專利名稱：裸眼井方位聲波測井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種聲波探測方法，特別涉及的是一種在充液裸眼井孔中使用，以井壁地層為探測對象的方位聲波探測方法。
背景技術(shù)：
聲波測井是在充液井孔中實施聲學(xué)測量的一種測井方法。在裸眼井中，通過對充液井孔中各種模式波的聲速和衰減等量的測量來評價井眼周圍地層介質(zhì)的性質(zhì)。
從20世紀(jì)40年代到現(xiàn)在，聲波測井儀經(jīng)歷了從單發(fā)射單接收、單發(fā)射雙接收及雙發(fā)射雙接收方式的發(fā)展過程。測量內(nèi)容由僅測量地層縱波速度發(fā)展到能夠測量充液井孔中滑行縱波、滑行橫波、斯通利波和彎曲波的波速和衰減的測量，大大拓寬了聲波測井在地層評價中的應(yīng)用范圍。Atlas和Schlumberger公司分別于2004年和2005年提出了利用偶極子和四極子聲源進(jìn)行“三維”聲波測井的方法，但是，由于偶極子聲源和四極子聲源的指向性的限制，這種方法存在方位分辨率差和多解性的重大缺點。因此，具有方位分辨率的聲波測井技術(shù)將是地球物理學(xué)界的一個研究熱點。
目前，可用于井下的具有方位分辨率的地層測量技術(shù)主要包括微電阻率掃描成像測井和超聲波井下電視。這些技術(shù)僅僅可用以對井壁表面的幾何形狀進(jìn)行成像測量，探測深度較淺，在裸眼井中研究巖石裂縫、孔洞、縫合面、層理、層序、傾角、斷層等方面及在套管井中檢查射孔孔眼、套管破裂變形方面有重要作用。但是，目前還不能從圖像中還原出巖石結(jié)構(gòu)、孔隙度和巖性參數(shù)。
國外地球物理公司推出的方位電阻率測井可以給出多個方位不同深度的電阻率變化，對薄層和不均質(zhì)地層都有很好的評價作用，尤其對裂縫性地層有較強(qiáng)的方位響應(yīng)，在地層評價中具有廣泛的應(yīng)用前景。在裸眼井中進(jìn)行具有周向分辨能力的、測量頻率在6kHz～20kHz范圍的聲波測井可以評價地層的非均質(zhì)和各向異性性質(zhì)，對于水平井、大斜度井的地層評價、井旁地層裂縫和界面評價等具有重要意義。隨著復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)的發(fā)展，人們對方位聲波測井技術(shù)的需求日益迫切。
本專利申請人提出采用ZL 20031011 5236.1的發(fā)明專利中所述的任意指向性聲波輻射器，采用一個以上單極子聲波換能器接收方位聲波信號，聲波測量頻率在6kHz～20kHz范圍的、具有方位分辨能力的聲波測井方法，可以形成一種能夠?qū)Φ貙拥姆蔷|(zhì)和各向異性性質(zhì)進(jìn)行評價的新一代聲波測井技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供了一種裸眼井方位聲波測井方法，使發(fā)射探頭發(fā)出的聲波沿一定方位角范圍內(nèi)某一側(cè)井壁地層傳播，接收信號中只含有這一側(cè)井壁地層的信息，從而實現(xiàn)對指定方位角范圍內(nèi)井壁地層的聲學(xué)評價。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，提供了一種裸眼井方位聲波測井方法，其包括的步驟為a步驟在充液裸眼井中依次設(shè)置相控組合圓弧陣聲波輻射器、隔聲體以及一個以上接收探頭；b步驟改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，并施加合適的延遲激勵以實現(xiàn)井下聲源向某一側(cè)井壁輻射聲波；c步驟進(jìn)入井壁介質(zhì)的聲波僅沿一定方位角范圍內(nèi)的某一側(cè)井壁介質(zhì)傳播，使此方位角范圍內(nèi)的井壁地層介質(zhì)參與振動，而該方位角范圍外的井壁地層不參與振動；d步驟各個接收探頭接收上述方位角范圍內(nèi)的不同源距的聲波信號，使其僅僅包含與傳播路徑有關(guān)的某一側(cè)井壁地層的信息；e步驟通過對上述不同源距的多道接收信號的處理得到該側(cè)井壁地層的聲學(xué)信息。
f步驟通過對不同方位角方向的井壁地層進(jìn)行掃描測量來實現(xiàn)整個圓周井壁介質(zhì)的聲學(xué)評價；較佳的，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元數(shù)大于1，并且其相對對稱的陣元同位相振動；較佳的，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元間施加的激勵延遲為R(cosα1-cosαn)/c
其中，R-相控組合圓弧陣聲波輻射器半徑；Rcosα1-一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；Rcosαn-另一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；c-聲速；α1-一陣元與輻射方向中心軸的夾角；αn-另一陣元與輻射方向中心軸的夾角。
較佳的，所述的多個接收探頭可以布置在相控組合圓弧陣聲波輻射器的任意一側(cè)；較佳的，所述的接收探頭為單極子聲波接收換能器；較佳的，所述聲波的測量頻率范圍為6kHz～20kHz；較佳的，所述裸眼井方位聲波測井聲系在井孔中上升或下降過程中對不同深度點進(jìn)行測試；較佳的，所述的處理是指聲波到達(dá)時間和幅度的計算處理。


圖1為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井聲系示意圖；圖2為本發(fā)明相控組合圓弧陣聲波輻射器示意圖；圖3為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井方法流程圖；圖4為本發(fā)明相控圓弧陣聲波輻射器聲波輻射方向控制示意圖；圖5為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井示意圖。
附圖標(biāo)記說明1-相控組合圓弧陣聲波輻射器；2-隔聲材料；3-一個以上單極子聲波接收換能器；4-隔聲體；5-井壁；6-圓弧陣聲波輻射器。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。
請參閱圖1所示，其為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井聲系示意圖，其包括相控組合圓弧陣聲波輻射器1、隔聲體4和一個以上的接收探頭，這里所述的接收探頭為單極子聲波接收換能器3，其在裸眼井中為依次設(shè)置的，其中所述的相控組合圓弧陣聲波輻射器1為本申請人在2003.11.24申報的ZL 20031011 5236.1的發(fā)明專利中所述的任意指向性聲波輻射器。
請參閱圖2所示，其為本發(fā)明相控組合圓弧陣聲波輻射器示意圖，其包括若干個圓弧陣6以及隔聲材料2，所述的隔聲材料2位于圓弧陣6之間。
請參閱圖3所示，其為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井方法流程圖；其步驟包括a步驟在充液裸眼井中依次設(shè)置相控組合圓弧陣聲波輻射器1、隔聲體4以及一個以上單極子聲波接收換能器3；b步驟改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，并施加合適的延遲激勵以實現(xiàn)井下聲源向某一側(cè)井壁5輻射聲波；c步驟進(jìn)入井壁介質(zhì)的聲波僅沿一定方位角范圍內(nèi)的某一側(cè)井壁介質(zhì)傳播，使此方位角范圍內(nèi)的井壁5地層介質(zhì)參與振動，而該方位角范圍外的井壁5地層不參與振動；d步驟各個單極子聲波接收換能器3接收上述方位角范圍內(nèi)的不同源距的聲波信號，使其僅僅包含與傳播路徑有關(guān)的某一側(cè)井壁5地層的信息；e步驟通過對上述不同源距的多道接收信號的處理得到該側(cè)井壁5地層的聲學(xué)信息。
f步驟通過對不同方位角方向的井壁5地層進(jìn)行掃描測量來實現(xiàn)整個圓周井壁介質(zhì)的聲學(xué)評價；對于b步驟所述的實現(xiàn)井下聲源向某一側(cè)井壁5輻射聲波，其實現(xiàn)過程中所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器1的陣元數(shù)既可以是偶數(shù)，也可以是奇數(shù)，并且其相對對稱的陣元同位相振動；為了便于說明利用相控組合圓弧陣聲波輻射器實現(xiàn)方位掃描輻射聲波，我們假設(shè)半徑為R的相控圓弧陣由24個陣元組成，如圖4所示，假設(shè)在某一次測量中圓弧陣上有6個陣元振動，即由1～6號陣元工作來完成某一次聲波輻射(其它陣元不工作)，并設(shè)1號與6號陣元同位相振動、2號與5號陣元同位相振動、3號與4號陣元同位相振動。假設(shè)4、5、6號陣元的激勵起始時刻分別為t1、t2和t3，并取t1-t3=Rc(cosα1-cosα3)]]>t1-t2=Rc(cosα1-cosα2)]]>t2-t3=Rc(cosα2-cosα3)]]>根據(jù)相控圓弧陣輻射指向性原理可知，這6個陣元協(xié)同工作的結(jié)果是使聲波沿著圖中所示的x方向輻射。類似地，當(dāng)取0～5號陣元按相應(yīng)的延遲時間激勵工作時就可以使聲波沿著圖中所示的x1方向輻射。
若參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器1的陣元數(shù)為奇數(shù)個，則以中間的陣元的中心軸線為對稱，兩邊對稱的陣元進(jìn)行同位相振動，依次改變參與工作的陣元組合并施加合適的延遲激勵就可以實現(xiàn)井下聲源向井壁圓周進(jìn)行方位掃描輻射聲波。
所述相控圓弧陣的輻射指向性、聲波信號的幅度與聲波頻率有關(guān)。為了保證本發(fā)明所提出的裸眼井方位聲波測井有良好的方位分辨能力同時兼顧聲波信號的信噪比，本發(fā)明要求聲波測量頻率范圍為6kHz～20kHz。這個頻率范圍與傳統(tǒng)的聲波測井的頻率范圍是一致的，因而利用本發(fā)明所述方法的測量結(jié)果與傳統(tǒng)聲波測井的測量結(jié)果有可比性。
請參閱圖5所示，為本發(fā)明裸眼井方位聲波測井示意圖，所述裸眼井方位聲波測井聲系在井孔中上升或下降過程中對不同深度點進(jìn)行測試；并且所述的多個單極子聲波接收換能器3可以布置在相控組合圓弧陣聲波輻射器1的任意一側(cè)。
所述的對上述不同源距的多道接收信號的處理，是指針對聲波到達(dá)時間和幅度的計算處理，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以知曉的處理方法，這里就不再贅述了。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，其包括的步驟為a步驟在充液裸眼井中依次設(shè)置相控組合圓弧陣聲波輻射器、隔聲體以及一個以上接收探頭；b步驟改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，并施加合適的延遲激勵以實現(xiàn)井下聲源向某一側(cè)井壁輻射聲波；c步驟進(jìn)入井壁介質(zhì)的聲波僅沿一定方位角范圍內(nèi)的某一側(cè)井壁介質(zhì)傳播，使此方位角范圍內(nèi)的井壁地層介質(zhì)參與振動，而該方位角范圍外的井壁地層不參與振動；d步驟各個接收探頭接收上述方位角范圍內(nèi)的不同源距的聲波信號，使其僅僅包含與傳播路徑有關(guān)的某一側(cè)井壁地層的信息；e步驟通過對上述不同源距的多道接收信號的處理得到該側(cè)井壁地層的聲學(xué)信息。f步驟通過對不同方位角方向的井壁地層進(jìn)行掃描測量來實現(xiàn)整個圓周井壁介質(zhì)的聲學(xué)評價。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元數(shù)大于1，并且其相對對稱的陣元同位相振動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元間施加的激勵延遲為R(cosα1-cosαn)/c其中，R-相控組合圓弧陣聲波輻射器半徑；Rcosα1-一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；Rcosαn-另一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；c-聲速；α1-一陣元與輻射方向中心軸的夾角；αn-另一陣元與輻射方向中心軸的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，多個所述的接收探頭布置在相控組合圓弧陣聲波輻射器的任意一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述的接收探頭為單極子聲波接收換能器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述聲波的測量頻率范圍為6kHz～20kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述裸眼井方位聲波測井聲系在井孔中上升或下降過程中對不同深度點進(jìn)行測試。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸眼井方位聲波測井方法，其特征在于，所述的處理是指聲波到達(dá)時間和幅度的計算處理。
全文摘要
本發(fā)明為一種裸眼井方位聲波測井方法，其采用由相控組合圓弧陣聲波輻射器、隔聲體和一個以上接收探頭組成的聲系，所述相控組合圓弧陣聲波輻射器在充液裸眼井孔中所輻射的脈沖聲波沿一定方位角范圍內(nèi)的某一側(cè)井壁地層傳播并被井孔中不同位置的多個接收探頭所接收，通過對不同源距的多道接收信號的處理就可以獲取對應(yīng)于該側(cè)地層的各種模式波的聲速和衰減的信息，從而實現(xiàn)對指定方位角范圍內(nèi)井壁地層的聲學(xué)評價。
文檔編號E21B47/12GK101029565SQ20061014424
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者喬文孝, 鞠曉東, 車小花 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油大學(xué)(北京)