[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

说明书

本发明公开了基于光纤声波传感的超声波成像测井装置及其测量方法，用安装在井下超声波成像测井装置内的不同频率的超声波发射器对和光纤超声波接收传感器，替代目前广泛使用的压电晶体式超声波接收换能器，接收360度井壁周围的反射超声波信号，从而实现井下不同频率不同分辨率的光纤超声波成像测井。光纤超声波接收传感器替代了压电晶体式超声波换能器及其配套的电子式放大器、模数转换和数据存储器件以及井下电子式数据传输模块，解决了超声波成像测井装置无法在高温环境下长时间工作的难题，简化了成像仪器的设计，降低了制造成本。另外由于采用铠装光电复合缆，解决了井下大量高分辨率成像数据高速向测井车里面的控制计算机进行实时传输的瓶颈问题。

技术领域

本发明涉及地球物理测井技术领域，尤其涉及一种基于光纤声波传感的超声波成像测井装置及其测量方法。

背景技术

超声波成像测井是利用井壁或套管内壁对超声波的反射特性来研究井身剖面的。在裸眼井内通过测量的声学图像，可以了解裂缝地层的裂缝密度、倾角方位及缝洞分布情况，为勘探和开发裂缝性储集层提供可靠的地质基础资料。在套管中通过声学图像，可了解射孔位置，或施工、生产而使套管损坏情况，为修井提供资料。超声成像测井以声学图像形式给出测井资料，这与以往的测井曲线资料相比较，它具有信息多、分辨率高、直观便于分析判断的优点。

超声波成像测井由声系、信号采集、信号传输和地面处理四部分组成。声系部分由一个能旋转的超声波探头(或传感器)构成，该探头兼做发射和接收探头。将测量的反射波幅度和传播时间按照井眼内360度方位以图像显示，可以分析井壁岩性及表面特征(包括裂缝、孔洞和冲蚀带)，也可以用来观察套管内壁的变化。

超声波换能器每秒钟发射1500～3000次、频率为0.1MHz～2MHz的超声脉冲。测井时它由一个马达驱动，以固定速率(每秒3～6周左右)带动换能器和磁力仪绕仪器轴旋转，对井眼的整个井壁进行扫描测量，每转到磁北方向产生一个磁北信号，就以电脉冲形式将换能器方位信息发送到地面。仪器旋转时探头发射的超声波脉冲，经泥浆传播到达井壁，有一部分超声波能量被反射回换能器并接收，经信号处理后，得到井壁回波的幅度图像和旅行时图像。

目前的井下超声波成像测井仪器里面使用的都是压电晶体式超声波换能器来接收井壁反射回来的超声波信号。压电晶体式超声波换能器及其配套的电子式放大器、模数转换和数据存储器件以及井下电子式数据传输模块等均无法在高温环境(深井)下长时间工作。另外由于井下超声波成像测井仪器目前都是电子仪器，其井下数据传输模块目前还解决不了井下大量高分辨率成像数据高速向井口的测井车里面的控制计算机进行实时传输的瓶颈问题。由于井下数据传输的瓶颈问题，无法在井下超声波成像测井仪器内布设多个不同频率的超声波换能器，实现一次下井测量同时采集不同分辨率的超声波成像测井数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，主要是用安装在井下超声波成像测井装置内的不同频率的超声波发射器对和超声波发射器对之间的超声波接收传感器，替代目前广泛使用的压电晶体式超声波接收换能器，接收360度井壁周围的反射超声波信号，从而实现井下光纤超声波成像测井的目的。

本发明的技术方案：

基于光纤声波传感的超声波成像测井装置，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；

所述三个超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。