多參數超聲工程測井儀的製作方法
2023-12-11 15:34:12 1
專利名稱：多參數超聲工程測井儀的製作方法
技術領域：
涉及領域本實用新型涉及石油測井中一種可同時進行固井質量評價和套管檢測的測井儀器，具體地說，多參數超聲工程測井儀。
背景技術：
固井質量評價主要用於評價固井作業後的水泥膠結質量，套管檢測主要用於評價套管的變形、腐蝕程度、指示接箍位置及射孔作業後的孔眼大小及分布情況。目前，國外關於固井質量評價及套管檢測的聲波測井儀器公開文獻和報導的主要有斯倫貝謝的CET、USI、UBI、UCI，哈裡伯頓的PET、CAST和阿特拉斯的CBL/VDL、SBT、CBIL等。國內，主要有聲幅測井儀以及大慶生產測井研究所研製的CBET，華北測井公司研製的DBHTV，江漢測井研究所研製的UCT等。這些儀器各有特點和應用範圍，但都不能同時進行固井質量評價及套管檢測。
經檢索，與本發明相關的文獻有專利[1]申請號為89214438.6，發明名稱聲幅測井儀，專利[2]申請號為93109497.6，發明名稱聲波水泥膠結固井質量測井方法，專利[3]申請號為96215439.3，發明名稱斜入射式超聲脈衝反射法測井儀，專利[4]申請號為95108956.0，發明名稱油井水泥膠結質量超聲檢測系統。這些發明中的儀器和聲繫結構、測量方法與本發明不同。從檢索情況看，還未發現與本發明類似或相同的文獻。
技術內容本實用新型的目的在於提供一種能達到一次測量就可同時進行固井質量評價和套管檢測，從而提高測井效率並降低成本的多參數超聲工程測井儀。
本實用新型是這樣實現的包括馬籠頭1、電纜遙測通訊短節2、相對方位短節3、自然伽馬短節、主體電路電子艙、聲系主體6、高頻聚焦換能器7、低頻平面換能器8、上扶正器9、下扶正器10、旋轉灘頭11，該裝置的頂部有馬籠頭1，電纜遙測通訊短節2、相對方位短節3、自然伽馬短節、主體電路電子艙、聲系主體6依此連接，在電纜遙測通訊短節2上有上扶正器9，在聲系主體6上有下扶正器10，高頻聚焦換能器7、低頻平面換能器8背向並錯開安裝在旋轉探頭11上。
本實用新型還採用如下技術方案旋轉探頭11包括壓力平衡機構12、四芯雙向承壓接插件插頭13，壓力平衡機構12採用皮囊式壓力平衡方式。
聲系主體6包括31芯接插件14、參考換能器15、壓力平衡機構16，電動機17、四芯雙向承壓接插件18，壓力平衡機構16採用活塞式壓力平衡方式。
電路上採用可編程邏輯晶片。
將兩個不同的超聲換能器(一個低頻平面型、一個高頻聚焦型)背向並錯開安裝在旋轉探頭上進行掃描式測量，通過先進的時序電路嚴格控制兩個換能器按特定的節拍發射，將高頻聚焦換能器的回波時間、幅度及低頻平面換能器的回波全波列數位化後再進行格式編碼並通過高速的電纜遙測系統傳送至地面計算機進行處理，通過採用神經網絡識別分類技術和特定的圖像處理技術給出關於固井質量評價及套管檢測的直觀圖像表示。
這種儀器能夠在井下155℃、80MPa的高溫高壓條件下進行固井質量評價和套管檢測的測井作業。
圖1為本實用新型的結構示意圖；附圖2是旋轉探頭11結構示意圖；附圖3是聲繫結構示意圖；圖4是多參數超聲工程測井儀井下儀器電路框圖。
具體實施旋轉探頭11上背向並錯開安裝兩個不同的超聲換能器7、8，既消除了相互之間的聲學幹擾，又保證能同時進行固井質量評價及套管檢測。此外，旋轉探頭11具有獨立的皮囊式壓力平衡機構並通過四芯雙向承壓接插件同驅動機構相連。
聲系主體6採用特製的耐高溫高壓(155℃、80Mpa)交流磁滯同步電機驅動旋轉探頭並採用活塞式壓力平衡機構，通過四芯雙向承壓接插件同旋轉探頭連接。聲系主體6上還設計有垂直安裝的參考換能器以測量環境校正參數。
電路上採用大規模可編程邏輯晶片實現複雜的時序控制，嚴格保證兩個主換能器和一個參考換能器以特定的節拍工作，從而實現同時測量。
電路中還採用單片機及預發射方式實現低頻平面換能器回波信號的自動增益控制以適應變化的井下環境並能方便地根據井上命令作出工作參數調整及工作模式切換。
通過以上技術的採用，順利實現了同時進行固井質量評價及套管檢測的目的，提高了測井效率並降低了成本。而且由於聲系主體與旋轉探頭採用各自獨立的壓力平衡機構並採用四芯雙向承壓接插件連接，從而使儀器的保養維護工作變得更加容易，這對於工程測井來說也非常重要。
以下結合附圖對本發明作進一步說明如圖案所示，1為馬籠頭，2為電纜遙測通訊短節，3為相對方位短節，4為自然伽馬短節，5為主體電路電子艙，6為聲系主體，7為高頻聚焦換能器，8為低頻平面換能器，9為上扶正器，10為下扶正器。
測量時，聲系內電機通過傳動減速機構驅動探頭旋轉，探頭11上背向安裝的兩個換能器7、8在主體電子艙內時序電路的控制下嚴格按特定的節拍向井壁發射聲波脈衝並接收回波信號，在電子線路中將高頻聚焦換能器的回波時間、幅度及低頻平面換能器的回波全波列、相對方位短節輸出的方位和井斜信號數位化後再與自然伽馬短節輸出的脈衝計數值進行格式編碼並通過高速的電纜遙測通訊短節傳送至地面計算機進行處理，通過採用神經網絡識別分類技術和特定的圖像處理技術給出關於固井質量評價及套管檢測的直觀圖像表示。
如圖2所示，12為壓力平衡機構，採用皮囊式壓力平衡方式；13為四芯雙向承壓接插件插頭。
如圖畫所示，14為31芯接插件；15為參考換能器；16為壓力平衡機構，採用活塞式壓力平衡方式；17為電動機；18為四芯雙向承壓接插件。
圖4是多參數超聲工程測井儀井下儀器電路框圖。
井下儀器採用CTS通訊方式，DTB接口電路經由CTS電纜遙測短節接收到井上命令後通知87C51單片機，87C51單片機對命令分類識別後進行相應的控制和處理，主要有工作模式的切換及接收增益的調整。
工作模式切換通過以下方式實現由87C51單片機對CPLD時序電路進行控制，再由CPLD時序電路產生不同的時序控制各單元電路的工作。
井下電路的數據組織及交換以FIFO存儲器為中心展開，FIFO存儲器的寫入完全由CPLD時序電路控制。
在CPLD時序電路的控制下，發射電路經由換能器選擇邏輯按某種固定的節拍激勵三個換能器並經由接收電路將平面換能器的回波時間及有效波列、聚焦換能器的回波時間及回波峰值幅度、參考換能器的回波時間及回波峰值幅度送到A/D轉換電路及回波時間計數電路，A/D轉換電路將回波波列及回波峰值幅度，再加上井溫、相對方位、井斜等信號轉換成數字量後送到FIFO存儲器。
在CPLD時序電路的控制下，還將自然伽馬計數值及幀同步碼等寫入FIFO存儲器。這樣，在CPLD時序電路的嚴格控制下，將各種數據寫入到FIFO存儲器，形成多參數超聲工程測井儀井下儀器的數據幀格式。
FIFO存儲器的讀出則完全由DTB接口電路控制，每讀出一個字，就由並/串轉換電路轉發到DTB總線數據線上，經由CTS短節和測井電纜傳送到地面。
權利要求1.多參數超聲工程測井儀，包括馬籠頭(1)、電纜遙測通訊短節(2)、相對方位短節(3)、自然伽馬短節(4)、主體電路電子艙(5)、聲系主體(6)、高頻聚焦換能器(7)、低頻平面換能器(8)、上扶正器(9)、下扶正器(10)、旋轉探頭(11)，其特徵在於該裝置的頂部有馬籠頭(1)，電纜遙測通訊短節(2)、相對方位短節(3)、自然伽馬短節(4)、主體電路電子艙(5)、聲系主體(6)依此連接，在電纜遙測通訊短節(2)上有上扶正器(9)，在聲系主體(6)上有下扶正器(10)，高頻聚焦換能器(7)、低頻平面換能器(8)背向並錯開安裝在旋轉探頭(11)上。
2.根據權利要求1所述的多參數超聲工程測井儀，其特徵在於旋轉探頭(11)包括壓力平衡機構(12)、四芯雙向承壓接插件插頭(13)，壓力平衡機構(12)採用皮囊式壓力平衡方式。
3.根據權利要求1所述的多參數超聲工程測井儀，其特徵在於聲系主體(6)包括31芯接插件(14)、參考換能器(15)、壓力平衡機構(16)，電動機(17)、四芯雙向承壓接插件(18)，壓力平衡機構(16)採用活塞式壓力平衡方式。
4.根據權利要求1所述的多參數超聲工程測井儀，其特徵在於電路採用可編程邏輯晶片。
專利摘要一種利用超聲回波法對石油套管井的多個參數進行工程測量的多參數超聲工程測井儀，包括主體電路電子艙5、聲系主體6等，電纜遙測通訊短節2、相對方位短節3、自然伽馬短節4、主體電路電子艙5、聲系主體6依此連接，高頻聚焦換能器7、低頻平面換能器8背向並錯開安裝在旋轉探頭(11)上，可獲得固井質量和套管腐蝕與變形的直觀圖像表示，儀器可接受地面的指令進行工作參數調整及工作模式切換。一次下井，即可獲得固井質量和套管檢測兩種成像測井資料。
文檔編號E21B47/00GK2627214SQ0324263
公開日2004年7月21日 申請日期2003年3月28日 優先權日2003年3月28日
發明者宋永華, 強毓明, 李長文, 李夢春, 李國軍, 雷芙蓉, 應兆閔, 餘春昊 申請人:中國石油天然氣集團公司