變源距聲波測井方法及換能器的製作方法

2023-09-20 10:57:45 8

專利名稱：變源距聲波測井方法及換能器的製作方法
技術領域：
本發明屬於工程物探中的聲波測井方法及其換能器。
聲波測井是用聲波探測井壁巖體地質結構、巖體完整程度與風化程度，評價工程地質條件的一種工程物探方法。聲波測井換能器是聲波測井所用的井下儀器，換能器用發射振子將井上儀器輸出的電信號轉換成機構振動形成聲波並向井壁巖體發射，由接收振子將經井壁巖體傳播，反映井壁巖體結構、完整性、風化程度等信息的聲波接收。並轉換為電信號反回給井上儀器進行處理。現有聲波測井技術所用的各種換能器(如湖南湘潭市無線電廠生產的「一發雙收聲波測井換能器」)一般都採用單發雙收(一個發射振子，兩個接收振子)的工作方式，一隻換能器只具有固定不變的一種源距(發射振子到第一個接收振子之間的距離)，相應的測井方法可稱之為「固定源距測量法」。這種固定一個源距的測量法及對應的固定一種源距換能器存在嚴重的技術問題一方面，當井壁巖體破碎時，聲能衰減嚴重，因不能減少源距使增加接收振幅，故使縱波初至不明顯，從而使觀測資料不準確不可靠;另一方面，由於儀器本身存在本機幹擾，當井壁為完整較高速巖體時，接收縱波與本機幹擾迭加，因不能增加源距以接收縱波和本機幹擾在時間軸上分離，至使縱波初至畸變，無法正確識別測定。此外，現有換能器一般都不配有定心裝置，由於鑽孔大小不一，為防止換能器偏心，實測工作中需現場製作定心環，這樣工作不方便，且不能有效地減小偏心影響。現有換能器一般也沒有自重調節裝置，由於換能器自重較輕，使電纜不能完全伸直，故使用中需現場加吊重錘，較麻煩。由於上述問題的存在，使聲波測井技術長期以來呈現觀測數據重複性差、精度低、工效低的狀況。
本發明的目的是要提供一種新的聲波測井方法及換能器，使能變源距測量，提高觀測資料的準確性，提高測量工效。
本發明的方法-變源距測量法的技術方案是將同一隻測井換能器的源距設定為至少兩種，根據測點的接收縱波初至起跳必須明顯的觀測要求，選擇其中一種源距進行測量。
根據實際需要與理論分析，在一隻換能器上設定的源距以三種為最佳(實施例)堅硬較完整的較高速巖體(Vp＞4500m/s)採用0.55m源距，以避免本機幹擾波，使之和接收縱波分離;軟弱破碎的較低速巖體(Vp＜2500m/s)，採用0.25m的最小源距，以有效地減少聲波衰減，增加接收縱波初至振幅;中等堅硬完整的中速巖體(Vp＝3000～4000m/s)，採用0.30m的中等源距。這三種源距可滿足一般特徵的巖體實測要求，使各測點既能保證接收縱波與本機幹擾波在時間軸上分離，又能保證縱波初至振幅，從而使各測點的接收縱波初至起跳明顯，易於準確測定。
發明的換能器技術方案是換能器的聲電轉換振子[7]至少有一個為收、發共用型振子(一般用壓電陶瓷晶體)。採用收發共用型振子的目的是以較少的裝置(振子)數實現較多種源距。各振子之間由延聲管[8]連接。最佳實施例是三源距四裝置(振子)換能器，其中第一個振子[A]為發射振子，第二個振子[B]為收發共用振子，第三個振子[C]和第四個振子[D]為接收振子。這樣，以四個裝置可實現A-B、B-C和A-C三種源距。工作方式見附圖2，各開關接通Ⅱ檔時，振子A作發射，B、C作接收，D斷開，換能器工作於中等源距A-B(設A-B源距大於B-C源距)，是中速巖體的最佳源距;當各開關接通Ⅲ檔時，A斷開，B作發射，C、D作接收，換能器工作於最小源距B-C，是較低速巖體的最佳源距;當各開關接通Ⅰ檔時，A發射，B斷開，C、D接收，換能器工作於最大源距A-C，是測較高速巖體的最佳源距。由此可見，B振子採用收發共用型為實現三源距組合起了重要作用，並使振子數最少。顯然，根據本發明特徵，採用多個甚或全部採用收發共用型振子也是可以的。
本發明為有效地防止換能器在井孔中工作時偏斜，可設有調節彈性扶正器。扶正器由簧片[6]、活動環[4]、調節螺母[3]和套管[5]組成，簧片[6]一端固定在導管[5]上，另一端聯接在活動環[4]上，由調節螺母[3]與導管[5]上的螺紋聯接定位。調整螺母[3]，即控制簧片[6]的張開高度從而適應井孔的大小，防止換能器偏斜。換能器上端配有上封罩[2]。
本發明為有效控制換能器的自重，以保證電纜[1]伸直從而減少測量深度位差，可設置調節自重裝置。在換能器下端導管[5]內放置活動質量塊[9]並配置下封罩[10]。質量塊可準備不同質量的多塊，可根據需要換置。
本發明由於採用變源距測量法，使觀測精度和測量工效都比現有技術提高兩倍以上。發明人在湖南城步白雲水電站、大庸魚潭水電站工程實測中對比觀測精度表明;用現有固定源距法測量，49%的檢測點檢測相對誤差在20～50%之間;而利用本發明方法，僅4%的檢測點檢測相對誤差在8～12%。對比觀測工效表明現有技術固定源距測量法因不能順利進行，常常反覆多次仍不可靠，完成單個測點平均耗時60餘秒鐘;而利用本發明技術只需要20秒鐘，一次觀測完成。此外，本發明中採用調節彈性扶正器和採用自重調節裝置，提高了換能器的定心效果，減少深度位差，方便實用。


。圖1為本發明聲波測井換能器結構示意圖，圖2為其使用時源距選擇原理圖。
權利要求
1.一種聲波測井方法，本發明的特徵在於將測井換能器的源距設定為至少兩種，根據測點的接收縱波初至起跳必須明顯的觀測要求，選擇其中一種源距進行測量。
2.根據權利要求1所述的聲波測井方法，其特徵在於設定的源距為三種。
3.用於聲波測井的換能器，其特徵在於換能器的聲電轉換振子至少有一個為收發共用型振子。
4.根據權利要求3所述的聲波測井換能器，其特徵在於它是由一個發射型振子、一個收發共用型振子和兩個接收型振子組成。
5.根據權利要求3所述的聲波測井換能器，其特徵在於換能器的上部和下部都安裝有由簧片[6]、活動環[4]、調節螺母[3]和套管[5]組成的調節彈性扶正器，簧片[6]一端固定在套管[5]上，另一端聯接在活動環[4]上，由調節螺母[3]與導管[5]螺紋聯接定位。
6.根據權利要求3所述的聲波測井換能器，其特徵在於換能器的下端有在導管[5]內放有活動質量塊[9]並配有下封罩[10]的調節自重裝置。
全文摘要
聲波測井方法及其換能器，採用變源距方法測量，將源距設定為多種，選擇其中一種最佳源距進行測量。換能器採用收發共用型振子，典型的採用三源距四裝置(一發射，一收發共用和雙接收振子)，此外換能器兩端還安裝有調節彈性扶正器和下部安裝有調重裝置。測量精度和工效較現有固定源距測量法提高兩倍以上，一次性測完。定心效果好，深度位差少，方便好用。
文檔編號E21B49/00GK1057696SQ9010548
公開日1992年1月8日 申請日期1990年6月28日 優先權日1990年6月28日
發明者龍亦安 申請人:湖南省水利水電勘測設計院