[发明专利]从钻孔产生声能量束的方法和系统及其应用

权利要求书

1.一种在被钻孔穿透的岩层中产生声能量束的方法，该方法包括：

以第一频率产生第一声信号；

以不同于第一频率的第二频率产生第二声信号，其中第一声信号和第二声信号由位于钻孔中的传感器阵列产生；

将第一和第二声信号传输到钻孔外的岩层的声学非线性部分中；

通过三波混合处理组合第一和第二声信号以在岩层中产生准直的第三信号，其中准直的第三信号以与第一和第二声信号的初始方向相同的方向传播通过岩层，并且该准直的第三信号具有与第一和第二声信号的频率差相等的频率和取决于岩层的非线性性质的振幅；

在第三信号从岩层中的不均匀处被反射或反向散射后，在一个或多个接收器处接收该第三信号；

分析该接收的信号来确定关于岩层的信息。

2.根据权利要求1的方法，其中该一个或多个接收器位于另一钻孔中。

3.根据权利要求2的方法，其中该接收的信号通过透射、反射和反向散射由所述一个或多个接收器来接收。

4.根据权利要求1的方法，其中该一个或多个接收器位于相同的钻孔中。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括绕钻孔轴旋转所述传感器阵列以控制第一和第二声信号的方位角并因此控制第三个波的方位角。

6.根据权利要求1的方法，进一步包括：

控制准直的第三信号在穿过钻孔轴的平面内的倾角。

7.根据权利要求6的方法，其中所述控制包括在所述阵列的至少两个传感器之间引入相对相位的控制。

8.根据权利要求6的方法，其中所述控制包括使用一个或多个致动器来改变所述阵列的倾角。

9.根据权利要求1的方法，进一步包括：

控制该准直的第三信号相对于钻孔的方位角和倾角。

10.根据权利要求7的方法，其中所述分析进一步包括处理接收的第三信号以产生岩层的图像。

11.根据权利要求8的方法，其中所述分析进一步包括处理接收的第三信号以产生岩层的图像。

12.根据权利要求9的方法，其中所述分析进一步包括处理接收的第三信号以产生岩层的图像。

13.根据权利要求1的方法，进一步包括：

通过向第一和第二声信号之一引入包括一个或多个啁啾或扫频的时变分量，来以时变码编码第三信号，

其中所述分析包括使用所述编码来测量第三信号的飞行时间。

14.根据权利要求13的方法，其中所述时变分量包括振幅、频率、和/或相位的变化。

15.根据权利要求4的方法，进一步包括：

使用来自该一个或多个接收器的反馈来定向所述组合的第一和第二声信号以将接收的第三信号的信号强度最大化。

16.根据权利要求3的方法，进一步包括：

使用来自该一个或多个接收器的反馈来定向所述组合的第一和第二声信号以将接收的第三信号的信号强度最大化。

17.根据权利要求3的方法，进一步包括根据β(X₁)/β(X₂)产生接近钻孔的岩层的非线性性质的测量值来确定第一钻孔周围的非线性岩层的相对强度，其中β(X₁)/β(X₂)等于对于所有i的∑((measured signal(X₁，Y_i))/(measured signal(X₂，Y_i)))与Yi的加权因子的乘积，其中X₁是第一钻孔中的第一产生位置，X₂是第一钻孔中的第二产生位置，Yi是第二钻孔中的第i个接收位置。

18.根据权利要求1的方法，其中准直的声束在方位角和倾角方向上具有定义良好的方向性。

19.根据权利要求1的方法，其中所述分析进一步包括处理接收的第三信号以产生岩层的图像。