[发明专利]氢－氧声波测井装置

说明书

本发明涉及一种在井眼中产生声波的氢-氧声波测井装置。

特别是，本发明涉及一种将其设置在穿过地层的井眼中，通过产生声波来测试地下地层构造的氢-氧声波测井装置，该装置包括含有水、电极和点火装置的可膨胀元件，用于将水电解成气态氢-氧混合物，从而使该可膨胀元件膨胀，点燃该气态混合物，产生声波。

从美国专利3,587,775得知，震动声源产生声波是通过将水电解成气态的氢和氧。下一步使这些成份重新混和，达到了产生爆炸的条件，并产生出所述的声波。声源已经建立在与井眼内壁不接触的电缆管壳中。

电缆管壳的外壁的一个部分是由柔性材料制成的，是一种环状装置。地面设备可以提供分解和点火动力。电缆管壳的所说的部分端部紧贴电缆管壳的外壁，管腔壁的纵向槽沟使产生的波通过钻井液向外传输并进入地层。

虽然按这种方式设计了一种相当简便的仪器，在一个井眼中不同层次的重复操作和点火无需从地面增加任何物质，但依然存在有许多问题。

例如，分解和点火会使槽沟的柔性壁部分膨胀，因此声源不是集中的。而且声波本质上向所有方向传播，因此不仅在井眼壁中分散能量，而且向上和向下把能量传递给井眼流体。

实际上，该仪器只能用于单独测井步骤，而不能在钻井操作中使用，这也是一个缺点。

根据美国专利2,679,205，另一种震动声源产生声波的情况与上述情况相似，特别是包括一种产生气态氢-氧混合物的元件，这种元件整个说来是柔性的。虽然在这一文献中，设计了点状声源，但装置中声波的方向也是不可预测的，而且也存在无益的能量消耗。

在美国专利4,207,619中，揭示了一种震动测井系统和方法，尤其表明一种将声源装置安装在钻头钻柱底端，而且能够产生声音脉冲。例如可以通过诱导的振动、内爆、爆炸、或对着井眼壁快速喷射液体而产生脉冲。可以通过诸如顺序计时器来驱动和控制声源装置，当钻探作业暂时停止以向钻柱中增加新的钻管时产生脉冲。因此钻探时可以半连续方式测量。另一特征是，单一水平的脉冲被叠加后可加强到与脉冲和钻探作业的发动机产生的噪音之间有所区别的地步。而且这一专利告诉了我们上述测井方法使用地面探测系统探测通过地下地层产生的波，这些波经过折射或反射后，得到地下地层分布图和钻探作业的信息。

很容易理解，传统的钻头处安装和驱动声源装置的条件非常苛刻。高旋转速度，苛刻的钻井和研磨条件，以及钻头在井眼底部振动的噪声都会出现。

尽管在上述文献中，事实上有从头至尾的传递、接收和解释声波信号数据的整个方法和有关装置，但是并没有说明在钻头处安装这种装置所面临的困难。

所以，本发明的一个目的就是提供一种测井装置和方法，以使声波根本不受干扰、直接地从装置传入地下地层。

本发明的另一个目的是，在钻井连续运转的同时，能够在所要求的任何时候、井眼内的任何深度上产生声波脉冲。

本发明还有一个目的是提供一种测井装置和方法，其在接近钻头处或在钻头上产生的脉冲明显不同于噪声，如钻头噪声。

本发明的又一个目的是可连续可靠地驱动和控制测井装置。

因而，根据本发明，上述装置包括一个壳，壳外壁面对井眼并与井壁紧密接触，该壳还具有一个凹槽，凹槽内容纳所述可膨胀元件，当测井装置被安置在紧靠着井壁部分时，便形成了基本上封闭的声波发生室。

在本发明的第一种实施方案中，所述的壳就是钻柱稳定器的叶片。

在本发明的第二种实施方案中，所述的壳就是钻头，最好是在钻头的排屑槽。

在所述的改进的实施方案中，所述的凹槽包括一个底部，所述装置的可充气膨胀元件就固定在该底部。

按上述方法安装该装置，尤其是将声波发生室限制在井眼中的一个比较合适的位置，便会获得测井所需的点状声源。而且，与井眼中存在的钻井液柱分开的声源有利于将一定的能量传送到地下地层。

根据本发明，也提供了一种测量地下地层的方法，包括的步骤有：

——将测井装置放入井眼内，该装置包括一个壳，该壳的外壁面对井壁并与井壁紧密接触，该壳还有一个凹槽，凹槽中容纳带有水、电极和点火装置的可膨胀元件；

——将该装置靠着井壁安装，这样上面所说的壳和井壁便形成了基本上封闭的声波发生室；

——将水电解以便得到一种气态的氢-氧混合物；

——将该混合物点燃，得到声波；

——探测通过地下地层后的波。

现在参照附图，通过举例的方式详细描述本发明：