方位声波测井仪电子系统设计

针对传统声波测井井下仪器声源没有指向性或无法控制声波信号辐射指向性的不足,研制了方位声波测井仪(AABT,Azimuthally Acoustic Bond Tool)。该仪器能够实现定向测量,评价第Ⅰ界面和第Ⅱ界面的固井质量情况,并具有较好的周向分辨特性,其周向分辨能力可达40°,具有好的一致性和准确性。该仪器与单极子、偶极子和四极子等声波测井声源相比,真正实现了周向扫描测量,在固井质量评价、非均质地层评价、定向射孔、定向钻井和井间地层评价等方面有良好的应用前景。介绍了AABT测井仪的电子系统设计方案。仪器由发射电子线路短节、主测控电子线路短节和声系组成。对仪器电子系统的主要构成模块、各部分的主要功能和关键技术进行了比较详细的分析,并给出了初步的现场试验结果。

考虑压电声源-井孔系统的随钻方位声波测井数值模拟

随钻方位声波测井仪器是一种新型的声波测井仪器,在非均匀性复杂地层的精细勘探与开发中具有应用前景。综合考虑了压电声源-钻铤-井孔系统相互耦合作用,使用有限元ANSYS软件仿真计算了瓦片状声源的随钻方位声波测井仪器响应特征,以及声源的变形、表面不同位置处的振动位移,分析声源的谐振频率与辐射特性。模拟结果表明,声源振动变形复杂,与施加的激励信号存在较大差异。该声源谐振频率位于隔声体阻带之内,钻铤波得到有效压制,且该声源辐射出的能量具有明显的水平、竖直方位指向性。数值模拟了随钻方位声波测井仪器在均匀地层、方位分区变化地层以及过界面地层中的测井响应特征。模拟结果表明,基于该瓦片状声源的随钻方位声波测井仪器可准确测量地层的纵波慢度,识别井周地层方位速度信息,在跨界面地层中通过方位速度差异进行界面识别。研究对于随钻方位声波测井仪器的设计、研发以及使用具有指导意义。

随钻声波远探测声波速度成像数值模拟与试验

为了获取井周地层方位声波速度信息,评价地层的非均匀性,设计了不同方向速度模型井,研究了随钻声波远探测的方位声波速度测量性能。不同方向速度模型井包含4个扇区,相邻扇区纵波速度和横波速度均不同。数值模拟了该模型井的声波传播,采用偏极子发射和偏极子接收的测量模式,获得了方位角为0°,90°,180°和270°时的阵列接收波形,从接收波形提取到了井周地层方位声波速度信息,识别到了方位分区的变化。根据不同方向速度模型井的参数设计了试验装置,使用瓦片状方位声源准确测量到2个扇区高速介质的声波速度,识别出2个扇区低速介质的声波速度变化趋势,试验结果与数值模拟结果基本一致。研究结果表明,利用不同方向速度模型井可以对不同方向的声波速度进行评价,为随钻声波远探测进行地质导向和地层各向异性分析提供理论依据。

三维空间瞬时声源的纯方位角估计性能分析

为提高短基线传感器阵列测向性能,在传统的方位角/俯仰角联合估计基础上提出一种纯方位角估计方案,将三维空间阵列映射为平面阵列,利用平面关系只对三维空间瞬时声源的方位角进行估计.基于克拉姆-拉奥下界理论的分析表明纯方位角估计性能优于联合估计的方位角结果,并讨论了纯方位角估计的使用时机.另外本文分析认为,阵列传感器之间高差只影响俯仰角的测向精度,对方位角估计精度不产生影响.仿真结果验证了纯方位角估计的有效性和优越性,为进一步工程应用奠定了理论基础.