[发明专利]基于光纤声波传感的超声波成像测井装置及其测量方法

权利要求书

1.基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，包括裸眼钻孔，超声波成像测井装置、耐高温光电复合测井电缆，地面井口测井车、地面分布式光纤超声波传感调制解调仪器；

所述的超声波成像测井装置包括三个耐高温的光纤超声波接收传感器，作为井中超声波信号接收单元；三个不同频率的超声波发射器对；光纤陀螺仪；超声波发射器电子短接；驱动三对超声波发射器匀速旋转的电动马达；

地面井口测井车通过铠装光电复合缆与井中超声波成像测井装置相连接；

所述三对声波发射器对分别为低频超声波发射器对、中频超声波发射器对、高频超声波发射器对；

地面井口测井车通过光电复合缆控制井中超声波成像测井装置的下井和升井，并给井中超声波成像测井装置提供电源，超声波发射器电子短接驱动低频超声波发射器对、中频超声波发射器对和高频超声波发射器对在作业时连续重复发射不同频率的超声波信号；

安置在井口的地面分布式光纤超声波传感调制解调仪器通过铠装光电复合缆连接井下超声波成像测井装置，向三个光纤超声波接收传感器里面发射激光脉冲，并同步采集光纤超声波接收传感器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的超声波成像测井装置，其特征在于，所述地面分布式光纤超声波传感调制解调仪器有三个分布式光纤超声波传感器信号输入端口和一个光纤陀螺仪信号输入端口。

3.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述低频超声波发射器对的频率为100kHz～250kHz，中频超声波发射器对的频率为250kHz～500kHz，高频超声波发射器对的频率为500kHz～1MHz。

4.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述光纤超声波接收传感器为缠绕在圆柱状弹性体上的螺旋形耐高温高反射系数单模光纤超声波接收传感器，低频光纤超声波接收传感器的频率为100kHz～250kHz，中频光纤超声波接收传感器的频率为250kHz～500kHz，高频光纤超声波接收传感器的频率为500kHz～1MHz，每个光纤超声波接收传感器被安置在两个超声波发射器之间，且不随超声波发射器对一起旋转。

5.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述光纤陀螺仪安装在井中超声波成像测井装置的顶端，并通过光电复合缆实时测量超声波成像测井装置的方位、倾角和倾向。

6.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述超声波发射器电子短接放置在光纤陀螺仪后面，用于驱动超声波成像测井装置内的低频超声波发射器对、中频超声波发射器对和高频超声波发射器对发射不同频率的超声波。

7.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述电动马达安装在超声波发射器电子短接的后面，用于驱动超声波成像测井装置内的低频超声波发射器对、中频超声波发射器对和高频超声波发射器对同步匀速旋转，其旋转速度为每分钟三圈到六圈。

8.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述低频超声波发射器对、中频超声波发射器对和高频超声波发射器对同时在匀速旋转中向钻孔的井壁连续发射低频、中频和高频超声波信号。

9.根据权利要求1所述的基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，其特征在于，所述低频光纤超声波接收传感器、中频光纤超声波接收传感器和高频光纤超声波接收传感器分别连续同时同步采集低频超声波发射器对、中频超声波发射器对和高频超声波发射器对发射到钻孔井壁后反射回来的低频、中频和高频的超声波信号。

10.基于光纤声波传感的超声波成像的测量方法，其特征在于，所述基于光纤声波传感的超声波成像测井装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：把地面井口测井车绞车上的铠装耐高温光电复合缆与井中超声波成像测井装置相连接；

S2：利用地面井口测井车绞车上的铠装耐高温光电复合缆将井中超声波成像测井装置下放到井底；

S3：通过地面井口测井车绞车上的铠装耐高温光电复合缆慢速向上提升井下超声波成像测井装置并向井下超声波成像测井装置内的超声波发射器电子短接发送指令，驱动连接超声波发射器的电动马达匀速旋转，同步驱动三个不同频率的超声波发射器对同时在匀速旋转中对井壁连续发射超声波信号；

S4：同时启动光纤陀螺仪，实时测量并记录向上提升的井下超声波成像测井装置沿井轨迹的方位、倾角和倾向，用于后续数据处理中对仪器记录的反射超声波数据进行仪器自身旋转的校正和投影处理；

S5：同时启动地面分布式光纤超声波传感调制解调仪器，通过光电复合缆向井下超声波成像测井装置内不同频率的光纤超声波接收传感器连续发射大功率多频窄脉冲激光信号，三个光纤超声波接收传感器同时连续接收从井眼内360度方位的井壁反射回到各自的光纤超声波接收传感器的超声波背向瑞利散射光信号；

S6：地面分布式光纤超声波传感调制解调仪器对每个光纤超声波接收传感器上的背向瑞利散射光信号进行调制解调处理，将每个光纤超声波接收传感器测量到的光纤应变或应变率数据解调成按照井眼内360度方位的井壁反射超声波数据，包括：反射超声波幅度和反射超声波传播时间；

S7：将反射超声波幅度进行转换变成井壁周围反射波阻抗数据，并用彩色平面图将测量的反射波阻抗数据按照井眼内360度方位以图像显示来展示井壁的反射波阻抗数据差异，波阻抗小的井壁显示为深暗颜色，波阻抗大的井壁显示为高亮颜色；

S8：对反射超声波传播时间进行井眼半径成像，并用彩色平面图按照井眼内360度方位以图像显示来展示井眼半径的差异，时间长的井眼半径大，显示为深暗颜色，时间短的井眼半径小，显示为高亮颜色；

S9：对井壁超声波成像数据，包括反射波阻抗数据和反射超声波传播时间，进行综合解释，识别360度井壁上的地质构造，确定裂缝产状及发育方向，确定最大水平主应力方向；

S10：描述沉积特征：层状层理、交错层理、冲蚀、结核、沉积韵律；

S11：划分砂泥岩薄互层及有效厚度；

S12：确定井眼几何形状；

S13：检查套管形变，确定套管变形位置；

S14：检查射孔井段，确定射孔孔眼位置；

S15：检查对套管爆炸整形后的套管形状；

S16：确定套管损坏或套管断裂位置。