[发明专利]一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法

说明书

一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，所述方法包括：步骤1)所述地面控制器(1)控制超声相控阵探头(11)及井中仪器沿井轴方向匀速运动；步骤2)所述超声相控阵探头(11)对井壁在圆周方向上扫描一周，即不断地向井壁发射超声波并接收来自井壁的反射回波信号；步骤3)提取接收到回波信号的时间，由此计算井壁上每个点到井孔圆心的距离；步骤4)提取回波信号的峰值，并转化为井壁颜色数据；步骤5)将上述得到的井壁圆心距离和井壁颜色数据绘制成一个窄圆环带；步骤6)如果探测完成，转入步骤7)，否则，转入步骤1)，得到不同时刻的窄圆环带；步骤7)将所有时刻的窄圆环带连接起来组成井壁图像，完成三维成像过程。

技术领域

本发明涉及超声成像领域，具体涉及一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法。

背景技术

在石油钻井和开采过程中，套管在保护井眼以及加固井壁，保证钻井顺利进行起着重要作用。但是由于井下环境恶劣，套管损坏数量逐年增加，套管壁的检测与防护已成为油田开发的重要工作。超声井壁成像检测技术是一种常用的油井井壁检测技术，通过利用井壁反射回波信息，识别多种类型的缺陷和井周情况，以图像的形式清晰直观地显示井壁的状况和特性。

20世纪90年代开始逐渐出现了新一代的超声成像测井仪器，具有代表性的有Schlumberger的UBI(Ultra Sonic Imager)以及Baker Atlas的CBIL(CircumferentialBorehole Imaging Log)等。这些常规的井壁声波测井成像仪器都采用单发单收的旋转式声波探头，仪器测井工作时，换能器探头以井轴为中心旋转并在井轴方向上移动，从而实现对井壁进行螺旋线方式的查扫。然而，这种工作方式具有如下几个缺点：

(1)探测信号的信噪比低。由于采用单发单收的工作方式，如果遇到复杂或者较为恶劣的井眼条件，探测到的有用信号幅度较低，难以识别，一些异常井壁结构和微细变化往往难以识别。

(2)探测的分辨率低。常规的换能器探头辐射声波的声束相对比较宽，尽管凹面的聚焦换能器能使声束聚焦，但这种聚焦能力非常有限，不仅焦点位置是固定的，难以根据实际情况进行调整和改变，而且聚焦声束还不够细长，使得探测数据的图像分辨率较低。

(3)机械转动扫描的不稳定性。常规换能器探头必须绕轴旋转才能实现对井壁四周的查扫成像，这种机械式的旋转方式会带来测井的不稳定性和相关的仪器维护等问题。机械转动还会为数据传输带来很大麻烦。

(4)测井速度较慢。由于常规探头采用机械式旋转，为了保证井壁扫描成像速度和纵向分辨率，测井速度受到限制，降低了这种仪器在井下的测井效率，如果测井目的层较厚，使用该种仪器会占用较长的井口时间。

在文献1(专利CN200920288148.4：一种浅海钢管的X射线实时成像检测系统)和文献2(专利CN201220113619.X：钢管焊缝X射线实时成像检测装置)中，提供了在井壁无损检测仪器中使用的实时成像方法。然而，这些成像方法是直接利用电磁波光学成像，由于声波相对于电磁波波长，无法提供细致的直接成像结果。

发明内容

本发明的目的在于克服目前井壁成像存在的上述问题，提出了一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，该方法基于一种基于柱面超声相控阵的井壁成像系统实现，本发明的方法可以实时快速成像，反应井壁各方向上超声回波信号的特征。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于柱面超声相控阵的井壁实时成像方法，基于一种基于柱面超声相控阵的井壁成像系统实现，所述系统包括：地面控制器1、电源短节2、声系短节4和电路短节3；

所述的声系短节4包括柱面超声相控阵探头11，该柱面超声相控阵探头11由若干个换能器阵元6周向排列成圆柱形；