随钻声波测井关键技术研究进展

声波测井技术作为地层评价的重要手段已经逐步从电缆测井向随钻测井过渡,未来随钻声波测井在油气勘探开发中将发挥重要的作用。以随钻声波测井关键技术为主线,综述了近年来在随钻四极子发射换能器、隔声体设计、接收声系及波形反演方法等方面的研究进展。研究结果表明耐高温高压的非充油型随钻四极子发射换能器具有机械安装简单、造价低等优点;钻铤变径隔声结构具有良好的隔声效果,可以减小泥浆对钻铤内壁凹槽的冲蚀影响,增加仪器的使用寿命;长条管状接收声系设计方案能够很好的降低钻铤波的干扰,易于安装和维修维保;数据反演方面重点是如何解决随钻地层各向异性评价难题。下一代的随钻声波远探测技术研究有望实现从近井壁探测拓展到远距离探测的跨越,为井旁地质构造探测、地质导向等提供帮助。     

声波换能器高温测试系统温度控制方法

声波换能器是声波测井仪器的关键部件,其温度特性直接影响仪器的性能.为满足声波换能器在高温环境下的性能测试要求,针对控制系统的特点采用了Fuzzy-PID参数自整定控温方案,提出了分段控温及小温差逐次逼近控制方法,并实现了根据飞升曲线测定控温对象数学模型的算法.理论分析和仿真结果表明,该方法在各种指标上都能达到较满意的控制效果.     

多极子阵列声波测井仪系统设计及现场测试

设计一种新型多极子阵列声波测井仪,该仪器是当前油田现场测井服务中的重要装备。仪器的整体结构由上电子短节、声系和下电子短节等3个相对独立的部分组成,声系由发射声系、隔声体和接收声系组成。发射声系包括单极换能器、交叉偶极换能器和四极换能器,阵列化的接收声系包括8组频率为0.5~30 kHz宽带接收换能器组,共32个接收换能器单元。主测控电子线路短节包括以DSP为核心的控制电路、数据采集电路、前置接收电路及井下低压供电电路等几部分。由发射逻辑控制器、供电电路、高压储能电路、驱动电路、高压激励电路和脉冲变压器构成高压脉冲激励源。通过分析测井资料实例,说明仪器测量的正确性;并表明了仪器具有好的一致性和重复性。     

声波测井低频声源的理论设计

对声波测井中应用的低频压电式换能器的设计理论加以分析，阐明采用弯曲振动模式是降低常规声波测井换能器频率的有效方法，通过对圆面弯曲振动换能器振动方程的求解，给出振动位移和固有频率的计算表达式．按这种理论设计的换能器，能够满足低频和井眼尺寸要求。     

用三维时域有限差分法研究随钻声波测井仪器隔声体的设计

在柱坐标系中,利用三维时域有限差分方法研究了随钻声波测井仪器的隔声体设计.结果表明,不同结构的隔声体对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异.一种由周期性交错排列的凹槽构成的隔声体,相比于由圆环形凹槽构成的隔声体,具有更好的隔声效果.     

斯通利波在测井应用中的研究进展和现状

斯通利波是一种沿井壁传播的声波,当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就会产生斯通利波。近十几年来,由于长源距和偶极子阵列声波仪在测井中的广泛应用和全波形阵列声波测井资料中各组分波的处理分析方法的进步,可将斯通利波分离出来单独研究并应用于测井资料分析。斯通利波技术是评价裂缝及其渗透性的有效方法。     

现代声波测井技术及其发展特点

随着科技的发展,声波探测技术几经波折,在理论与实际应用的结合下,取得了客观的成果。声波探测技术的发展趋势及其特点也成了行业内深度研究的课题之一。该文着重分析现代声波测井技术的原理以及声波速度测井、全波列测井、多极子阵列声波测井、超声波井壁成像测井等技术的探测方法,分析声波测井技术的现状及其发展,对以上问题深入分析并为探索现代声波测井技术及其发展特点做参考。     

基于时域有限差分法的随钻声波测井仪隔声体隔声效果的数值模拟

随钻测井环境下,钻铤纵模式波会严重干扰地层纵波的测量,因此需要使用隔声体来减弱钻铤波对地层纵波测量的干扰.采用圆柱坐标系下的交错网格技术,自行开发了一种可用于设计随钻声波测井仪器隔声体的三维时域有限差分程序.利用该程序数值模拟采用不同结构的隔声体时,硬地层井眼中的随钻单极子声波测井响应,并对这几种不同结构的隔声体性能进行评价.结果表明:采用不同结构的隔声体,对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异;与其他结构隔声体相比,周期性交错排列的凹槽结构的隔声体在测量地层纵波速度时具有较好的效果.     

用于自由臂三维重建的换能器阵列指向性研究

使用超声探头进行自由臂三维重建时,手持超声探头的换能器阵列形式会对探头的指向性产生影响.根据声波叠加原理,结合手持超声探头的尺寸范围,从单个阵元的指向性问题入手,推导了线阵、凸阵和面阵三种自由臂三维重建常用的换能器阵列形式的声压表达式.提出一种适合手持超声探头的指向性评价方法,通过调整换能器阵列的相关参数,计算出当前的各项指向性指标.最后通过改变换能器阵元的尺寸、数量、间距、排列方式等参数,对评价方法做了大量的测试,分析和对比相同参数下不同阵列形式的指向性,找到一种适合在自由臂三维重建的线阵超声换能器阵列,对自由臂三维重建的研究提供了参考.     

宽带低反射式通风声屏障

提出了一种基于长方晶格型声子晶体结构的波矢调制特性的声屏障设计机理.该声屏障能够以极低的反射率将入射声波导引至内部,并在相对于原有的传播方向偏移一定距离后出射,从而产生局部的声静区.由于该机理不依赖于粘滞吸收效应或负的等效声学参数,因而可保证出射声波的强度及波形均与入射声波相近,使得所设计的声屏障能够在隔声的同时有效地将入射声能量导引至预设的位置进行吸收或进一步利用,并且具有较宽的工作频带.数值计算结果证明在7750~10000Hz频率范围内均有35dB左右以上的隔声量,最大隔声量可达50dB.此外,区别于传统重墙隔声,声子晶体薄板在隔声时未导致背景媒质的阻断,留有与声波波长同尺度的间隙.这些特性对于在实际隔声问题中的应用具有重要价值.     

基于圆弧阵的多极子声波测井辐射器

设计了一种具有复合功能的环形结构的多极子声波测井辐射器。基本方法是由多个作弯曲振动的压电振子构成了圆弧阵辐射器，通过改变圆弧阵上压电振子的组合方式和振动相位，使该圆弧阵成为单极子源、偶极子源和四极子声源。在实验室的消声水池内对多极子声波测井辐射器的单极子、偶极子和四极子声源的频率特征和指向性等参数进行了测量。实验结果表明，在不同组合和激励条件下，圆弧阵具有声波测井的单极子、偶极子和四极子声源的辐射特征。采用该声波辐射器可以缩短多极子声波测井仪器的长度、简化多极子声波测井波形处理步骤和提高声波测井质量。     

声学超表面的研究与应用进展

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径.阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原理,并讨论了它们在异常反射/折射、聚焦、自弯曲等方面的相关研究及应用进展.最后,分别从超表面...     

中国隔声玻璃研究进展

综述了室内噪声的特点和隔声基本理论,并结合国内学术研究成果分析讨论了现有不同玻璃产品(单层玻璃、中空玻璃、夹层复合玻璃和真空玻璃)的隔声特性与相关专利的效果;进一步从材料阻尼特征和声音能量的角度,引出和讨论了材料阻尼性和声学参数(隔声量、吸声系数和声损耗系数)的关联性问题;最后,对中低频噪声隔声玻璃的发展前景进行了展望。     

声波测井相控线阵辐射器幅度加权的优化设计

对声波测井相控线阵声波辐射器进行了幅度加权的优化设计。分别针对辐射声束主瓣和旁瓣的最小化条件建立了相控线阵幅度加权的优化目标函数,采用拉格朗日乘子算法对目标函数进行非线性规划,并确定了最优幅度加权因子。通过数值计算对比分析了均匀幅度加权和不同幅加权条件下相控线阵声波辐射器的指向性以及辐射声束角宽的差异。结果表明,优化设计可以很好地实现相控线阵辐射旁瓣的最小化和给定旁瓣级条件下声束主瓣角宽的最窄控制,并且可以根据声波测井的不同要求提供相控线阵辐射器幅度加权的优化参数。     

输气管道泄漏音波信号传播特性及预测模型

输气管道泄漏音波在管内传播过程中发生衰减,在安装音波传感器前必须明确管内音波信号的传播距离。综合考虑介质黏滞吸收和热传导作用及特殊管件(弯管、分支及变径管)的吸收作用,建立泄漏音波在管内传播模型。利用改进的小波分析法对泄漏音波信号时频域特征进行分析,模拟分析不同特殊管件对音波传播的影响,并利用高压泄漏试验装置对建立的传播模型进行验证。结果表明:泄漏音波在管内以平面波形式传播,泄漏信号幅值能量占优的频带主要集中在0～0.366 Hz及2.93～46.88 Hz内,直管和弯管对音波衰减影响较小,只有分支和变径(变径流量计、阀门)对音波传播影响较大;得到的拟合音波吸收系数与理论吸收系数吻合较好,模型计算结果较为准确,可提高音波泄漏检测的准确性。     

基于声学超晶格铌酸锂的新型体声波器件

设计了一种集成的声学器件。它的基本结构是由下列3部分组成的，即换能器部分、声学开关部分和声传播介质部分，但其材料均来源于铌酸锂晶体。其中换能器与声开关部分是由声学超晶格铌酸锂构成的，而声的传播介质则是单畴铌酸锂。着重研究了声开关部分所外加的直流偏压对在该器件中传播的声波的影响。结果显示：声开关部分对声波的反射率受到这一外加偏压大小的影响，外加偏压越大，则反射率越强；声子带隙也受到外加偏压的影响，外加偏压越大，则声子带隙将会增宽。同时我们还发现了声开关的反射谱分布决定于铌酸锂超晶格的周期大小，且超晶格周期数的减小也会增宽声子带隙。该器件在设计上有两大优点：一是实现了声学开关器件的集成化，二是充分利用了声学超晶格铌酸锂最大的机电耦合系数。     

高频声学流速层析研究

海陆界面是人类海洋开发活动最为集中的区域,流速在线监测对于其物质通量和生态系统演变极其重要.本文研究了小尺度海陆界面的高频声学流量层析,基于声互易传输原理构建河流平均流速和流量的声学反演算法,并在漳州九龙江海陆界面开展验证实验.应用高频换能器(中心频率为60 kHz,带宽为40–80 kHz)进行互易收发.根据声速剖面和水下地形测量,开展射线声学数值模拟,揭示高频声传播规律.实验测量表明,声信号具有较高的信号幅度和互相关峰值,能够反演河流的平均流速和流量,并对台风“海贝思”期间河流平均流速和流量实现动态监测.研究表明,高频声层析可应用于海陆界面水动力研究、水文测量、洪峰和强降雨等极端事件的监测与预报等.     

套管井中仪器偏心对超声回波的影响

根据声波在介质中的传播理论和换能器的声学特性，对在套管井中仪器处于不同偏心情况下的超声回波进行了模拟，研究了偏心对超声回波的影响，并进行了实验验证．数字模拟和实验结果表明：仪器偏心不仅会引起回波信号幅度的变化，而且会导致频谱的改变．当偏心大于４ｍｍ时，对回波的影响比较明显；为了保证套管井测井资料的可靠性，仪器偏心应小于３．５ｍｍ．