專利名稱：用于對(duì)鉆孔周圍地層的非線性和線性特性進(jìn)行成像的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體上涉及環(huán)繞鉆孔的巖層的聲詢問，并且更具體地說，涉及對(duì)鉆孔周圍地層的非線性和線性特性進(jìn)行成像。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)離鉆孔的天然和誘生裂縫的詳細(xì)特征化、CO2的可靠封存(sequestration)、評(píng)估油氣儲(chǔ)集層中的機(jī)械完整性和預(yù)測(cè)鉆孔崩落、以及探測(cè)水泥完整性需要針對(duì)材料特征化和成像的新方法。在對(duì)材料彈性的現(xiàn)有探測(cè)當(dāng)中，彈性非線性響應(yīng)(滯彈性)是用于探測(cè)材料完整性的方法。固體的彈性非線性是對(duì)材料機(jī)械損傷狀態(tài)的度量。彈性非線性響應(yīng)趨于成為材料損失的最佳度量。由此，作為近鉆孔探測(cè)，非線性方法保持為用于辨別機(jī)械損傷區(qū)域或潛在裂縫/破裂管道的最佳預(yù)示。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的一些方面，公開了一種用于調(diào)查鉆孔周圍材料的方法。方法包括:在鉆孔內(nèi)生成第一低頻聲波，其中，第一低頻聲波在材料中的、與鉆孔的半徑大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)線性和非線性響應(yīng)；沿相對(duì)于鉆孔的縱軸垂直的方向，將高頻脈沖的第一序列與第一聲波同期地引導(dǎo)到材料中；以及在可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器處，接收由高頻脈沖的第一序列與經(jīng)歷由第一低頻聲波階次導(dǎo)致的線性和非線性彈性變形的所述一個(gè)或多個(gè)特征部之間的交互所生成的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，來調(diào)查鉆孔周圍的材料。在方法中，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料內(nèi)的具有導(dǎo)致向鉆孔反射或反向散射能量的聲阻抗的差異的一個(gè)或多個(gè)特征部，則可以在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。在方法中，如果高頻脈沖的第一序列遇到這樣的一個(gè)或多個(gè)特征部:其被定向?yàn)槭沟靡粋€(gè)或多個(gè)特征部將能量反向引導(dǎo)至鉆孔、同時(shí)經(jīng)歷因第一低頻聲波而造成的變形以致使變形在低頻聲波的循環(huán)期間改變聲阻抗的差異，則可以在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收第二高頻脈沖。在該方法中，第一聲波和高頻脈沖的第一序列可以由壓縮波源和/或橫波(shearwave)源生成。針對(duì)第一聲波來自橫波源的情況，材料中的一個(gè)或多個(gè)特征部可以經(jīng)歷將標(biāo)記加在高頻反射脈沖上的裂剪切。針對(duì)第一聲波來自壓縮波源而高頻脈沖的第一序列是橫波的情況，接收器將趨于接收在泵誘導(dǎo)一個(gè)或多個(gè)特征部中的裂縫擴(kuò)張期間的反射能量。在一些方面，第一聲波的源可以包括被配置成誘導(dǎo)材料中的彈性非線性的振動(dòng)部件。
在該方法中，一個(gè)或多個(gè)接收器可以在鉆孔中按陣列布置，并且可以被配置成記錄一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的一個(gè)或多個(gè)方向分量。該方法可以包括:重復(fù)生成第一聲波和使得高頻脈沖的第一序列在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度引導(dǎo)的引導(dǎo)，以生成鉆孔周圍材料的線性和非線性反射和反向散射特征部的三維圖像。鉆孔周圍的材料可以包括:水泥、套管、巖層、鉆孔中或周圍的流體、水泥/巖石界面和或鋼套管/水泥界面中的剝離。所接收的第二高頻脈沖可以具有取決于在高頻脈沖的第一序列被材料反射的位置和時(shí)間的低頻脈沖的相位的特性。方法還可以包括:基于接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，確定材料是包括線性反射體還是非線性反射體。方法還可以包括:對(duì)接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖濾波。濾波器可以包括高通濾波器，高通濾波器可以從接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖中隔離高頻分量。而且，方法可以包括:確定被過濾的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的隨時(shí)間的幅度變化。高頻脈沖的第一序列可以被啁啾或者被編碼，或者既被啁啾又被編碼。高頻脈沖的第一序列可以按幅度、相位、以及/或周期來調(diào)制。在一些方面，高頻脈沖的第一序列可以具有為低頻聲波頻率的頻率的大約10倍至1000倍之間的頻率。在一些方面，該方法可以包括:利用第一時(shí)間(發(fā)送高頻脈沖的第一序列的時(shí)間)、和第二時(shí)間(接收第二高頻脈沖的時(shí)間)、以及鉆孔周圍材料的估算聲音速度，來確定到一個(gè)或多個(gè)特征部的徑向距離。確定可以包括:計(jì)算高頻脈沖的第一序列和第二高頻脈沖的互相關(guān)。在一些方面，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料中的被取向以使得特征部在經(jīng)歷裂縫剪切的同時(shí)反向引導(dǎo)能量的非線性彈性特征部，則可以在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收第二高頻脈沖。根據(jù)本公開一方面，公開了一種用于調(diào)查鉆孔周圍材料的裝置。該裝置包括:可定位在鉆孔中的第一聲波源，其被配置成生成具有低頻的第一聲波，該第一聲波在材料中的、與鉆孔的縱軸大致平行的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)線性和非線性響應(yīng)。該裝置包括:可定位在鉆孔中的源，并且該源被配置成與第一聲波同期地引導(dǎo)與鉆孔的縱軸垂直的高頻脈沖的第一序列。該裝置包括:可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器，該一個(gè)或多個(gè)接收器被配置成接收由高頻脈沖的第一序列與經(jīng)歷因第一聲波而導(dǎo)致的線性和非線性彈性變形的材料之間的交互所生成的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖。在一些方面，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料內(nèi)的具有導(dǎo)致向鉆孔反射或反向散射能量的聲阻抗中的差異的一個(gè)或多個(gè)特征部，則可以在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收第二高頻脈沖。而且，如果高頻脈沖的第一序列遇到這樣的一個(gè)或多個(gè)特征部:其按使得一個(gè)或多個(gè)特征部將能量反向引導(dǎo)至鉆孔、同時(shí)經(jīng)歷因第一低頻聲波而造成的變形來取向，以致使變形在低頻聲波的循環(huán)期間改變聲阻抗中的差異，則可以在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收第二高頻脈沖。在一些方面，第一聲波源、高頻脈沖的第一序列的源或兩者可以被配置成生成壓縮波、橫波或兩者。第一聲波源可以包括振動(dòng)部件，振動(dòng)部件被配置成誘導(dǎo)材料中的彈性非線性。在一些方面，一個(gè)或多個(gè)接收器可以在鉆孔中按陣列布置。而且，一個(gè)或多個(gè)接收器可以被配置成記錄一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的一個(gè)或多個(gè)方向分量。在一些方面，裝置可以包括與具有指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，其準(zhǔn)許確定從鉆孔至一個(gè)或多個(gè)特征部的徑向距離。裝置可以包括與具有指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令準(zhǔn)許基于在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度進(jìn)入材料的重復(fù)聲波穿透，來構(gòu)造材料的一個(gè)或多個(gè)三維圖像。鉆孔周圍的材料可以包括:水泥、套管、巖層、鉆孔中或周圍的流體、以及/或水泥/巖石界面和或套管/水泥界面中的剝離。而且，裝置可以包括與具有存儲(chǔ)在其中的機(jī)器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)使處理器基于接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，確定線性反射體和/或非線性反射體的材料的存在性。在一些方面，該裝置可以包括被布置成對(duì)接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖濾波的濾波器。該濾波器可以包括高通濾波器，該高通濾波器被布置成在接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖中隔離高頻分量。在一些方面，裝置包括被配置成確定經(jīng)濾波的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的隨著時(shí)間的幅度變化的處理器。在一些方面，該裝置可以包括編碼器，該編碼器被布置成，通過引入啁啾和/或頻率協(xié)議，利用時(shí)變標(biāo)記來編碼高頻脈沖的第一序列。在一些方面，該裝置包括:可使用所編碼的高頻脈沖的第一序列來測(cè)量高頻脈沖的第一序列與所接收的第二高頻脈沖之間的飛行時(shí)間的處理器。時(shí)變標(biāo)記可以包括高頻脈沖的第一序列的幅度、相位、以及/或周期的隨時(shí)間的變化。在一些方面，高頻脈沖的第一序列具有為低頻聲波頻率的大約10倍至1000倍之間的頻率。在一些方面，徑向距離通過利用高頻脈沖的第一和第二序列按時(shí)域計(jì)算互相關(guān)來確定。處理器可以被布置成基于發(fā)送高頻脈沖的第一序列的第一時(shí)間、接收高頻脈沖的第二序列的第二時(shí)間、以及材料的估算聲音速度，來確定到材料的徑向距離。根據(jù)本公開的一些方面，公開了一種用于調(diào)查鉆孔周圍材料的方法。該方法包括:在鉆孔內(nèi)生成間歇低頻振動(dòng)，其作為管狀波向鉆孔縱向傳播，并且在材料中的、與鉆孔的縱軸大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)非線性響應(yīng)；在鉆孔內(nèi)生成高頻脈沖的一序列，高頻脈沖的該序列按它們?cè)谥車牧蟽?nèi)向鉆孔縱向行進(jìn)的方式引導(dǎo)；以及在可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器處，在間歇生成低頻振動(dòng)期間接收包括來自低頻振動(dòng)的分量和高頻脈沖的該序列的信號(hào)，以調(diào)查鉆孔周圍的材料。在一些方面中，高頻脈沖的該序列可以被配置成傳播到材料中作為折射波、散射波或直接波。在該方法中，低頻振動(dòng)、高頻脈沖的序列或兩者可以由壓縮源、橫波源或兩者生成，其中，壓縮源、橫波源或兩者可以包括被配置成誘導(dǎo)材料中的彈性非線性的振動(dòng)部件。在一些方面，一個(gè)或多個(gè)接收器可以在鉆孔中按陣列布置，并且一個(gè)或多個(gè)接收器可以被配置成記錄高頻脈沖的序列的一個(gè)或多個(gè)方向分量。該方法可以包括:重復(fù)生成低頻振動(dòng)和在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度的高頻脈沖序列，以生成材料的一個(gè)或多個(gè)圖像或者材料的特性，包括:線性速度、線性模量、非線性速度和/或非線性模量。在一些方面，可以因低頻振動(dòng)而造成的彈性變形循環(huán)導(dǎo)致材料中的局部速度的對(duì)應(yīng)循環(huán)振動(dòng)。
在一些方面，方法可以包括:處理從材料返回至一個(gè)或多個(gè)接收器的一高頻脈沖序列，以確定材料的彈性非線性響應(yīng)。根據(jù)本公開的一些方面，公開了一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的裝置。該裝置可以包括:第一聲波源，被配置成在鉆孔內(nèi)生成間歇低頻振動(dòng)，其作為管狀波向鉆孔縱向傳播，并且在材料中的、與鉆孔的縱軸大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)非線性響應(yīng)；第二聲波源，被配置成將對(duì)于鉆孔為縱向的高頻脈沖的連續(xù)序列引導(dǎo)到材料中；以及可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器，被配置成在間歇生成低頻振動(dòng)期間接收包括來自低頻振動(dòng)的分量和高頻脈沖的序列的信號(hào)，以調(diào)查鉆孔周圍的材料。在一些方面中，高頻脈沖的序列可以被配置成作為折射波、散射波或直接波傳播到材料中。在一些方面，第一聲波源、第二聲波源、或者兩者可以包括壓縮源、橫波源或兩者，其中，壓縮源、橫波源或兩者可以包括被配置成誘導(dǎo)材料中的彈性非線性的振動(dòng)部件。在一些方面，一個(gè)或多個(gè)接收器可以在鉆孔中按陣列布置，并且可以被配置成記錄高頻脈沖序列的一個(gè)或多個(gè)方向分量。在一些方面，該裝置可以包括控制器，該控制器被配置成重復(fù)生成低頻振動(dòng)和在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度的高頻脈沖序列，以生成材料的一個(gè)或多個(gè)圖像或者材料的特性，該特性包括:線性速度、線性模量、非線性速度以及/或非線性模量。在一些方面，由第一聲波源生成的低頻振動(dòng)的彈性變形周期可以導(dǎo)致材料中的局部速度的對(duì)應(yīng)循環(huán)變化。在一些方面，裝置可以包括與具有存儲(chǔ)在其中的機(jī)器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)，使處理器基于從材料返回至一個(gè)或多個(gè)接收器的高頻脈沖序列，確定材料的彈性非線性響應(yīng)。當(dāng)參照附圖考慮下面的描述和所附權(quán)利要求書時(shí)，本發(fā)明的這些和其它目的、特征以及特性，和結(jié)構(gòu)的相關(guān)部件與組合部分的操作的方法與功能以及制造的經(jīng)濟(jì)性將變得更清楚，其全部形成了本說明書的一部分，其中，相同標(biāo)號(hào)指定各個(gè)圖中的對(duì)應(yīng)部分。然而，應(yīng)當(dāng)明白，附圖僅僅是出于例示和描述的目的，而非旨在作為對(duì)本發(fā)明的限制的定義。如在本說明書和權(quán)利要求書中使用的，單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”，以及“(the)”包括多個(gè)指示物，除非上下文另外清楚地規(guī)定。


圖1示出了根據(jù)本公開一方面的、用于調(diào)查材料中的與鉆孔平行或近平行地行進(jìn)的裂縫和其它損傷的示例性布置。圖2a和2b示出了根據(jù)本公開多方面的、鉆孔周圍的材料與低頻聲波(或“泵”波)和高頻脈沖序列(或“探測(cè)”波或脈沖)的示例交互。圖3a_3c示出了根據(jù)本公開多方面的、被用于在線性與非線性散射之間區(qū)分的示例檢測(cè)處理。圖4示出了根據(jù)本公開多方面的、用于調(diào)查與鉆孔垂直或大致垂直地取向的裂縫和其它損傷的示例布置。圖5a_5e示出了圖4的布置的操作的示例圖形例示。圖6a_6c示出了根據(jù)圖4的布置的接收信號(hào)的示例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于調(diào)查鉆孔周圍的材料中的、與鉆孔平行或近平行地行進(jìn)的裂縫和其它損傷的示例布置。鉆孔可以按多種傾斜度(如在巖層中垂直、傾斜或水平)來鉆井，并嵌入在巖層中。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“近平行”意指幾乎平行，但稍微發(fā)散或會(huì)聚。鉆孔周圍的材料可以包括:水泥、套管、巖層以及/或各類流體，如鉆井泥漿、完井液、地層水或碳?xì)浠衔?。將一個(gè)或多個(gè)低頻換能器105布置在鉆孔110內(nèi)，以生成進(jìn)入鉆孔110周圍的材料115的低頻聲波或“泵”波。低頻聲波足夠強(qiáng)力，以誘導(dǎo)具有這種特性的材料115中的非線性行為。例如，低頻或“泵”波可以在IHz與IOOkHz之間。將一個(gè)或多個(gè)高頻換能器120布置在鉆孔110內(nèi)，以同時(shí)期地生成進(jìn)入材料115的高頻脈沖序列或“探測(cè)”波。該非線性行為指彈性特性對(duì)經(jīng)歷應(yīng)變的材料的瞬時(shí)應(yīng)變狀態(tài)的非線性依賴性。作為這種非線性響應(yīng)的結(jié)果，高頻脈沖的行為例如可以根據(jù)脈沖幅度和/或脈沖速度中的變化來修改。換能器120可以被布置成按高重復(fù)率生成脈沖。例如，換能器120可以被配置成針對(duì)每一個(gè)泵波循環(huán)具有5至100倍之間的重復(fù)率，并且發(fā)射具有泵的頻率的10-100倍的高頻突發(fā)。在一些方面，換能器105、120或兩者可以包括振動(dòng)源，并且可以在鉆孔110中鉗位或不鉗位。在一些方面，換能器105和120都被布置成使得它們分別生成低頻聲波和高頻脈沖序列，其相對(duì)于鉆孔110的縱軸徑向地傳播到材料115中。在一些方面，因?yàn)橥ㄟ^換能器105生成的低頻聲波趨于更分散，所以僅將換能器120取向成生成徑向進(jìn)入材料115的高頻脈沖序列。在一些方面，可以使用一個(gè)或多個(gè)壓電換能器。如果使用一個(gè)以上的換能器，則可以將它們按陣列配置布置。通過非限制例的方式，陣列配置可以是線性、圓形、實(shí)心圓或方形陣列。陣列內(nèi)的換能器可以劃分成多個(gè)組，以使第一組換能器可以通過低頻下的源驅(qū)動(dòng)，而第二組換能器可以通過該源或者通過高頻下的不同源驅(qū)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，可以將一個(gè)或多個(gè)源(未示出)用于生成驅(qū)動(dòng)換能器105和/或120的信號(hào)。通過非限制例的方式，這些信號(hào)可以由2信道信號(hào)發(fā)生器生成?？梢允褂妙愃菩盘?hào)或函數(shù)發(fā)生器。低頻源105和高頻源120可以通過控制器(未示出)控制，以同期地發(fā)射它們各自的聲波或脈沖到材料115中。在一些方面，低頻波和/或高頻脈沖可以是具有圍繞中心頻率展開的頻率范圍的寬帶?？啥ㄎ灰粋€(gè)或多個(gè)換能器125，以使它們可以在鉆孔110內(nèi)布置在低頻源105或高頻源120的上方和/或下方，或者布置在其兩者的上方和/或下方。低頻源105、高頻源120、以及/或接收器125中的一個(gè)或多個(gè)可以在鉆孔110內(nèi)按陣列配置布置。低頻源105、高頻源120、接收器125中的一個(gè)或多個(gè)可以布置在可以在鉆孔110內(nèi)上升或下降的公用工具主體130上。在一些方面，一個(gè)或多個(gè)接收器125可以被鎖定至鉆孔一側(cè)，并且可以記錄波粒運(yùn)動(dòng)的三個(gè)分量，以使得可以推斷非線性特征部方位。在這種布置中，低頻(泵)波和高頻脈沖(探測(cè))都垂直于鉆孔110地行進(jìn)到鉆孔110周圍材料115中。如果泵波具有足夠幅度(通常大于10_6應(yīng)變幅度)，則其將造成由材料115中的裂縫展示的非線性行為(如上討論的)，其與鉆孔110的半徑近似垂直地取向。換能器120被布置成發(fā)射高頻脈沖序列或突發(fā)，以探測(cè)由泵波誘導(dǎo)的非線性。如果存在裂縫，則低頻或泵波將導(dǎo)致裂縫根據(jù)泵波相位閉合和打開。在壓縮階段期間，裂縫閉合，并且高頻波穿過裂縫而不返回至鉆孔110，因?yàn)殚]合的裂縫不展示任何顯著的聲阻抗差異。在膨脹階段期間，裂縫被簡(jiǎn)單地?fù)伍_，并且探測(cè)脈沖被反向反射回鉆孔110，以通過鉆孔110中的接收器125檢測(cè)。裂縫在打開時(shí)，創(chuàng)建聲阻抗差異。裂縫可以與諸如結(jié)構(gòu)性邊界或空隙的其它反射界面區(qū)分，因?yàn)閮H裂縫創(chuàng)建取決于泵波相位的非線性效應(yīng)。分界面或空隙將反射與泵波相位無關(guān)的探測(cè)脈沖。按這種方式，裂縫可以與界面、空隙、水泥與套管或地層之間的完好剝離等區(qū)分。還可以探測(cè)其它非線性特征部，如鉆孔中水泥與套管以及水泥與周圍地層之間的剝離。圖2a和2b示出了鉆孔周圍材料與由壓縮源生成的低頻聲波(或“泵”波)以及高頻脈沖序列(或者“探測(cè)”波或脈沖)的示例交互。在圖2a和2b中，示出了相對(duì)于時(shí)間(任意單位)的巖層的應(yīng)力幅度(任意單位)。低頻振動(dòng)振蕩地層中的裂縫或裂縫序列，導(dǎo)致裂縫在波膨脹(伸張)階段期間打開，并且在波壓縮階段期間閉合。發(fā)射高頻脈沖，以使它們?cè)诿恳粋€(gè)低頻振動(dòng)循環(huán)期間為許多脈沖。如果低頻振動(dòng)遇到諸如空隙或?qū)咏缑娴木€性彈性特征部，則高頻脈沖和低頻波都從特征部反向反射至鉆孔，如圖2a所示。如果遇到裂縫、裂縫的多個(gè)系列或者高度機(jī)械損傷區(qū)，則特征部由其本征非線性而激活。當(dāng)裂縫處于來自振動(dòng)效應(yīng)的壓縮下時(shí)，高頻信號(hào)和低頻信號(hào)穿過其，不感測(cè)裂縫。當(dāng)裂縫處于來自振動(dòng)的膨脹部分的張力下時(shí)，高頻信號(hào)和低頻信號(hào)從裂縫反向反射至鉆孔，如圖2b所示。圖3a_3c示出了被用于在線性與非線性散射之間區(qū)分的示例檢測(cè)處理。圖3a示出了與圖1類似的布置，其中，裂縫(非線性特征部)位于位置“A”處，而空隙(線性特征部)位于位置“B”處。圖3b和3c示出了檢測(cè)處理如何被用于確定散射體是否為裂縫。針對(duì)從位于位置“A”的裂縫返回的信號(hào)(其中，已經(jīng)通過應(yīng)用高通濾波器去除了低頻信號(hào))，圖3b的上圖示出了應(yīng)力(任意單位)與時(shí)間(任意單位)的標(biāo)繪圖，而圖3b的下圖示出了幅度(任意單位)與時(shí)間(任意單位)的標(biāo)繪圖。針對(duì)從位于位置“B”的空隙返回的信號(hào)，圖3c的上圖示出了應(yīng)力(任意單位)與時(shí)間(任意單位)的標(biāo)繪圖，而圖3c的下圖示出了幅度(任意單位)與時(shí)間(任意單位)的標(biāo)繪圖。圖3b的上圖示出了具有座落于其頂部上的高頻脈沖的反射和檢測(cè)低頻振動(dòng)。圖3b的下圖示出了在將信號(hào)高通濾波以消除低頻波之后與圖3b的上圖相同的信號(hào)。時(shí)間幅度調(diào)制返回信號(hào)指示，已經(jīng)檢測(cè)到非線性特征部。針對(duì)非線性特征，如位置“B”處的空隙，如果應(yīng)用相同過程，則不調(diào)制來自線性特征部的反射脈沖的幅度。在一些方面，來自反射體(無論線性還是非線性)的雙向時(shí)間延遲可以通過源脈沖與反射脈沖的標(biāo)準(zhǔn)互相關(guān)來獲取。在這點(diǎn)上，高頻脈沖的第一序列可以被啁啾或者被編碼，或者既被啁啾又被編碼。而且，可以將高頻脈沖的第一序列調(diào)制，其中，調(diào)制可以包括調(diào)制脈沖的幅度、相位或周期。如果根據(jù)其它鉆孔測(cè)量技術(shù)獲知介質(zhì)的線性速度，則可以獲取距非線性特征部的距離。在一些方面，其中，高頻脈沖大致非定向，反射體的方位可以通過分解由三分量接收器記錄的信號(hào)來獲取。按針對(duì)縱梁(stringer)的不同方位的給定深度并且按不同深度重復(fù)上述步驟將提供散射結(jié)構(gòu)的3D圖像，并且區(qū)分哪些散射體是線性的而哪些不是。圖4示出了用于調(diào)查與鉆孔垂直或大致垂直地取向的裂縫和其它損傷的示例布置。在這點(diǎn)上，探測(cè)和成像非線性特征部可以通過與鉆孔平行行進(jìn)的折射波感測(cè)，例如，與鉆孔垂直取向的裂縫。如在圖1的布置中，鉆孔可以按多種傾斜度(如垂直、傾斜或水平)來鉆井，并嵌入在巖層中。鉆孔410周圍的材料415可以包括與鉆孔410垂直或大致垂直地行進(jìn)的損傷430。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“大致垂直”意指幾乎垂直，但稍微發(fā)散或會(huì)聚。將一個(gè)或多個(gè)換能器405布置成生成低頻或“泵”波并且被取向成使得波沿鉆孔410的縱軸傳播。低頻波或振動(dòng)可以沿鉆孔410的縱軸向上/向下傳播，作為管道波或折射波。如在圖1的布置中，因?yàn)榈皖l波沿鉆孔傳播，所以在鉆孔410內(nèi)靈活布置換能器405是可行的，只要低頻波在材料415中誘導(dǎo)臨近鉆孔410的小彈性非線性，作為與鉆孔軸平行的周圍材料中的顆粒運(yùn)動(dòng)的結(jié)果即可。在一些方面，換能器405被布置成間歇地生成低頻波，以使換能器405具有在其主動(dòng)地生成低頻波時(shí)的時(shí)段、和在其未主動(dòng)地生成低頻波時(shí)的時(shí)段?？梢钥刂茡Q能器405的循環(huán)時(shí)間以最優(yōu)化該布置的操作?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)換能器420縱向地設(shè)置在鉆孔410內(nèi)，以與低頻波同期地生成高頻脈沖序列或“探測(cè)”脈沖。在一些方面，換能器420可以在該布置的操作期間連續(xù)操作。在一些方面，高頻脈沖序列可以是壓縮和/或橫波源。換能器420可以被布置成針對(duì)每一個(gè)泵波循環(huán)，以至少10倍的重復(fù)率來操作，發(fā)射為泵頻率的10-1000倍的高頻突發(fā)。這些高頻脈沖與鉆孔410平行或縱向地傳播，并且作為折射和直接波兩者，以及作為材料415中的散射波。在材料415內(nèi)與鉆孔平行地行進(jìn)的折射探測(cè)脈沖在這點(diǎn)上特別受關(guān)注。如果泵波具有誘導(dǎo)裂縫非線性的足夠幅度(通常大于10_6應(yīng)變幅度，但所增加的有效壓力需要更大的動(dòng)態(tài)波應(yīng)變幅度)，則泵波將導(dǎo)致材料415中的、與鉆孔410近似垂直地取向的現(xiàn)有裂縫或斷口除了材料本身的任何固有非線性以外，還展示強(qiáng)烈的非線性行為。換能器420可以被布置成發(fā)射突發(fā)或脈沖序列，以探測(cè)通過由換能器405生成的低頻波所誘導(dǎo)的非線性。如果存在裂縫，則其創(chuàng)建所謂的軟化非線性。軟化非線性由諧波表示，但更重要的是，由在從換能器420至接收器425的低頻循環(huán)的膨脹部分期間的地層速度的局部變化而表示。速度的變化被用于推斷裂縫的存在。通常，在壓縮階段期間，由探測(cè)脈沖感測(cè)的波速度與低頻波的幅度和相位成比例地減小。在大多數(shù)情況下，裂縫和/或巖石可以經(jīng)歷由泵波在可以經(jīng)歷非線性行為的特征部上的交互而誘導(dǎo)的軟化非線性。這意指，針對(duì)泵波最小幅度(零相位、幅度等于零)來說，速度不存在變化。這種速度減小隨著泵波相位接近壓縮最大幅度而逐漸更大。在膨脹階段期間，波速度隨著泵波接近最大膨脹幅度而逐漸增加。當(dāng)存在裂縫時(shí)，在膨脹循環(huán)期間的速度變化更顯著，并且可以被用于確定是否存在裂縫。在其它情況下，裂縫和/或巖石可以經(jīng)歷硬化非線性，其中，低頻壓縮階段導(dǎo)致探測(cè)脈沖在它們橫斷經(jīng)歷非線性響應(yīng)的特征部時(shí)速度增加。與在低頻泵源靜默的情況下測(cè)量的脈沖傳播速度相對(duì)地測(cè)量速度變化。該測(cè)量給出從源至接收器的、地層的線性波速度?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)接收器425布置在鉆孔410內(nèi)，以記錄振動(dòng)信號(hào)加超聲脈沖。盡管示出了四個(gè)接收器(Rxl、Rx2、Rx3、Rx4)，但這僅僅是例示性的，因?yàn)榭梢允褂枚嘤诨蛏儆谒膫€(gè)的接收器。接收425可以被鎖定至鉆孔側(cè)或不鎖定至鉆孔側(cè)，并且陣列的單個(gè)部件可以記錄使得可以推斷方位的三個(gè)分量。如果使用更多接收器，則可以利用多個(gè)接收器探測(cè)鉆孔410的更長(zhǎng)部分。在使用一個(gè)以上接收器的情況下，可以從連續(xù)接收器對(duì)確定波速度的變化并由此確定非線性。這可以通過在一泵波循環(huán)期間，互關(guān)聯(lián)一個(gè)接收器與另一接收器來進(jìn)行，其中，每一個(gè)先前接收器可以被視為基準(zhǔn)以獲取其本身與下一接收器之間的非線性，在這種布置中，存在的裂縫之間的速度的相對(duì)變化可以被確定并且用于區(qū)分裂縫與諸如地層邊界的其它反射界面，因?yàn)閮H裂縫對(duì)速度產(chǎn)生取決于泵波幅度的強(qiáng)烈非線性效應(yīng)。這種非線性衰減還可以被用作用于推斷裂縫的存在的冗余信息。除了速度和衰減變化以外，還可以使用泵波諧波，以幫助確定裂縫的存在性和地層非線性。處理由接收器425記錄的高頻折射抵達(dá)脈沖信號(hào)的序列可以給出針對(duì)給定波路徑的、鉆孔附近地層的完全彈性非線性響應(yīng)。信號(hào)處理需要測(cè)量在沒有振動(dòng)源的情況獲取的脈沖信號(hào)。該信號(hào)因源與接收器之間的距離已知而給出線性時(shí)間延遲和介質(zhì)的速度。該信號(hào)與振動(dòng)處于地層中時(shí)所發(fā)射的脈沖信號(hào)的序列中的每一個(gè)信號(hào)互相關(guān)。相關(guān)性輸出給出速度隨振動(dòng)壓力的變化。因?yàn)椴窂介L(zhǎng)度從脈沖源至接收器是已知的，并且假定從其它鉆孔日志記錄過程獲取的介質(zhì)密度，所以可以獲取作為壓力的函數(shù)的模量。從該壓力導(dǎo)數(shù)，可以利用一模型(例如，如本領(lǐng)域已知的彈性的Preisach-Mayergoyz (PM)空間理論)獲取介質(zhì)的總非線性。還可以使用其它合適的模型。在鉆孔410內(nèi)針對(duì)不同方位和頻率在給定深度并且在不同深度重復(fù)上述步驟可以提供地層的速度和模量以及非線性速度和模量的3D環(huán)狀圖像。具體來說，與鉆孔垂直地取向的裂縫將給出較大的非線性標(biāo)記。該布置可以確定同時(shí)包括張力和壓縮的非線性模量的所有非線性模量。該布置的操作類似于在每一個(gè)負(fù)載間隔，在橫跨或沿著樣本測(cè)量飛行時(shí)間的同時(shí)應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)的、逐漸增加的負(fù)載。這允許開發(fā)動(dòng)態(tài)應(yīng)變(10_9- 10_5)，并且張力和壓縮都可以被探測(cè)，并且一次測(cè)量全部材料非線性。更高階次的非線性在性質(zhì)上滯后，并且非常敏感于流體和機(jī)械損傷的效應(yīng)。圖5a至5e示出了圖4的布置的操作的示例圖形例示。在這個(gè)示例中，示出了超聲速度和振動(dòng)應(yīng)變調(diào)制。圖5a示出了單個(gè)脈沖，而圖5b示出了可以從換能器420發(fā)射的可壓縮高頻脈沖的規(guī)則序列。如果泵源靜默，則可以在接收器陣列425的任何部件處記錄類似的脈沖的規(guī)則序列。圖5c示出了可以通過可壓縮源405生成的低頻振動(dòng)的兩個(gè)周期。在這個(gè)示例中，圖上具有正幅度的振動(dòng)的部分是振動(dòng)的壓縮階段，而振動(dòng)的具有負(fù)幅度的部分是振動(dòng)的膨脹階段。在接收器425處記錄如圖5d描繪的、圖5b和5c的兩個(gè)發(fā)射信號(hào)的和。因?yàn)檎凵洳?35的速度通過泵波循環(huán)而變化，所以所接收的折射脈沖因它們的速度隨著壓縮和膨脹應(yīng)變而改變而未規(guī)則地抵達(dá)。波速度可以按這種方式按張力和壓縮兩者貫穿一振動(dòng)循環(huán)來測(cè)量。類似記錄在接收器陣列425的單個(gè)部件處進(jìn)行?？梢詫D5d的所記錄的波列濾波，以去除圖5c的低頻波，留下圖5e上顏色為黑色的不規(guī)則脈沖序列。為引用起見，將圖5c的規(guī)則脈沖序列示出為灰色陰影，以突出顯示接收器脈沖序列的調(diào)制。在壓縮期間，超聲波速度減小，并且在峰值泵壓縮下達(dá)到最小值。在峰值膨脹期間測(cè)量最大速度。上述討論是關(guān)于軟化非線性；然而，如上所述，特定材料可以經(jīng)歷硬化非線性，其中，泵壓縮導(dǎo)致探測(cè)脈沖速度增加。在這種硬化情況下，標(biāo)繪圖將按相反意義指示速度變化。根據(jù)波速度在波應(yīng)變循環(huán)中的變化，可以定義所有非線性系數(shù)。多個(gè)振動(dòng)循環(huán)利用應(yīng)變提供波速度的變化的極好準(zhǔn)確度和精度并由此確定非線性系數(shù)?？倳r(shí)間延遲為，TDtotal(i) =TD(i) - TD(I)，其中，TDtotal (i)是通過泵波循環(huán)獲取的超聲脈沖序列。每一個(gè)脈沖的延遲通過應(yīng)用利用基準(zhǔn)信號(hào)TD(I)的互相關(guān)來獲取。波速度c為，
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的方法，該方法包括: 在鉆孔內(nèi)生成第一低頻聲波，其中，第一低頻聲波在材料中的與鉆孔的半徑大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)線性和非線性響應(yīng)； 沿相對(duì)于鉆孔的縱軸垂直的方向，將高頻脈沖的第一序列與第一聲波同時(shí)期地引導(dǎo)到材料中；以及 在可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器處，接收由高頻脈沖的第一序列與經(jīng)歷因第一低頻聲波導(dǎo)致的線性和非線性彈性變形的一個(gè)或多個(gè)特征部之間的交互所生成的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，來調(diào)查鉆孔周圍的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料內(nèi)的具有導(dǎo)致向鉆孔反射或反向散射能量的聲阻抗的差異的一個(gè)或多個(gè)特征部，則在所述一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，如果高頻脈沖的第一序列遇到這樣的一個(gè)或多個(gè)特征部，所述一個(gè)或多個(gè)特征部按使得所述一個(gè)或多個(gè)特征部在經(jīng)歷因第一低頻聲波而造成的變形以致使該變形在低頻聲波的循環(huán)期間改變聲阻抗的差異的同時(shí)、將能量反向引導(dǎo)至鉆孔的方式來取向，則在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一聲波和高頻脈沖的第一序列由壓縮波源、橫波源或兩者生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，第一聲波的源包括被配置成誘導(dǎo)材料中的線性和非線性彈性變形的振動(dòng)部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器在鉆孔中按陣列布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器被配置成記錄所述一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的一個(gè)或多個(gè)方向分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括:重復(fù)生成第一聲波，和在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度引導(dǎo)高頻脈沖的第一序列，以生成鉆孔周圍的材料的線性和非線性彈性特征部的三維圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，鉆孔周圍的材料從由以下組成的組中選擇:水泥、套管、巖層、鉆孔中或周圍的流體、及其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所接收的第二高頻脈沖具有取決于在高頻脈沖的第一序列被材料反射的位置和時(shí)間的低頻脈沖的相位的特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括:基于接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，確定材料是包括線性反射體還是非線性反射體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括:對(duì)接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖濾波。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，濾波器包括高通濾波器，被布置成隔離接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖中的高頻分量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括:確定經(jīng)濾波的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的隨時(shí)間的幅度變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，高頻脈沖的第一序列被啁啾或者被編碼，或者既被啁啾又被編碼。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，高頻脈沖的第一序列被調(diào)制，并且調(diào)制從由以下組成的組中選擇:幅度、相位、周期及其任何組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在低頻波的每個(gè)循環(huán)發(fā)射在5個(gè)與100個(gè)之間的第一頻率脈沖，并且第一高頻脈沖具有至少為低頻波的頻率的十倍的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括:基于發(fā)送高頻脈沖的第一序列的第一時(shí)間、接收到高頻脈沖的第二序列的第二時(shí)間、以及聲音沿高頻脈沖的第一序列的路徑和沿第二高頻脈沖的路徑的估算速度，確定到一個(gè)或多個(gè)特征部的徑向距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述確定包括:計(jì)算高頻脈沖的第一序列和第二高頻脈沖的互相關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料中的按使得特征部在經(jīng)歷剪切變形的同時(shí)反向引導(dǎo)能量的方式取向的非線性彈性特征部，則在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。
21.一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的裝置，該裝置包括: 可定位在鉆孔中的第一聲波源，被配置成生成第一聲波，該第一聲波具有進(jìn)入到材料中的、用以在材料中的與鉆孔的縱軸大致平行的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)線性和非線性響應(yīng)的低頻； 可定位在鉆孔中的源，被配置成沿相對(duì)于鉆孔的縱軸垂直的方向，將高頻脈沖的第一序列與第一聲波同時(shí)期地引導(dǎo)到材料中；以及 可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器，被配置成接收由高頻脈沖的第一序列與經(jīng)歷因第一聲波導(dǎo)致的線性和非線性彈性變形的一個(gè)或多個(gè)特征部之間的交互所生成的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，來調(diào)查鉆孔周圍的材料。`
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，如果高頻脈沖的第一序列遇到材料內(nèi)的具有導(dǎo)致向鉆孔反射或反向散射能量的聲阻抗的差異的一個(gè)或多個(gè)特征部，則在所述一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中，如果高頻脈沖的第一序列遇到按使得在所述一個(gè)或多個(gè)特征部經(jīng)歷因第一低頻聲波造成的變形、以致使變形在低頻聲波的循環(huán)期間改變聲阻抗的差異的同時(shí)將能量反向引導(dǎo)至鉆孔的方式來取向的一個(gè)或多個(gè)特征部，則在一個(gè)或多個(gè)接收器處接收到第二高頻脈沖。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，第一聲波源和高頻脈沖的第一序列的源被配置成生成壓縮波、橫波或兩者。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中，第一聲波源包括被配置成誘導(dǎo)材料中的線性和非線性彈性變形的振動(dòng)部件。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器按陣列布置在鉆孔中。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器被配置成記錄所述一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的一個(gè)或多個(gè)方向分量。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括與具有存儲(chǔ)在其中的指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)被配置成基于聲音沿高頻脈沖的第一序列的路徑和沿第二高頻脈沖的路徑的速度，確定從鉆孔至一個(gè)或多個(gè)特征部的徑向距離。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括與具有存儲(chǔ)在其中的指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)被配置成基于在鉆孔內(nèi)按不同方位取向并且按不同深度進(jìn)入到材料中的重復(fù)聲波穿透，來生成材料的一個(gè)或多個(gè)三維圖像。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，鉆孔周圍的材料從由以下組成的組中選擇:水泥、套管、巖層、鉆孔中或周圍的流體及其組合。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，還包括與具有存儲(chǔ)在其中的機(jī)器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)，使處理器基于接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，確定材料是包括線性反射體還是非線性反射體。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，還包括被布置成對(duì)接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖濾波的濾波器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中，濾波器包括被布置成隔離接收的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖中的高頻分量的高通濾波器。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中，所述處理器被布置成確定經(jīng)濾波的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖的隨時(shí)間的幅度變化。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，還包括編碼器，該編碼器被布置成通過引入時(shí)變分量，利用時(shí)變標(biāo)記來編碼高頻脈沖的第一序列，包括啁啾或頻率掃描。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的裝置，其中，所述處理器使用經(jīng)編碼的高頻脈沖的第一序列來測(cè)量第一序列與所接收的第二序 列之間的飛行時(shí)間。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的裝置，其中，時(shí)變標(biāo)記選自由以下各項(xiàng)隨著時(shí)間的變化構(gòu)成的組:幅度、相位、周期、及其任何組合。
38.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中，在低頻波的每個(gè)循環(huán)發(fā)射5個(gè)與100個(gè)之間的第一頻率脈沖，并且第一高頻脈沖具有至少為低頻波的頻率的十倍的頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其中，徑向距離通過計(jì)算高頻脈沖的第一序列和第二高頻脈沖的時(shí)域上的互相關(guān)來確定。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中，所述處理器被布置成基于發(fā)送高頻脈沖的第一序列的第一時(shí)間、接收高頻脈沖的第二序列的第二時(shí)間、以及材料的估算聲音速度，來確定到材料的徑向距離。
41.一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的方法，包括: 在鉆孔內(nèi)生成間歇低頻振動(dòng)，其作為管狀波向鉆孔縱向傳播，并且在材料中的與鉆孔的縱軸大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)非線性響應(yīng)； 在鉆孔內(nèi)生成高頻脈沖序列，該高頻脈沖序列按使得它們?cè)谥車牧蟽?nèi)向鉆孔縱向行進(jìn)的方式引導(dǎo)；以及 在可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器處，在間歇生成低頻振動(dòng)期間接收包括來自低頻振動(dòng)的分量和高頻脈沖序列的信號(hào)，以調(diào)查鉆孔周圍的材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，高頻脈沖序列被配置成作為折射波、散射波或直接波傳播到材料中。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，低頻振動(dòng)、高頻脈沖序列或兩者由壓縮源、橫波源或兩者生成。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中，壓縮源、橫波源或兩者包括被配置成在材料中誘導(dǎo)彈性非線性的振動(dòng)部件。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，一個(gè)或多個(gè)接收器在鉆孔中按陣列布置。
46.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，一個(gè)或多個(gè)接收器被配置成記錄高頻脈沖序列的一個(gè)或多個(gè)方向分量。
47.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，還包括:重復(fù)生成低頻振動(dòng)和在鉆孔內(nèi)的不同方位取向和不同深度處的高頻脈沖序列，以生成材料的從由以下構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)或多個(gè)圖像:線性速度、線性模量、非線性速度、非線性模量、及其組合。
48.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，因低頻振動(dòng)而造成的彈性變形循環(huán)導(dǎo)致在材料中的局部速度的對(duì)應(yīng)循環(huán)性變化。
49.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，還包括:處理從材料返回至一個(gè)或多個(gè)接收器的高頻脈沖序列，以確定材料的彈性非線性響應(yīng)。
50.一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的裝置，包括: 第一聲波源，被配置成在鉆孔內(nèi)生成間歇低頻振動(dòng)，該間歇低頻振動(dòng)作為管狀波向鉆孔縱向傳播，并且在材料中的與鉆孔的縱軸大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)非線性響應(yīng)； 第二聲波源，被配置成將縱向去往鉆孔的連續(xù)高頻脈沖序列引導(dǎo)到材料中；以及 可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器，被配置成在間歇生成低頻振動(dòng)期間接收包括來自低頻振動(dòng)的分量和高頻脈沖序列的信號(hào)，以調(diào)查鉆孔周圍的材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中，高頻脈沖序列被配置成作為折射波、散射波或直接波傳播到材料中。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中，第一聲波源、第二聲波源、或者兩者包括壓縮源、橫波源或兩者。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的裝置，其中，壓縮源、橫波源或兩者包括被配置成在材料中誘導(dǎo)彈性非線性的振動(dòng)部件。
54.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器在鉆孔中按陣列布置。
55.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中，所述一個(gè)或多個(gè)接收器被配置成記錄高頻脈沖序列的一個(gè)或多個(gè)方向分量。
56.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，還包括控制器，該控制器被配置成重復(fù)生成低頻振動(dòng)和在鉆孔內(nèi)的不同方位取向和不同深度處的高頻脈沖序列，以生成材料的從由以下構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)或多個(gè)圖像:線性速度、線性模量、非線性速度、非線性模量、及其任何組合。
57.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中，由第一聲波源生成的低頻振動(dòng)的彈性變形循環(huán)導(dǎo)致在材料中的局部速度的對(duì)應(yīng)循環(huán)性變化。
58.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，還包括與具有存儲(chǔ)在其中的機(jī)器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器通信的處理器，所述指令在執(zhí)行時(shí)使處理器基于從材料返回至一個(gè)或多個(gè)接收器的高頻脈沖序列確定材料的彈性非線性響應(yīng)。
全文摘要
在本發(fā)明的一些方面，公開了一種用于調(diào)查鉆孔周圍的材料的方法和裝置。該方法包括在鉆孔內(nèi)生成第一低頻聲波，其中，第一低頻聲波在材料中的、與鉆孔的半徑大致垂直的一個(gè)或多個(gè)特征部中誘導(dǎo)線性和非線性響應(yīng)；沿與鉆孔的縱軸相對(duì)垂直的方向，將其頻率為低頻聲波的10到1000倍的高頻脈沖的第一序列與第一聲波同時(shí)期地引導(dǎo)到材料中；以及在可定位在鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)接收器處，接收因高頻脈沖的第一序列與經(jīng)歷因第一低頻聲波導(dǎo)致的線性和非線性彈性變形的一個(gè)或多個(gè)特征部之間的交互所生成的一個(gè)或多個(gè)第二高頻脈沖，來調(diào)查鉆孔周圍的材料。
文檔編號(hào)G01V1/46GK103140773SQ201180047125
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者P·A·約翰遜, J·A·坦卡特, P-Y·勒巴斯, R·A·蓋耶爾, C·K·武, C·H·斯凱爾特 申請(qǐng)人:雪佛龍美國(guó)公司