專利名稱：一種隨鉆聲波測(cè)井儀器及測(cè)井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨鉆測(cè)井技術(shù)，尤其涉及一種隨鉆聲波測(cè)井儀器及測(cè)井方法。
背景技術(shù)：
地震波或聲波在流體飽和的孔隙介質(zhì)中傳播時(shí)，由于固體和液體的雙電層結(jié)構(gòu)，兩層之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并感應(yīng)出電流，這個(gè)過(guò)程稱為震電轉(zhuǎn)換。隨鉆聲波測(cè)井是油氣勘探中在鉆開(kāi)地層的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量地層聲學(xué)特性的一種測(cè)井技術(shù)，該技術(shù)主要采用滑行波測(cè)量方式實(shí)時(shí)測(cè)量地層巖石縱橫波傳播速度的變化。測(cè)量數(shù)據(jù)可用于巖性識(shí)別、孔隙度計(jì)算、巖石力力學(xué)參數(shù)計(jì)算、井眼穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等。圖2、圖3和圖4顯示的是如圖I所示的隨鉆聲波測(cè)井儀器其聲源11分別工作于單極模式、偶極模式和四極子模式時(shí)，其聲波接收換能器12接收的聲波波形信號(hào)。圖5、圖6和圖7顯示的分別為對(duì)應(yīng)的聲源工作于單極模式、偶極模式和四極子模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)圖。圖2、圖3及圖4中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為信號(hào)強(qiáng)度；圖5、圖6及圖7中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為相位速度。由于隨鉆聲波測(cè)井儀器中聲源和聲波接收裝置均安裝在鉆鋌上并放置在鉆井液環(huán)境中，因此發(fā)射和接收直接耦合信號(hào)很強(qiáng)，沿鉆鋌傳播的直達(dá)波會(huì)影響到沿地層進(jìn)行傳播的聲波信號(hào)的測(cè)量。由圖2、圖3及圖4可見(jiàn)，當(dāng)聲源工作于單極模式時(shí)，聲波接收裝置接收的聲波速度大約為直達(dá)波聲速3100米每秒(m/s)，很難得到地層的縱波和橫波速度。當(dāng)聲源工作于偶極模式，聲波接收裝置接收到的主要能量為偶極直達(dá)波，其聲速大約為1000 m/s，無(wú)法記錄到以地層橫波聲速傳播的撓曲波。當(dāng)聲源工作于四極子模式時(shí)，聲波接收裝置接收到的信號(hào)分為兩部分，包括以鉆鋌縱波速度傳播的鉆鋌直達(dá)波和以地層橫波速度傳播的四極子地層波，時(shí)域上直達(dá)波在前，地層波在后。在隨鉆聲波測(cè)井儀器的設(shè)計(jì)中，最大的技術(shù)難點(diǎn)是沿鉆鋌傳播的直達(dá)波的消除，通常采用鉆鋌刻槽并鑲嵌重金屬方法實(shí)現(xiàn)隔聲要求，但是這樣的設(shè)計(jì)會(huì)損害鉆鋌強(qiáng)度，因此，允許這樣處理的程度十分有限，隔聲效果也不佳，影響測(cè)量精度和可靠性。同時(shí)這樣的機(jī)械加工難度大，加工費(fèi)用高，導(dǎo)致儀器制造成本高，影響到技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服目前采用在鉆鋌刻槽和鑲嵌重金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)隔聲要求所導(dǎo)致的損害鉆鋌強(qiáng)度且隔聲效果有限的不足。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種隨鉆聲波測(cè)井方法，包括
產(chǎn)生聲波信號(hào)； 采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)。優(yōu)選地，該方法包括
對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。
優(yōu)選地，所述對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理獲得地層的聲學(xué)參數(shù)的步驟，包括
采用相關(guān)法獲得該震電信號(hào)的視速度； 根據(jù)該震電信號(hào)的視速度獲得地層的聲速度；
根據(jù)地層的聲速度獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。優(yōu)選地，所述產(chǎn)生聲波信號(hào)的步驟，包括
采用脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生該聲波信號(hào)。優(yōu)選地，所述采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)的步驟，包括
以一個(gè)接收電極或者以陣列方式分布的多個(gè)接收電極采集該震電信號(hào)。本發(fā)明還提供了一種隨鉆聲波測(cè)井儀器，包括聲源和接收裝置，其中
聲源用于產(chǎn)生聲波信號(hào)；
接收裝置用于采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)。優(yōu)選地，該儀器包括
處理裝置，用于對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。優(yōu)選地，該處理裝置包括
第一處理模塊，用于采用相關(guān)法獲得該震電信號(hào)的視速度；
第二處理模塊，用于根據(jù)該震電信號(hào)的視速度獲得地層的聲速度；
第三處理模塊，用于根據(jù)地層的聲速度獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。優(yōu)選地，激勵(lì)裝置，用于采用脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)激勵(lì)該聲源產(chǎn)生該聲波信號(hào)。優(yōu)選地，該接收裝置包括一個(gè)接收電極或者以陣列方式分布的多個(gè)接收電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實(shí)施例在隨鉆測(cè)井儀器上設(shè)置聲源和震電接收電極，利用孔隙巖石的震電效應(yīng)特性，通過(guò)測(cè)量地層震電信號(hào)實(shí)現(xiàn)隨鉆條件下地層巖石聲速度測(cè)量。本發(fā)明的實(shí)施例不需要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隔聲體，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度和可靠性高，制作成本低，進(jìn)而極大優(yōu)化隨鉆聲波測(cè)井儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低設(shè)備制造成本，提高隨鉆聲波測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用水平。


圖I是目前接收聲波的隨鉆聲波測(cè)井儀器在地層中的工作示意圖。圖2是圖I所示儀器的聲源工作于單極模式時(shí)的聲波波形示意圖。圖3是圖I所示儀器的聲源工作于偶極模式時(shí)的聲波波形示意圖。圖4是圖I所示儀器的聲源工作于四極子模式時(shí)的聲波波形示意圖。圖5是圖I所示儀器的聲源工作于單極模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。圖6是圖I所示儀器的聲源工作于偶極模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。圖7是圖I所示儀器的聲源工作于四極子模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。圖8是水聽(tīng)器和電信號(hào)接收電極沿井孔軸向移動(dòng)的應(yīng)用示意圖。圖9是圖8所示應(yīng)用中水聽(tīng)器所采集到的聲波信號(hào)的到時(shí)和到時(shí)變化斜率示意圖。圖10是圖8所示應(yīng)用中電信號(hào)接收電極所采集到的震電信號(hào)的到時(shí)和到時(shí)變化斜率意圖。圖11是本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器的組成示意圖。
圖12是圖11所示實(shí)施例中聲源工作于單極模式時(shí)的震電信號(hào)示意圖。圖13是圖11所示實(shí)施例中聲源工作于偶極模式時(shí)的震電信號(hào)示意圖。圖14是圖11所不實(shí)施例中聲源工作于四極子模式時(shí)的震電信號(hào)不意圖。圖15是圖11所示實(shí)施例中聲源工作于單極模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。圖16是圖11所示實(shí)施例中聲源工作于偶極模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。圖17是圖11所示實(shí)施例中聲源工作于四極子模式時(shí)的時(shí)域相關(guān)示意圖。
具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。對(duì)于金屬，聲波信號(hào)并不能感應(yīng)出震電信號(hào)，在多孔介質(zhì)巖石中，聲波可以感應(yīng)出震電信號(hào)。特別需要指出的是，對(duì)金屬材質(zhì)的隨鉆測(cè)井儀器而言，因?yàn)榻饘贋榱紝?dǎo)體，所以設(shè)備整體都保持相同電位，并不能經(jīng)由聲波信號(hào)感應(yīng)出震電信號(hào)。通過(guò)在不同介質(zhì)井孔中進(jìn)行的震電效應(yīng)測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)，聲源在井孔中產(chǎn)生聲場(chǎng)，圖8顯示了在由高孔隙度高滲透率的巖層和低孔隙度低滲透率的巖層組成的模型井中的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，由于聲源和接收器之間沒(méi)有直接連接，所以測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有沿井軸方向傳播的直達(dá)波，水聽(tīng)器接收的信號(hào)為沿井壁傳播的聲波信號(hào)。水聽(tīng)器和電信號(hào)接收電極分別以圖8所示箭頭方向沿著井孔軸向移動(dòng)，對(duì)比水聽(tīng)器所采集到的如圖9所示的聲波信號(hào)和接收電極所采集到的如圖10所示的震電信號(hào)的到時(shí)和到時(shí)變化斜率，可以發(fā)現(xiàn)震電信號(hào)是由聲波信號(hào)沿著井孔傳播時(shí)感應(yīng)產(chǎn)生，其視速度等于地層中的聲波速度。其中圖9和圖10中，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為信號(hào)強(qiáng)度。另外，震電信號(hào)的強(qiáng)度與地層的孔隙度和滲透率有關(guān)，對(duì)比高孔隙度高滲透率的巖層和低孔隙度低滲透率的巖層可以發(fā)現(xiàn)，即使高孔隙度高滲透率的巖層的聲波信號(hào)強(qiáng)度低于低孔隙度低滲透率的巖層，其震電信號(hào)強(qiáng)度也高于低孔隙度低滲透率的巖層。如圖11所示，本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器主要包括設(shè)置在鉆鋌21上的聲源22和接收裝置23，其中聲源22用于產(chǎn)生聲波信號(hào)，聲波信號(hào)沿地層和鉆鋌21進(jìn)行傳播；接收裝置23用于采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)；其中，沿鉆鋌21傳播的聲波信號(hào)無(wú)法感應(yīng)出震電信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器可以包括如圖11所示的處理裝置24，該處理裝置24通過(guò)電纜和接收裝置23相連接，用于對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。該聲學(xué)參數(shù)比如包括剪切模量、楊氏模量以及巖性等。本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器中，該處理裝置包括
第一處理模塊，用于采用相關(guān)法獲得該震電信號(hào)的視速度；
第二處理模塊，與第一處理模塊相連，用于根據(jù)該第一處理模塊獲得的震電信號(hào)的視速度獲得地層的聲速度；
第三處理模塊，與第二處理模塊相連，用于根據(jù)第二處理模塊獲得的地層的聲速度獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器可以包括激勵(lì)裝置(圖中未示出)，該激勵(lì)裝置用于采用脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)激勵(lì)該聲源產(chǎn)生該聲波信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例隨鉆聲波測(cè)井儀器中的接收裝置23，可以包括一個(gè)接收電極或者如圖11所示的以陣列方式分布的多個(gè)接收電極。接收裝置23包含多個(gè)接收電極時(shí)，可以采用多種陣列方式進(jìn)行設(shè)置。本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器可以采用單極子聲源產(chǎn)生聲波信號(hào)，也可以采用多極子聲源產(chǎn)生聲波信號(hào)。圖12、圖13及圖14所示為本發(fā)明實(shí)施例的隨鉆聲波測(cè)井儀器中的多極子聲源分別工作于單極、偶極和四極子模式時(shí)，記錄的震電信號(hào)示意圖。圖15、圖16及圖17所示分別為對(duì)應(yīng)的時(shí)域相關(guān)圖。圖12、圖13及圖14中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為信號(hào)強(qiáng)度；圖15、圖16及圖17中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為相位速度。從圖12、圖13及圖14所示的震電信號(hào)可以看出，震電信號(hào)的幅度由聲波信號(hào)的幅·度和電極系周圍的巖石特性共同決定。采用相關(guān)法(慢度一時(shí)間相關(guān)法)對(duì)震電信號(hào)進(jìn)行處理，可以求取震電信號(hào)的視速度。由圖12、圖13以及圖14可見(jiàn)，在聲源工作于單極模式時(shí)，可以記錄到以視縱波速度(與地層縱波速度相等)和視斯通利波速度(與地層斯通利波速度相等)傳播的震電信號(hào)；在聲源工作于偶極和四極子模式的波形，可以記錄到以視橫波速度(與地層橫波速度相等)傳播的震電信號(hào)。根據(jù)震電信號(hào)的視速度可以獲得地層的聲速度。由于沿金屬鉆鋌傳播的直達(dá)波不能感應(yīng)出震電信號(hào)，因此強(qiáng)直達(dá)波的影響完全被排除。在圖15、圖16以及圖17顯示的相關(guān)圖中，沒(méi)有記錄到以視直達(dá)波速度傳播的信號(hào)。目前通用的隨鉆聲波測(cè)井儀器采用滑行波測(cè)量方式，但是其不能規(guī)避直達(dá)波影響。本發(fā)明的實(shí)施例利用震電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的震電信號(hào)提取地層聲速，采用的是直接測(cè)量震電信號(hào)速度的方式。由于震電信號(hào)視速度等于地層聲速，這樣間接測(cè)量地層聲速可獲得震電信號(hào)視速度，可用于巖性識(shí)別、孔隙度計(jì)算、巖石力力學(xué)參數(shù)計(jì)算、井眼穩(wěn)定性預(yù)測(cè)等。本發(fā)明的實(shí)施例利用震電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多極子隨鉆聲波測(cè)井的震電信號(hào)提取地層聲速提取算法(慢度一時(shí)間相關(guān)法)，通過(guò)相關(guān)分析法對(duì)陣列震電信號(hào)提取視速度，該視速度等于地層聲速。本發(fā)明的實(shí)施例利用震電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多極子隨鉆聲波測(cè)井的測(cè)井，其儀器一端安裝多極子聲波發(fā)射信號(hào)源，在儀器另一端安裝陣列排列的震電信號(hào)接收電極，通過(guò)激發(fā)聲波信號(hào)發(fā)射源在地層中形成聲波信號(hào)傳播并形成地層巖石震電效應(yīng)產(chǎn)生震電信號(hào)，使用接收電極采集地層震電信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)震電信號(hào)的處理分析，取得所探測(cè)地層的多種巖石聲學(xué)參數(shù)。雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種隨鉆聲波測(cè)井方法,包括 產(chǎn)生聲波信號(hào)； 采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隨鉆聲波測(cè)井方法，其中，該方法包括 對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隨鉆聲波測(cè)井方法，其中，所述對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理獲得地層的聲學(xué)參數(shù)的步驟，包括 采用相關(guān)法獲得該震電信號(hào)的視速度； 根據(jù)該震電信號(hào)的視速度獲得地層的聲速度； 根據(jù)地層的聲速度獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的隨鉆聲波測(cè)井方法，其中，所述產(chǎn)生聲波信號(hào)的步驟，包括 采用脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生該聲波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的隨鉆聲波測(cè)井方法，所述采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)的步驟，包括 以一個(gè)接收電極或者以陣列方式分布的多個(gè)接收電極采集該震電信號(hào)。
6.一種隨鉆聲波測(cè)井儀器，包括聲源和接收裝置，其中 聲源用于產(chǎn)生聲波信號(hào)； 接收裝置用于采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隨鉆聲波測(cè)井儀器，其中，該儀器包括 處理裝置，用于對(duì)該震電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隨鉆聲波測(cè)井儀器，其中，該處理裝置包括 第一處理模塊，用于采用相關(guān)法獲得該震電信號(hào)的視速度； 第二處理模塊，用于根據(jù)該震電信號(hào)的視速度獲得地層的聲速度； 第三處理模塊，用于根據(jù)地層的聲速度獲得地層的聲學(xué)參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的隨鉆聲波測(cè)井儀器，其中 激勵(lì)裝置，用于采用脈沖信號(hào)或正弦信號(hào)激勵(lì)該聲源產(chǎn)生該聲波信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的隨鉆聲波測(cè)井儀器，其中 該接收裝置包括一個(gè)接收電極或者以陣列方式分布的多個(gè)接收電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種隨鉆聲波測(cè)井儀器及測(cè)井方法，克服目前采用在鉆鋌刻槽和鑲嵌重金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)隔聲要求所導(dǎo)致的損害鉆鋌強(qiáng)度且隔聲效果有限的不足，其中該方法包括產(chǎn)生聲波信號(hào)；采集該聲波信號(hào)在地層中傳播而感應(yīng)出的震電信號(hào)。本發(fā)明的實(shí)施例不需要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隔聲體，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度和可靠性高，制作成本低，進(jìn)而極大優(yōu)化隨鉆聲波測(cè)井儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低設(shè)備制造成本，提高隨鉆聲波測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用水平。
文檔編號(hào)E21B47/14GK102720484SQ20121015506
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者仇傲, 劉西恩, 朱正亞, 納菲·托克索斯 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司