基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置及其测量方法与流程

技术特征：
1.基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，包括基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置（1）、耐高温光电复合测井电缆（2），地面井口测井车（3）、地面光纤声波传感器调制解调仪器（4）；所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置（1）包括耐高温光纤声波传感器（5），作为井中声波信号接收单元；三个单极子声波发射器（6），两个偶极子声波发射器（7），声波发射器电子短接（8），隔声体（9），光纤陀螺仪（10）；地面井口测井车（3）通过铠装光电复合测井电缆（2）与井中光纤声波传感器的声波扫描测井装置（1）相连接；所述三个单极子声波发射器（6）能够获取长源距和短源距数据进行不同探测深度的井眼补偿；所述两个正交的偶极子声波发射器（7）能产生弯曲波，用于描述慢地层和各向异性地层的横波慢度；所述地面井口测井车（3）通过光电复合测井电缆（2）控制井中光纤声波传感器的声波扫描测井装置（1）的下井和升井，并给井中光纤声波传感器的声波扫描测井装置（1）提供电源，声波发射器电子短接（8）驱动单极子声波发射器（6）和偶极子声波发射器（7）在作业时连续重复发射声波信号；安置在井口的地面光纤声波传感器调制解调仪器（4）通过铠装光电复合测井电缆（2）连接井下声波扫描测井装置（1），用于向光纤声波传感器（5）里面发射激光脉冲，并同步采集光纤声波传感光器（5）里面的背向散射瑞利波。2.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述地面光纤声波调制解调仪器（4）有光纤声波传感器信号输入端口和光纤陀螺仪（10）信号输入端口。3.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述声波扫描测井装置（1）内的光纤声波接收器阵列上有多个轴向接收点，每个接收点有呈环状均匀间隔分布有至少三个绕声波扫描测井装置（1）放置的光纤声波传感器（5）。4.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述光纤陀螺仪（10）安装在井中声波扫描测井装置（1）的顶端，并通过光电复合测井电缆（2）实时测量声波扫描测井装置（1）的方位、倾角和倾向。5.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述声波发射器电子短接（8）放置在声波扫描测井装置（1）的上端，用于驱动声波扫描测井装置（1）内的单极子声波发射器（6）和偶极子声波发射器（7），所述光纤陀螺仪（10）安置在声波发射器电子短接（8）的下方。6.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述第一个单极子声波发射器（6）安置在光纤陀螺仪（10）的下方，紧随随后的是光纤声波传感器（5）阵列，在光纤声波传感器（5）阵列的下方，安置有第二个单极子声波发射器（6）。7.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述第二个单极子声波发射器（6）的下方，安装有一组隔声体（9）。8.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述隔声体（9）的下方，依次安置有两个相互正交的偶极子声波发射器（7）和第三个单极子声波发射器（6）。
9.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置，其特征在于，所述两个偶极子声波发射器（7）是正交定向的，一个沿与声波扫描测井装置（1）的延伸方向平行的参考轴振动，另一个与参考轴成90
°
。10.基于光纤声波传感器的声波扫描测井装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：把地面井口测井车（3）绞车上的铠装耐高温光电复合测井电缆（2）与井中声波扫描测井装置（1）相连接；s2：利用地面井口测井车（3）绞车上的铠装耐高温光电复合测井电缆（2）将井中声波扫描测井装置（1）下放到井底；s3：通过地面井口测井车（3）绞车上的铠装耐高温光电复合测井电缆（2）慢速向上提升井下声波扫描测井装置（1）并向井下声波扫描测井装置（1）内的声波发射器电子短接（8）发送指令，依次驱动激发三个单极子声波发射器（6），两个相互正交的偶极子声波发射器（7）发射声波信号；s4：同时启动光纤陀螺仪（10），实时测量并记录向上提升的井下声波扫描测井装置（1）沿井轨迹的方位、倾角和倾向；s5：同时启动地面光纤声波传感器调制解调仪器（4），通过光电复合测井电缆（2）向井下声波扫描测井装置（1）内光纤声波接收器阵列上的光纤声波传感器（5）发射大功率多频窄脉冲激光信号，同时接收168个光纤声波传感器（5）的背向瑞利散射光信号；s6：地面光纤声波传感器调制解调仪器（4）对每个光纤声波传感器（5）上的背向瑞利散射光信号进行调制解调处理，将每个光纤声波传感器（5）上测量到的光纤应变或应变率数据解调成光纤声波传感器（5）轴向分量声波数据；s7：首先依次激发上端的第一个单极子声波发射器（6）、第二个单极子声波发射器（6）和第三个单极子声波发射器（6），光纤声波接收器阵列上的光纤声波传感器（5）采集来自井孔周围地层的不同源距的声波信号，这三个单极子声波发射器（6）都能产生更强的压力脉冲，这些单极子声波发射器（6）能产生清楚的纵波和横波，低频率斯通利波以及进行固井评价所需的高频能量，光纤声波接收器阵列上的光纤声波传感器（5）采集来自井孔周围地层的纵波和横波，低频率斯通利波等声波信号；s8：然后依次激发两个相互正交的偶极子声波发射器（7），光纤声波接收器阵列上的光纤声波传感器（5）采集来自井孔周围地层的偶极声波信号，两个偶极发射器都是一种振动装置，由电磁马达组成，其中电磁马达安装在悬挂于仪器上的一个圆筒上，这种机构产生一个高压偶极信号，而不会引起仪器外壳的颤动，震源可采用两种模式驱动：脉冲模式的传统偶极源产生一个很深的“咔哒”信号，声波扫描测井仪器采用扫频产生线性调频脉冲信号，与窄带偶极源相比，线性调频脉冲模式维持每个频率的时间更长，能向地层提供更多的偶极能量，安置在第一个单极子声波发射器（6）下部的光纤声波传感器（5）采集来自井孔周围地层的三分量声波信号；s9：根据从井下声波扫描测井装置（1）内的3个单极子声波发射器（6）和两个相互正交的偶极子声波发射器（7）位置到达井下声波扫描测井装置（1）内的光纤声波传感器（5）上每个声波检波点的直达声波走时和井下单极子声波发射器（6）与偶极子声波发射器（7）位置到已知的检波点的距离，计算出从已知单极子声波发射器（6）和偶极子声波发射器（7）到达
每个已知声波检波点之间的声波平均速度；如果数据处理人员拾取的是声波直达纵波的走时，计算出的就是纵波的平均速度；如果拾取的是声波直达横波的走时，计算出的就是横波的平均速度；如果拾取的是低频率斯通利波的走时，计算出的就是低频率斯通利波的平均速度；s10：通过记录不同声波发射器和不同的源距（发射源与接收器之间的距离）的多条阵列声波测井曲线进行相关和叠加处理，可以有效地压制干扰，准确提取纵波、横波和低频斯通利波的各种信息，由于接收器的间距可以非常小，能满足薄层研究的需要；s11：利用超过3米的长源距声波测井曲线提取裸眼井地层的纵波、横波和斯通利波信息；用1米的短源距声系在套管井中进行水泥胶结测井（cbl），利用源距为1.5米的声系进行变密度测井（vdl），这两种测量结果可用于检查套管井水泥固结质量；s12：通过对总共168个光纤声波传感器（5），每个接收点上12个以30
°
间隔绕声波扫描测井装置（1）放置的光纤声波传感器（5）接收的地层纵波、横波和低频斯通利波的声波信号进行处理分析，了解环绕声波扫描测井装置（1）360度范围内是否存在地层纵波、横波和低频斯通利波速度的各向异性，是否存在地层弹性参数或粘弹参数的各向异性，实现对井孔周围地层的声波扫描测井，通过对井孔周围地层的扫描声波信号（数据）的进一步处理和解释，就可以了解井孔周围地层的弹性参数特性或粘弹参数特性，以及井眼以外地下介质的岩性、孔隙度、渗透率、孔隙内流体的类型与饱和度，以及井下介质中不同流体的分布规律。

技术总结
本发明提供的基于光纤声波传感器的井中声波扫描测井装置，用光纤声波传感器替代常规声波扫描测井装置内的单极或偶极或多极压电晶体式声波接收换能器。此仪器井下接收传感器无需任何电子器件，解决了井下接收传感器及其配套的放大器、模数转换和数据存储器件以及数据传输模块等无法在高温下长时间工作的难题。通过与光纤声波扫描测井装置相连接的铠装光电复合缆，可以高速传输光纤声波传感器的背向瑞利散射光信号到地面多通道DAS调制解调仪器里面，解决了井下声波扫描测井装置采集的大量数据信号难以实现高速向上传输的瓶颈问题。此发明可以极大的降低井下声波扫描数据的仪器制造成本、实现高效率采集超高密度或极高空间分辨率的井下声波扫描数据。分辨率的井下声波扫描数据。分辨率的井下声波扫描数据。


技术研发人员：余刚 张少华 苟量 陈宝 汤天知 陈涛 王熙明 安树杰 夏淑君 吴俊军
受保护的技术使用者：中油奥博（成都）科技有限公司
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2023/2/3