[发明专利]一种双相控声波发射装置的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油勘探远探测声波成像测井装置的双相控声波发射装置的控制方法。

背景技术

常规声波测井仪中使用的发射探头是单极子声源，该类声波探头发射声波所形成的声场类似于点声源发射声波形成的球形声场，其发射声波的能量呈放射状均匀进入地层。由于接收探头与发射探头同处于井筒轴线上，因此发射探头所发射的声波经过地层的扩散、折射、反射、衰减等物理效应后只有很少一部分声波能量被接收探头所接收，最终导致发射—接收系统的效率低和探测深度浅等问题。常规声波测井只能探测到离井壁约0.5米的范围。

随着勘探开发程度的不断深入，目前声波仪器向大功率、高效率且具有深探测功能方向发展。解决这一问题采用最新的方法是相控阵发射技术，并接收从地层深处反射回来的带有地层深处信息的反射波信号。相控发射特点是所发射的声波信号以一定宽度的波束向地层发射，其声场有一定的指向性，声效率高。但相控发射也具有一定的局限性。在测井过程中，声波从井中进入地层会发生折射，不同岩性的地层其折射角不同，在地层中的各种界面与井轴的夹角也是不断变化的。如果相控发射的声束宽度和指向角仅适合某一种岩层或某一种角度的界面，则其它岩层或其他角度界面的声波信号反射信息就会减小或丢失。如果相控发射的波束太宽，则发射有效功率就会受到影响，干扰信号也会加大。

发明内容

本发明的目的是研制一种应用远探测双相控声波发射装置，根据测井地质岩性的纵波波速范围，确定相控声束的偏转角和波束束宽，然后根据偏转角确定每组相控探头的延迟时间，使一次下井覆盖所测的各种地层，达到增大仪器测量范围的远探测双相控声波发射装置的控制方法。

本发明的方案是：下井探测仪应用的远探测双相控声波发射装置包括由多个单极子声波换能器组成的两组相控发射探头和相应的相控发射控制电路。

相控声波发射系统所发射声波的指向角可由下面的公式计算

α＝arcsin(v·t/(h+d))

其中：

α——相控角，是探头作为点声源所发射的球声场所形成的相控声束方向与探头径向方向的夹角；

v——介质中的传播速度；

t——延迟时间；

h——探头的高度；

d——探头间隔。

此公式表明了相控角与探头的结构、介质的传播速度及延迟时间的关系，以及形成相控的条件。显然式中v·t/(h+d)≤1。因此在设计相控探头时，当探头的结构确定以后，一定要针对不同的地层来确定延迟时间。

相控声波发射的波场除了具有一定的指向性外，其所形成的声波波束还具有一定的宽度。利用相控声波指向性函数公式所描绘出的指向性图可形象地看出相控声波发射的指向性和所发射的声波束宽。下面是指向性公式：

D=sin[Nπdλ(sinα-sinα0)]Nsin[πdλ(sinα-sinα0)]]]>

式中：

D——表示指向性函数；

N——组成相控探头的换能器个数；

λ——声波在介质中传播时的波长；

d——相邻两个换能器之间的距离；

α₀——设计的偏转角度；

α——某一传播方向的声线与声轴面的夹角。