用鉆鋌1，聲波聲系(發射探頭10，接收探頭陣列9)、測控電路3、供電電池4及上下導流套5、6。專用鉆鋌I為外徑為178mm的無磁鉆鋌，專用鉆鋌I中心為泥漿流道，為了安裝聲波聲系，在專用鉆鋌I加工時設計扶正器7、8，以保證有足夠的位置安裝聲系，通過扶正器側壁開槽放置聲系，聲系通過上下導流套5、6分別與上端隨鉆測量系統MWD (Measurement While Drilling)進行通訊連接并與供電電池4、測控電路3連接，導流套與鉆鋌開孔嚴格同心，通過高壓密封塞進行內外的連接。供電電池4、測控電路3分別裝在特制抗壓筒中，特制抗壓筒居中放置在專用鉆鋌I的泥漿流道中，通過與鉆鋌內徑相同的橡膠扶正器與鉆鋌內壁相連。在上扶正器7與下扶正器8之間為隔聲體2。整個測量系統位于井眼中，井眼中充滿泥漿。隨鉆方位聲波測井裝置的聲系采用單發四收模式，包括I個發射探頭10，4個接收探頭組成接收探頭陣列9，發射探頭10布置在鉆鋌的下扶正器8的凹槽內，接收探頭陣列9按軸向排列布置在鉆鋌的上扶正器6的凹槽內。聲系通過上下導流套5、6分別與上端MWD進行通訊連接并與供電電池4、測控電路3連接。接收和發射探頭都采用模塊化設計制作，由壓電振子15、基座16、透聲窗口 17組成，即:把壓電振子15固定在一個具有減震結構的基座16上，外套透聲窗口 17，進行封裝并注入硅油形成一個探頭。壓電振子15是隨鉆聲波測井聲波探頭的核心部件，通過分析壓電振子15的材料和幾何尺寸對諧振頻率的影響，可以得出基片材料、壓電陶瓷類型、壓電振子長度、寬度和厚度、壓電振子固定點距離等壓電振子的基本參數。接收和發射探頭采用多層壓電振子排列方式，通過徑向疊加的多層壓電振子結構提高了探頭對有用聲波信號的輻射能量。壓電振子15固定在具有減震結構的基座16上，充分考慮到壓電振子15與安裝基座16的整體性，采用高溫粘結膠把本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種隨鉆方位聲波測井裝置，包括專用鉆鋌、聲系和測控電路，其中測控電路包括聲波激勵電路、信號接收及處理電路、控制和數據處理電路、電源電路，其特征是：專用鉆鋌靠近上下端部分別設有上扶正器與下扶正器，上、下扶正器之間設有周期性交錯排列的導聲槽構成的隔聲體；聲系采用1個發射探頭，?4個接收探頭組成接收探頭陣列，發射探頭布置在鉆鋌的下扶正器的凹槽內，接收探頭陣列按軸向排列布置在鉆鋌的上扶正器的凹槽內，聲系通過上、下導流套分別與外部的MWD和專用鉆鋌內的供電電池、測控電路連接。

【技術特征摘要】
1.一種隨鉆方位聲波測井裝置，包括專用鉆鋌、聲系和測控電路，其中測控電路包括聲波激勵電路、信號接收及處理電路、控制和數據處理電路、電源電路，其特征是:專用鉆鋌靠近上下端部分別設有上扶正器與下扶正器，上、下扶正器之間設有周期性交錯排列的導聲槽構成的隔聲體；聲系采用I個發射探頭，4個接收探頭組成接收探頭陣列，發射探頭布置在鉆鋌的下扶正器的凹槽內，接收探頭陣列按軸向排列布置在鉆鋌的上扶正器的凹槽內，聲系通過上、下導流套分別與外部的MWD和專用鉆鋌內的供電電池、測控電路連接。2.根據權利要求1所述的隨鉆方位聲波測井裝置，其特征是:構成隔聲體是的導聲槽設為4個；接收和發射探頭都采用模塊化設計制作，即:把壓電振子固定在一個具有減震結構的基座上，外套透聲窗口，進行封裝并注入硅油形成一個探頭；導流套與鉆鋌開孔嚴格同心，通過高壓密封塞進行內外的連接；供電電池、測控電路分別裝在特制抗壓筒中，特制抗壓筒居中放置在專用鉆鋌的泥漿流道中，通過與鉆鋌內徑相同的橡膠扶正器與鉆鋌內壁相連。3.根據權利要求2所述的隨鉆方位聲波測井裝置，其特征是:接收和發射探頭采用徑向疊加的多層壓電振子排列方式，壓電振子與基座采用高溫粘結膠粘接成一體，透聲窗口為采用氟橡膠、硅橡膠或其它絕緣材料制成的耐磨透聲窗口 ；基座與鉆鋌之間加裝隔聲的橡膠墊。4.根據權利要求2或3述的隨鉆方位聲波測井裝置，其特征是導聲槽的槽...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊錦舟，肖紅兵，黃敬，喬文孝，鞠曉東，施斌全，趙紅林，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院，
類型：實用新型
國別省市：