非对称声源多极子随钻声波测井实验室测量研究

现有的随钻声波测井通常采用三种测量方式:单极子、偶极子及四极子测量模式.分别采用单极子源、偶极子源和四极子源激发单极子、偶极子和四极子信号对地层速度信息进行测量.由于随钻测井环境比较复杂,钻杆在井孔中占据大部分空间,钻杆速度高于地层速度,导致接收到的信号中仪器波能量占主导,无法有效地提取地层的纵横波速度信息.本文探讨一种采用非对称偏心的点声源,一次激发,利用方位分布的四个接收器接收,经过合成后同时分别得到单极子、偶极子和四极子模式波信号的测量方法,为建立同时利用多极模式波信号测量地层纵横波速度的随钻声波测井实用技术提供基础.本文利用1∶12的缩比模型在实验室对该方法进行了考察,实验结果证明,可以通过非对称点声源得到有效的地层单极子、偶极子和四极子模式波信号.通过分析和对比实测数据和理论模拟的频散曲线,本文进一步提出利用三种模式波的频散曲线联合反演确定地层横波速度的方法.

一种新型动电测井探测器研究与实验测试（英文）

目前对动电测井的研究主要集中于数值模拟和岩石物理实验。为研发出能下井测量的动电测井仪器,进行了一系列实验研究工作。文中介绍了一种融合了不同结构和材料要求的新型声电复合式动电测井探测器的结构及原理,对声、电信号接收器在仪器机械设计上无法布置在同一位置的难题也提出了解决方法。在水池中对其辐射声场特性进行了测试,计算了辐射声场声压及发射电压响应,分析了基于相控线阵的阵列式声波发射探头的指向性及实际应用效果。研究表明,在源距1500 mm处产生的声压可达47.2 kPa,且会随着激励声源主频增大而减小。随着相邻声波发射子阵激励信号延迟时间的增加,辐射声束主瓣会发生明显偏转,主瓣方向的能量也逐渐增强,可有效增强声电转换效率。本文为探测器研制及开展井下动电测井研究奠定了重要基础。

方位远探测声波测井仪数据采集控制软件设计

方位远探测声波测井技术在近年来得到了快速发展。数据采集控制软件是测井仪器系统的重要功能模块,其主要功能是完成地面采集控制平台与井下仪器的实时命令控制与数据传输。方位远探测声波测井仪数据采集控制软件模块以仪器库的形式挂接到成像测井系统,软件主要由仪器初始化、数据采集、数据分析及处理、仪器参数设置、下发命令封装、文件操作、实时波形绘图显示、实时波形处理、数据回放、帮助系统等部分组成。在程序设计中采用了多线程编程技术,提高与测井主控平台进行交互的时效性以及程序的响应速度。实验室及现场测试表明,方位远探测声波测井仪数据采集控制软件的总体及各个功能模块运行稳定,能够完成现场应用过程中对仪器的控制、数据读取、数据分析及处理、文件记录以及与现场测井采集控制平台的数据接口等需求,为仪器的进一步功能优化升级和现场应用提供了基础。

基于声波垂直入射于井壁的随钻远探测方法及初步数值模拟

目前随钻声波远探测测井技术受到大振幅井孔模式波的干扰、声源斜入射于井壁的影响,导致回波传播路径长,来自井旁异常体的回波信号的信噪比往往很低。针对上述不足,提出了一种由相控线阵声波辐射器及其邻近的柱面阵声波接收器组成的随钻声波远探测测井方案。井下相控线阵声波辐射器辐射的声波近乎垂直入射于井壁,能够在地层中产生尽可能多的纵波。声波接收器离发射器很近,可以接收沿较小的声学路径传播的井旁异常体回波信号,从而提高回波信号的信噪比。此外,应用柱面阵声波接收器可以获得准确的方位测量结果。采用三维有限差分方法对新方法进行初步数值模拟,结果表明井内声源在井旁地层中产生纵波和横波,其中纵波主要沿垂直于井轴的方向传播,横波主要沿井眼上下侧向传播,这说明纵波更有利于探测距离井轴较远的井旁异常体;来自井旁地层界面的PP回波的到时与方位呈现出近似的正弦关系,不同方位接收的波形极性相同、幅度不同,具有相似性;最靠近地层界面所在方位的接收单元接收的PP回波到时最早,振幅最强;随着地层界面越来越远,PP回波到时越来越晚,振幅越来越小。将新方法与现有方法进行对比,结果表明该方法能够同时压制井孔模式波和增强井外地层中的纵波能量,从而有效增强随钻声波远探测测井回波信号的信噪比。该研究为随钻远探测装置设计和后续的实验研究提供了理论依据。

声电测井探测器主要干扰成因分析

声波类测井仪器通常有数千伏的激励高压,高压脉冲形成的电磁干扰可影响测井仪器的功能部件和正常测量,降低信噪比。由于声电测井探测器采集的声电转换波信号极其微弱,易受电磁干扰,这就决定了声电测井探测器对电磁兼容性有更高的要求。结合探测器的结构和电磁兼容三要素研究了声电测井探测器的电磁干扰特性。分析了作为敏感源的电极测量回路特征,通过干扰测试明确了高压脉冲源是主要干扰源,并分析了电磁干扰耦合路径的形成机理。以定性的电耦合模型、定量的高斯电场定律和电耦合实验研究相结合的方式对探测器的电磁干扰特性进行系统分析与验证,还原探测器的主要干扰特征,揭示高压脉冲的电耦合是探测器的主要干扰成因,并提出减小耦合干扰的方法。测试结果表明,该方法能够有效改善声电测井仪器的电磁兼容特性,提高对声电转换波弱信号的探测能力。

不同偏振方向的偶极子声源在HTI地层井孔中激发声场的实验研究

本文首先制作了TI地层模型井,对模型井的速度、密度等物理参数进行了测量,通过快速模拟退火算法得到了该介质的五个TI刚性系数,然后采用缩尺的偶极子探头在HTI地层井孔内进行超声测量实验模拟了实际的偶极子声波测井,并结合数值模拟的结果,研究了不同偏振方向的声源在HTI地层井孔中进行偶极子声波测井的响应特征.模拟结果表明,弯曲波的幅度和速度随声源的偏振方向不同而不同.正交分量的波形幅度在声源偏振方向平行或垂直于快横波面方位时最小,在与快横波面方位呈一定夹角时较大;同向分量波形幅度随声源的偏振方向的变化规律同正交分量相反.弯曲波速度在声源的偏振方向与快横波面方位的夹角小于30°或者大于60°时,分别接近于快弯曲波和慢弯曲波的速度,对于夹角的变化不敏感;当夹角在30°和60°之间时,弯曲波的速度对该夹角变化非常敏感,由接近快弯曲波速度快速变化到接近慢弯曲波速度.

多极子阵列声波测井技术在煤层气储层评价中的应用

介绍多极子阵列声波测井仪器(MPAL)的声系结构和测量数据。MPAL仪器提供了丰富的煤层气地层声学参数。通过处理MPAL在煤层气储层的声波测量数据得到了滑行纵波、偶极横波和斯通利波的速度,衰减以及横波速度各向异性,地层渗透率等信息。在分析上述信息与煤层气储层特性关系的基础上,研究了煤层气储层的多极子阵列声波测井评价的步骤和方法。MPAL测得的纵、横波速度及衰减能够用于煤层识别和煤层厚度计算;从斯通利波数据中提取的渗透率信息可以评价煤层气储层的渗透性能;结合地层密度数据可得到地层弹性信息,能够为钻井、水力压裂等工程提供重要的参考数据。

利用地球物理测井资料识别我国的煤阶类型

以中石油廊坊分院煤层气岩石物理实验室的煤阶类型分类标准为前提,分析了我国现有煤阶类型的识别方法,并阐述了实验测量法、统计法(岩芯刻度测井)和测井资料交会图法的适用条件。从实际应用上认为,测井资料交会图法从机理上考虑了煤化作用演化过程中H/C、O/C含量、水分和煤大分子结构芳香性程度的变化对地球物理测井的影响,综合我国鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、松辽盆地和沁水盆地4个盆地6个井区的煤层气井的测井资料,在井眼条件较好,煤层较厚的情况下建立了相应的煤阶类型识别图版。通过对沁水盆地中部和恩洪盆地两个井区的实际资料处理发现,这套煤阶类型的识别图版与实验室分析的结果符合率在95%以上,证实了该套方法建立的煤阶类型识别图版应用在这些地区的准确性和可行性。

电缆地层测试技术的发展及其在地层和油藏评价中的角色演变

分析了电缆地层测试技术的现状和发展,探讨其在国内外的应用前景和我国电缆地层测试技术的发展目标。电缆地层测试器(WFT)可以完成地层流体取样、储层压力以及地层压力梯度测试、确定储层油水界面以及进行储层渗透率解释和产能评价,能够将测井评价提升到油藏评价。井底流体分析仪器(DAF)可以实时测量井下流体详细的组分、pH值、温度压力和密度黏度等;人工神经网络(ANN)、NMR测井和实验室PVT测量同井底流体分析(DAF)技术结合可以得到更准确更详细的地下流体的信息;双封隔器的改进可以使得2个流体进入口同时监测流体污染情况,以便快速取得较纯净地层流体;管线过滤器可以有效阻止细小颗粒进入仪器管线,避免了探针阻塞和仪器毁坏;探针形状的改进增加了测试区域,提高了测试的成功率。新的测试方法及其应用可以在一些当前认为比较复杂的储层如碳酸盐储层、裂缝性储层和薄互层等进行测试。新的方法和技术节省了时间和成本,其测量精度也明显提高。

声波测井压电振子温度性能一致性实验研究

新一代声波测井技术采用了相控圆弧阵作为声波辐射器,构成圆弧阵的压电振子的耐高温性能一致性是一项重要的技术指标。以相控圆弧阵所使用的阵元为例实验研究了压电振子的耐高温性能以及阻抗特性一致性随温度的变化。测试结果表明,压电振子的谐振频率和静态电容随着温度的升高而增大,而最大电导和脉冲响应幅度随着温度的升高而降低;压电振子的阻抗特性一致性随着温度的升高相对下降,150℃下相对变化量可控制在4%以内。将压电振子从高温环境冷却至常温27℃后,压电振子的阻抗特性具有可恢复性。经测试的压电振子的耐温指标能够达到150℃左右,且高温下阻抗特性一致性较好,能够满足井下高温环境的应用要求。

动电效应测井探测器电子系统设计

介绍了动电效应测井探测器电子系统的设计。该电子系统由主控电路、声激励电路、电激励电路和电、声信号处理及采集电路组成,各功能电路通过自定义高速仪器控制总线互联,形成分布式架构。该电子系统广泛使用CPLD/FPGA实现总线协议和子系统控制功能,并在电、声信号处理及采集电路中运行NIOS系统,完成本地数据采集控制和数据处理的功能。主控电路运行μC/OS-II嵌入式操作系统,实现系统实时控制。整个电子系统经过实验室高温测试和水池实验及现场测井实验,得到了良好的测试数据,系统运行稳定可靠。

一种光纤传感式油气探测地震检波器探头

高灵敏度波动和振动传感器是目前油气探测急需的关键技术之一.本文设计了一种光纤Bragg光栅(FBG)型波动和振动传感探头,分析了其工作参数和传感优势,给出了这种新型地震检波器探头结构的有限元分析结果和实验室振动测试结果.结果表明,这种检波器探头有较好的频率响应,测试性能稳定,此结构具有很高的灵敏度放大作用.

方位远探测声波测井仪电子系统设计

为解决现有声波测井仪探测深度浅、方位分辨率有限的问题,研制了方位远探测声波测井仪,该仪器的关键技术之一是有源发射声系和有源接收声系的结构设计,配套的电子系统是实现这种声系结构的关键部件。采用阵列化传感器与多通道电子系统一体化的设计技术,设计了由主控电路、多节点接收采集电路、相控激励电路构成的仪器电子系统。基于主节点和多个子节点的模式实现仪器电子系统互联,将主控电路设计为主节点,其他电路设计为多个数字化功能子节点,通过专用的仪器模块互联总线实现仪器内部各节点互联。现场实验测量得到的波形信噪比高,波形特征清楚,单极方位模式在实验中的探测深度约为40 m。方位远探测声波测井仪电子系统实现了声波远探测大动态范围信号的采集,能够满足方位远探测声波仪器的测量要求,为仪器在多方位大探测深度测量模式下提供可靠且高信噪比的测量数据。

多极子阵列声波测井三维信息处理方法研究

地层横波慢度信息可用于评价井眼稳定性、监测泥浆滤液侵入情况、射孔位置选择、估算地应力等。现有的反演偶极横波径向慢度剖面采用的频散分析方法(如加权频散相干法)的精度和分辨率不能确保反演结果的精度。引入一种高性能的频散分析方法——幅度与相位估计法,该方法对模拟和实际数据都有较好的处理效果,将其与高频约束反演法结合反演偶极横波慢度径向剖面,能够获得高精度的反演结果,并有效降低反演结果的非唯一性。处理结果验证了该方法的有效性。

测井仪器调试台架供电监测技术研究

在测井仪器的制造和维修过程中,调试台架可以提高检测、故障诊断的科学性和工作效率。为了保证被测试单元处于安全的供电环境中,调试台架需要对低压电源的输出进行监测和控制。基于ARM7+μClinux的嵌入式架构,设计了低压电源管理模块;采用了FPGA+STM32单片机的分布式采集控制系统,实现了对各电源的电压和电流的采集以及同时输出的通断控制;上位机软件通过超压、限流设置,实时显示电压和电流等策略,实现了供电模块的安全监控。将该系统应用到调试台架中,对仪器的不同单元进行调试,能够满足安全调试的需求。

低渗透复杂润湿性储层电阻率实验及导电机理研究

低渗透岩性油气藏发育的黏土膜吸附原油造成了储层亲油,电阻率异常高,高阻油水层、水层的存在给储层流体性质识别带来了很大挑战.为了明确不同润湿性储层的电阻率响应特征以及微观导电机理,本文选取了鄂尔多斯盆地西部三叠系延长组长8段的岩心,模拟了油驱水、老化和水驱油过程,并测量了岩心薄片洗油后的接触角.实验结果表明,洗油后异常高阻岩心已表现为不完全亲水,然而,其测量的胶结指数m与正常电阻率岩心相差很小.油驱水至束缚水时,正常电阻率岩心的电阻增大率I_r与含水饱和度Sw的关系在双对数坐标下基本表现为直线的关系,而异常高阻岩心则表现为明显的凸曲线特征.且老化过程前后,异常高阻岩心的电阻率基本不变.结合对异常高阻岩心不同状态下的核磁共振T_2谱的分析,表明在油驱水过程中,岩石的润湿性已经向亲油方向发生转变,老化过程对润湿性的改变影响很小.水驱油至残余油时,异常高阻岩心的I_r-S_w曲线表现为近似直线特征,反映出水驱油过程中岩石的导电结构并未发生改变.基于实验结果的分析与讨论,明确了一种适用于低渗透复杂润湿性储层的成藏模式及其导电机理,说明了高阻水层主要是亲油润湿性条件下的连续导电路径遭到破坏造成的.

方位反射声波成像测井技术在井旁地质体评价中的应用

方位反射声波成像测井技术能够接收来自井旁地层不同方向的纵波信号,实现对井旁几十米范围内的地质体方位和到井距离的测量。当井旁地质体尺度明显大于地层中的纵波波长时,利用该地质体产生的反射纵波可以对地质体进行精确成像;当井旁地质体尺度与地层中的纵波波长相当时,则可以利用该地质体产生的散射纵波获得地质体的分布情况。方位远探测声波测井仪器装配了10个八单元声波接收站,每个接收站由沿圆周均匀分布的8个压电型接收振子构成,可以获得多个源距、不同方位的声波数据。介绍了方位反射声波成像测井技术及2个应用案例,并将声波相控阵技术应用于方位声波测井资料处理中,以提高井旁地质体方位测量的准确度。针对过井裂缝和相邻井的方位反射声波成像测井测量实例,验证了利用该测井方法评价井旁地质体空间位置时的可靠性。

利用流-固交界面上的伪瑞利波幅度进行液位检测的实验测量

基于流-固交界面上的伪瑞利波衰减依赖半空间流体性质这一特点,提出了一种利用伪瑞利波幅度测量液位的声学方法,并设计实验对其可行性进行了探讨。首先简要介绍了该方法的理论基础,回顾了前一篇文章的数值模拟工作所得到的重要结论;而后在水槽内进行实验,使用两个源距固定的横波换能器分别激发和接收铝制柱体表面的伪瑞利波,测量了不同液面高度下的脉冲伪瑞利波幅度及其主频偏移,并与数值模拟结果进行了比较。实验结果表明,测量所得的伪瑞利波幅度变化范围略小于数值模拟所得到的结果,但二者在反映变化规律上具有较好的一致性,即:随着液面高度的升高,脉冲伪瑞利波幅度近似呈指数下降,与此同时主频向低频偏移,偏移量近似呈线性规律增大。本文的研究结果从实验上验证了这一检测方法的可行性和有效性。

声波测井实验仪中的发射电路实现

本文介绍了一种用于声波测量用的发射电路的设计方法,利用555定时电路生成控制脉冲序列,采用大功率VMOS器件作为控制器件,实现高压矩形脉冲信号输出,合理的脉冲宽度设计可以满足超声实验测量,也可广泛用于石油声波测井、工程地震勘测等应用中。

基于地震物理模拟的采集脚印分析

采集脚印是描述三维地震勘探中的一种地震噪声的新概念,采集脚印的形成机理为:①地面炮点和检波点几何图形离散化分布可造成地下水平层照明强度分布不均匀,并导致CMP面元水平叠加、偏移振幅和相位不均匀;②三维观测模板规律性的纵、横向滚动可造成地下CMP面元属性的周期性变化,从而导致CMP面元水平叠加振幅和相位也呈现周期性变化。文中借助地震物理模拟技术,在三维偏移数据体的时间切片上,观察到了各种特征的采集脚印图像,验证了采集脚印对中、深层地质目标地震成像的影响,并得出以下初步认识:①在微震扰动背景下,采集脚印的振幅水平与背景振幅属于同一数量级,因而可以观测到与理论分析相吻合的各种特征的采集脚印图像;②采集脚印噪声水平对强反射信号影响不大,但它足以影响中、弱反射信号的振幅和相位,从而影响中、深层地质目标的地震成像质量;③在地震物理模拟中,由于地质模型是已知的,所有与地质目标相关的信息都可以正确演示出来,而采集脚印是一种周期性的规则噪声,也可以进行预测、识别,因此地震物理模拟技术是研究采集脚印问题的优势技术。