一种非接触式井径测井仪的制作方法

1.本实用新型涉及井径测井领域，具体的说涉及该领域内的一种非接触式井径测井仪。


背景技术：

2.井径测井一般用于指示井眼的扩大和缩小，帮助划分岩性和对某些测井方法进行井眼校正，在套管井中还可用于检查套管内径，确定套管损坏情况。传统的井径是依靠张臂式井径仪的收拢和张开来进行井眼的探测，该方法虽然原理上简单，但是整个施工过程中张开的井径臂与井壁一直紧密接触和摩擦，导致的后果是降低井径的使用寿命，遇到井况不好时还容易遇卡和折断仪器。如今，油田为提高油汽产量，开发的几乎都是大斜度井和水平井，传统的电缆测井已逐步为泵出式和直推式施工方式所取代，由于整个仪器串始终贴着一边，从而导致某个井径臂磨损严重。如果在测井中遇卡，也不能像缆测那样下发命令让仪器收腿，很容易造成仪器的折断甚至威胁到整个井下串的施工安全。
3.常规井径探测仪通过机械臂张开的大小程度来量化井眼尺寸，图1是张腿式井径仪，其中11为上盖帽，12为井径臂，13为外壳，14为下堵头；该形式一般用于缆测且斜度不大的井况，井下仪到达目的段后，通过下发不同命令，控制仪器张开不同尺寸以及关断等操作。图2为弓型井径仪，其中21为上盖帽，22为井径臂，23为芯轴，24为弹簧，25为下堵头；该形式能够承受较大的支承力，主要用于大斜度以及水平井的施工。图3a，图3b为随钻超声，其中31为钻铤，32为超声声窗，33为超声换能器，钻铤同一界面处等角度开三个窗口，并布置超声换能器。首先换能器激励声波信号，然后接收回波信号，通过计算声波信号从发射到接收的时间差，并结合测井液的速度，计算出井眼尺寸大小。
4.现有常规机械式井径探测仪的缺点：一是使用寿命较短，需经常更换井径臂，因为测量时仪器和井眼之间始终存在着较强的摩擦，受井况影响各井径臂承受的摩擦并不均衡，经常是某一个臂损坏；二是容易遇卡，由于裸眼井地质情况复杂，井眼也并不规则，很容易导致井径仪被障碍物绊住，当施压的力度较大时，很可能导致臂折断，以致危及到整个井下串的安全，另外，当井径臂之间夹杂着较硬的物体时会导致收不了腿的情况发生。随钻超声与前两者的原理不同，它采用的是非接触法，通过测量回波时差来计算井眼尺寸，但是随钻超声毕竟是用在较粗的钻铤上，和测井仪器比较起来尺寸要大很多，受超声测量声回波盲区的影响，对于随钻超声同一界面等角度布置三个超声探测法并不适合裸眼井测井。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种非接触式井径测井仪，在耐磨损的同时可以有效避免井下遇卡的情况发生。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种非接触式井径测井仪，其改进之处在于：包括壳体，壳体的一端为上盖帽，另一端为下堵头，在壳体内设置轴向的自发自收超声换能器和声波反射面，在壳体的表面上
沿轴向等间隔的开设若干通孔，并且各通孔在壳体的周向上依次等角度间隔螺旋分布，在各通孔内均设置径向的自发自收超声换能器，上述各自发自收超声换能器的结构相同，均包括带有开口的外壳，在外壳的底部安装背衬材料，在外壳的开口处设置匹配材料，在外壳内的背衬材料和匹配材料之间设置压电陶瓷。
8.进一步的，通孔的数量为6个。
9.进一步的，各自发自收超声换能器均为承压形式，中心频率为250khz。
10.进一步的，各自发自收超声换能器均外接井下电路系统并分别受其控制。
11.本实用新型的有益效果是：
12.本实用新型所公开的非接触式井径测井仪，采用非接触法探测井眼尺寸，克服了井径测井仪不耐磨、易遇卡等缺点；由于井下地质情况复杂，有时会遇到其它突发原因导致自发自收超声换能器失效，通过在测井仪的轴向等间距，且沿着周向依次等角度间隔的螺旋布置多个自发自收超声换能器，可以降低多个自发自收超声换能器同时失效的概率，较好地保证一次测井成功；由于在正常情况下井眼不是圆的，利用本实用新型所公开的非接触式井径测井仪的多个自发自收超声换能器并采用多点拟合法能够更精确地计算出井眼尺寸。
附图说明
13.图1是张腿式井径仪的结构示意图；
14.图2是弓型井径仪的结构示意图；
15.图3a是随钻超声井径仪的结构示意图；
16.图3b是图3a的a—a剖视图；
17.图4是本实用新型实施例1所公开非接触式井径测井仪的结构示意图；
18.图5是本实用新型实施例1所公开非接触式井径测井仪中自发自收超声换能器的结构示意图。
19.附图说明：11为上盖帽，12为井径臂，13为外壳，14为下堵头，21为上盖帽，22为井径臂，23为芯轴，24为弹簧，25为下堵头，31为钻铤，32为超声声窗，33为超声换能器，41为上盖帽，42—48均为自发自收超声换能器，49为声波反射面，410为下堵头，51为外壳，52为背衬材料，53为压电陶瓷，54为匹配材料。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.实施例1，如图4所示，本实施例公开了一种非接触式井径测井仪，是一种用于裸眼井的测井仪器，主要用来探测井眼尺寸范围，采用自发自收超声换能器（压电换能器）发射超声信号，并对随后的回波信号进行数据采集，具体包括壳体，壳体的一端为上盖帽41，另一端为下堵头410，在壳体内设置轴向的自发自收超声换能器48和声波反射面49，在壳体的表面上沿轴向等间隔的开设6个通孔，并且各通孔在壳体的周向上依次等角度间隔螺旋分布，在各通孔内均设置径向的自发自收超声换能器42—47，如图5所示，上述各自发自收超
声换能器的结构相同，均包括带有开口的外壳51，在外壳的底部安装背衬材料52，在外壳的开口处设置匹配材料54，在外壳内的背衬材料和匹配材料之间设置压电陶瓷53。各自发自收超声换能器均为承压形式，中心频率为250khz，为了使得自发自收超声换能器能和周围的介质更好地进行能量交换，在压电陶瓷前面加了一定厚度的匹配材料，自发自收超声换能器在发射激励后经过若干个周期的余振才会停止，如果时间过长就会将接收信号湮灭，例如，假定足够强振幅的余振周期为n、振动周期为t、井中流体的速度为v，则盲区的距离l=0.5
×n×
t
×
v，当某个自发自收超声换能器正好在井眼下方，此时有效距离较小，不容易分辨出有用的接收信号，通过在自发自收超声换能器背后安装合适的背衬材料，吸收自发自收超声换能器的余振，提高对有用信号的分辨力。
22.各自发自收超声换能器均外接井下电路系统并分别受其控制。井下电路系统逐个控制6个径向自发自收超声换能器，按照既定时序逐一发射超声信号，并启动ad采集足够长的接收信号，启动轴向自发自收超声换能器（流体速度测量换能器）的发射和信号采集，设轴向自发自收超声换能器距离反射面的距离为d，测得回波差为
△
t，则测得流体速度v=2
×d÷△
t。
23.当测井仪工作于缆测模式时，通过电缆实时上传数据至地面系统，如果测井仪工作在存储模式下的钻具施工模式，则等测井仪提出地面后，再读取井下存储的数据。
24.最后出具井眼尺寸资料，对于随钻超声，通过三点共圆法计算井眼的大致尺寸，本实施例所公开的非接触式井径测井仪亦可以实现该方法。由于6个自发自收超声换能器是在轴向等间距、在周向等角度间隔螺旋分布的，首先，按照深度推移将6组距离值对应到同一深度点，然后，对区间[0，360
°
]做等间隔划分，每个区间端点值等于6组中的某道，每个区间对应的函数是三次多项式且具有二次导数，即采用三次样条插值法对这6组数据进行拟合，就可以计算出较为准确的井眼尺寸。
[0025]
本实施例通过在测井仪轴向等间距、周向等角度间隔螺旋布置6个自发自收超声换能器，通过计算回波时差计算对应自发自收超声换能器方向的距离，最后在同一深度点合成出井眼形状，工作时6个径向自发自收超声换能器轮流发射和接收，用于对应方向的距离检测，对测井仪固定发射和接收的轴向自发自收超声换能器用于井中流体速度测量。
[0026]
本实施例采用轴向等间距、周向等角度间隔螺旋布置6个自发自收超声换能器，通过计算对应道距离值探测井眼尺寸，任何对换能器的数量、各换能器之间的角度、各换能器之间的距离的更改都应视为包含在本专利的保护范围之内，任何对换能器中心谐振频率的更改也应被视为包含在本专利的保护范围之内。