[发明专利]超声成像测井仪器中的泥浆补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油、水文地质勘探领域的测井技术，特别涉及一种超声成像测井仪器，具体说是一种超声成像测井仪上使用的具有泥浆补偿功能的泥浆补偿装置。

背景技术

超声成像仪器是一种利用超声换能器发射声波脉冲且接收反射波幅度和旅行时间来产生井壁图像的设备。井眼中钻井流体的超声衰减在超声成像测井仪器特性中扮演重要的角色。在井眼中超声衰减的高值会破坏超声成像测井仪器图像。一方面，在小井眼中超声衰减的高值会在图像中造成干扰模式(条带)。干扰模式是由于衰减的回波引起，换能器的鸣震和仪器内的超声反射共同引起回波衰减。另一方面，在大井眼中超声衰减的高值在图像中造成散斑、模糊和条痕。散斑和模糊是因为信号减小到噪声引起的。

目前，国内现有的超声成像测井仪器技术条件为：每支超声成像仪器中含有两个超声换能器：1.5MHz和0.5MHz。由于声波传输衰减与频率成正比，现有的技术条件在仪器工作时声波衰减量较大，严重影响了声波的传输效率，在图像分辨率上造成散斑、模糊、条痕和条带，影响测井曲线和图像的质量。现在的超声成像测井仪器没有泥浆补偿设置，不能起到降低声波在泥浆中衰减的作用。在实际应用中测井仪操作者根据具体的被测井的具体情况来选择相应的增益、换能器工作频率、换能器工作激励电压，可以使得超声测井仪器在本身工作方面调试到最佳工作方式。但是在声波衰减方面没有直接的措施，信号衰减量还是大，所以现有的技术条件在信号采集上有很大的困难，尤其是在泥浆比重≤1.25g/cm³的情况下或井眼中直径在203.2mm以上的情况下，信号衰减量大，超声回波的幅度就不容易被检测到，从而限制了超声成像测井仪器应用范围，即只能在泥浆密度相对较小的井中使用超声成像测井仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声成像测井仪器中的泥浆补偿装置，通过改变声波从换能器到井壁，再返回到换能器的旅行路途中的介质，降低声波在井眼钻井泥浆中的衰减，提高检测到超声回波幅度，提高超声成像测井仪器的分辨率。克服现有超声成像测井仪器，在泥浆密度大的井中或井眼较大的井中，不容易被检测到超声回波的不足。

本发明的目的是这样来实现的：超声成像测井仪器中的泥浆补偿装置，包括连接段、圆锥体过度段和透声窗组成，连接段、圆锥体过度段和透声窗为一个整体，采用聚四氟乙烯材料制成，壁厚在5-8mm之间。两端为圆筒状的连接段，外径在80-90mm之间，连接段的端部有内螺纹。两端的内螺纹能将超声成像测井仪器中的泥浆补偿装置连接在超声成像测井仪器外壳的中间。所述的透声窗在两个连接段的中间，透声窗为一个凸出的圆柱，外径在150-300mm之间，透声窗的高度为70-90mm。在连接段与透声窗之间有圆锥体过度段，圆锥体过度段斜边的倾斜角在10-20度之间。测井时，将上部连接段和下部连接段分别连接在测井仪器外壳上，内部充满液压油。超声换能器发射的声波脉冲信号首先通过液压油液体材料，穿过透声窗到达井壁。由于透声窗与井壁的距离仅有20-25mm，也就是说仅有20-25mm距离的泥浆需要声波脉冲信号穿过。声波脉冲信号穿过泥浆的距离缩短，使声波脉冲信号的衰减量很少。接收反射波幅度产生井壁图像代表井壁的真实情况。

本发明的有益效果：超声成像测井仪器中的泥浆补偿装置，允许超声成像测井仪器应用于152.4-203.2mm的井眼中，而不考虑流体的形态和比重。聚四氟乙烯锥体透声窗口用来减少干扰的偶然性和严重性。透声窗两端倾斜15°用来减少换能器与窗口之间的声反射，否则会引起回波干扰。泥浆补偿装置设计成在大于203.2mm的井眼中用于减少信号的衰减量。通过选择相应尺寸的泥浆补偿装置，使得仪器换能器更接近于井壁，本项技术的关键在于采用衰减更低的聚四氟乙烯路径来取代高衰减流体路径，从而降低了声波在井眼中流体的衰减。实验证明：泥浆补偿装置到井壁20mm间隔将会产生好的效果，由于泥浆补偿装置到井壁之间的距离缩小，从而声波在泥浆中的传播路径减小，降低了声波在泥浆中的传播衰减。同时减少了超声成像测井仪器在钻井中粘卡的风险。

理论上，超声成像测井仪器可以成功的应用于任何井眼直径中，只要如图1显示：信号幅度大于噪声。同时，对于一个好的图像，在信号与噪声之间至少有6-dB的余量。泥浆补偿装置在测井过程中的选择如下：