随钻声波测井技术综述

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现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点声波测井技术是一种通过声波在地层中传播的特性来获取地下信息的技术手段。

随着科技的不断发展,现代声波测井技术已经成为了勘探、开发和生产油气资源的重要工具,具有高分辨率、高精度、非侵入性等特点,在勘探领域具有极大的应用潜力。

声波测井技术的发展历程可以追溯到20世纪初,随着探测技术的不断发展,尤其是近年来随着计算机技术和声波科学的结合,声波测井技术取得了长足的进步。

早期的声波测井技术主要依靠声速测量和波幅测量,这些技术的应用范围受到了地层条件和井筒效应的限制,精度和可靠性较低。

近年来,随着超声波技术、频散成像等技术的应用,声波测井技术的应用范围得到了拓展,测井结果的精度和可靠性也有了较大提高。

现代声波测井技术的发展特点主要体现在以下几个方面:一、多种声波测井技术的融合应用现代声波测井技术已经不仅仅局限于声速测井和波幅测井,而是将超声波技术、频散成像等多种声波技术进行了有效的融合应用。

超声波技术具有更高的频率和更短的波长,适用于低孔隙度、低渗透率的油藏的测井,能够提高对地层细微结构和孔隙结构的分辨率。

频散成像技术能够对地层进行更加精细的成像,能够有效地克服地层条件和井筒效应的影响,提高了成像的准确性和稳定性。

多种声波测井技术的融合应用,使得测井结果更加全面、准确,为勘探开发提供了更加可靠的技术支持。

二、数字化与智能化技术的应用随着计算机技术的不断发展,现代声波测井技术已经趋向于数字化和智能化。

数字化技术能够提高数据采集和传输的速度和精度,使得数据采集和处理更加快速、准确。

智能化技术能够通过人工智能算法对数据进行自动分析和解释,大大提高了数据的解释效率。

数字化和智能化技术的应用,不仅提高了声波测井技术的数据采集和处理能力,同时也提高了数据的解释质量,为勘探开发提供了更加丰富的地质信息。

三、声波成像与地质解释的结合现代声波测井技术不再仅仅是对声波的物理参数进行测量,而是更多地涉及到声波成像和地质解释。

现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点现代声波测井技术是一种采用声波钻孔测试的技术,是对地层的物性参数进行测定的重要手段。

该技术可以对地下岩石进行量化分析,从而获得其物理、化学和力学性质的定量数据。

声波测井技术在许多领域具有广泛应用,如石油勘探、地质勘探、水文学、环境科学等。

现代声波测井技术主要包括两种类型:长波测井和短波测井。

长波测井是一种通过观测声波在地层中传播,从而确定地层岩石和地下水层物性参数的方法。

它可以测量声波在地层中的传播时间和速度,根据这些数据计算出不同层段的密度、弹性模量、刚度等物性参数。

长波测井技术广泛应用于石油勘探、天然气资源评估、地质调查等领域。

1. 多种测量模式的应用。

现代声波测井技术已经从传统的单次测量模式发展到了多次测量模式。

在多次测量模式中,可以进行多角度、多波速、多成分的测量工作,进一步提高了测量精度。

2. 大数据分析的应用。

现代声波测井技术在测量过程中采集的数据量很大,需要进行数据分析处理。

借助于现代计算机及数据科学技术的快速发展,可以在极短的时间内完成数据的收集、传输、处理及存储工作,从而更好的支持声波测井技术的应用。

3. 聚焦于低侵扰性的储层评估技术。

现代声波测井技术逐渐趋向于低侵扰性测量技术,即通过对声波在地层中传播的信号进行分析,获得更加精细、更加准确的地层内部结构及物性参数,对储层进行更加全面、精细的评估工作。

4. 分析质量的提高。

现代声波测井技术的分析质量不断提高。

采用现代化的分析算法和方法,可以降低分析误差及测量误差,从而提高测量结果的准确性和可靠性。

综上所述,现代声波测井技术是一种重要的地质勘探技术,通过多种测量模式、大数据分析、低侵扰性储层评估及分析质量的提高等技术手段,可以获得更加精准、全面的地质信息数据,并在各种领域中得到广泛应用。

现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点

现代声波测井技术及其发展特点声波测井技术是一种在石油勘探和开发中广泛应用的工具,它通过分析地下岩石中声波的传播速度和衰减情况,来获取地层的物理性质和构造特征。

随着石油勘探开发的不断深入和技术的不断进步,现代声波测井技术已经取得了显著的进展和突破,为油气勘探提供了更加准确、全面的地质信息,也为油气田的开发和管理提供了重要的技术支持。

本文将重点介绍现代声波测井技术的发展特点及其应用前景。

一、现代声波测井技术的发展历程声波测井技术最早可以追溯到20世纪30年代,当时使用的是声音谱仪进行声波信号的测量和分析。

随着地球物理探测技术的不断发展,声波测井技术逐渐从原始的声音谱仪发展为现代的数字化声波测井技术,包括全波形记录、多波束传播、多次波解释等一系列先进技术。

在数字化声波测井技术的基础上,又发展出了多学科融合技术,如声波测井资料与地震资料的联合解释与研究,从而进一步提高了声波测井技术的应用价值和可靠性。

现代声波测井技术主要通过井下测井仪器对地下岩石中的声波信号进行接收和处理,获取地层的声波传播速度、频散特性、衰减系数等参数,并通过地质筛选、数据处理、解释分析等过程,提取出地层的物性参数,为油气勘探和开发提供客观、全面的地质信息。

声波测井技术的主要原理包括声波的传播和接收、地层参数的相互关系、声波资料的软硬件系统等。

1. 高精度和高分辨率现代声波测井技术借助于数字化信号处理和多学科融合技术,可以实现对井下地层的高精度和高分辨率的测量和分析。

通过全波形记录和多波束传播技术,可以获取更加精密的声波资料,为地层参数的精确解释提供了基础。

2. 多参数多尺度测量现代声波测井技术不仅可以获取地层的声波传播速度和频散特性,还可以获取地层的衰减系数、孔隙度、含油饱和度等多种物性参数,从而为油气勘探提供了更加丰富的地质信息。

现代声波测井技术也可以实现对地层的多尺度测量,从井眼尺度到地层尺度,为油气勘探和开发提供了更全面的地质信息。

随钻测井技术进展和发展趋势

随钻测井技术进展和发展趋势

随钻测井技术进展和发展趋势随钻测井技术进展和发展趋势作为油气勘探的重要手段之一,测井技术具有分辨率高、连续性强、节约成本等优势。

随着油气勘探开发向着更深更复杂储层的推进,常规测井技术逐渐难以满足当前地层评价的需求。

对此,越来越多的石油公司和服务公司致力于改进、提升测井探测和评价能力。

下面是小编整理的随钻测井技术进展和发展趋势,欢迎阅读与收藏。

随钻测井技术进展和发展趋势篇1[摘要]石油测井技术主要用于地下油气层的勘察,并对油气层的变化情况进行实时监控。

随着我国科学水平的不断提高和石油勘探事业的快速发展,测井技术也在不断提高,目前已经成为一种比较成熟,并且具有多样化特征的技术手段。

本文就从石油测井技术的现状出发,对它的未来发展趋势进行探讨。

[关键词]测井,技术现状,发展趋势1927年,法国的斯伦贝谢公司开发出测井技术。

而我国于1939年将它正式应用到石油工业当中。

历经几十年的发展,测井技术从最初的模拟测井逐渐发展为后来的数字测井、数控测井、成像测井等。

目前,该项技术已被列为石油十大学科之一,已广泛应用于油气田的整个勘探、开发过程中。

另外,测井技术不仅能应用于油气田的开发利用,还被广泛应用到对煤炭、金属等矿产资源的勘探中。

1测井技术现状分析1.1电法测井电法测井是通过井下测井仪器向地层发射一定频率的电流测量地层电位,从而得到地层电阻率的测井方法(如地层倾角测井、侧向测井、感应测井等),还包括向地层发射电流测量地层自然电位的测井方法。

1.2放射性石油测井技术放射性石油测井技术又被称作核测井技术。

其具体形成原理是通过研究地层岩石见空隙流体的核物质性质,探测油气储备的一种石油测井技术。

根据所使用的放射源或者测量的放射性物质和所研究的岩石性质,核测井技术可分为,伽马测井技术和中子测井技术。

伽马测井技术是以伽马射线为基础的核测井技术。

中子测井技术是通过对岩石及空隙流动体与中子间的相互作用为基础的核石油测井技术。

声波测井原理

声波测井原理

声波测井原理声波测井是一种利用声波在地层中传播的特性来获取地层信息的技术手段。

声波测井可以提供地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数,对于油气勘探和开发具有重要意义。

声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程,下面将对声波测井原理进行详细介绍。

首先,声波测井是利用声波在地层中传播的速度来获取地层信息的。

声波在地层中传播的速度与地层的物性参数有密切的关系,不同类型的地层对声波的传播速度有不同的影响。

通过测量声波在地层中的传播速度,可以推断出地层的孔隙度、渗透率等参数。

其次,声波测井是利用声波在地层中的反射和折射来获取地层信息的。

当声波遇到地层界面时,会发生反射和折射现象,根据反射和折射的规律,可以推断出地层的厚度、岩性等信息。

通过分析反射和折射的特征,可以识别出地层中的油气层、水层等目标层位。

另外,声波测井是利用声波在地层中的衰减来获取地层信息的。

声波在地层中传播时会发生衰减,衰减的程度与地层的渗透率、孔隙度等参数有关。

通过测量声波的衰减情况,可以推断出地层的渗透率、孔隙度等信息。

总的来说,声波测井原理是利用声波在地层中传播的速度、反射和折射、衰减等特性来获取地层信息的。

通过对声波在地层中的传播过程进行分析和解释,可以揭示地层的内部结构、物性参数等重要信息。

声波测井技术在油气勘探和开发中具有重要的应用价值,对于提高勘探开发效率、降低勘探风险具有重要意义。

综上所述,声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程,通过对声波在地层中的传播速度、反射和折射、衰减等特性进行分析,可以获取地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数。

声波测井技术是一种重要的地球物理勘探手段,对于油气勘探和开发具有重要意义。

希望本文能够对声波测井原理有所了解,并对相关领域的研究工作有所帮助。

石油课堂声波测井的原理及技术方法(建议收藏)

石油课堂声波测井的原理及技术方法(建议收藏)

⽯油课堂声波测井的原理及技术⽅法(建议收藏)声波在不同介质中传播时,其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。

声波测井就是以介质声学特性为基础,研究钻井地质剖⾯、评价固井质量等问题的测井⽅法。

声波测井分为声速测井和声幅测井。

声速测井测量地层声波速度。

地层声波速度与地层岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。

根据地层声波速度,可确定地层孔隙度、岩性、孔隙流体性质。

第⼀节岩⽯的声学特性声波是⼀种机械波。

根据声波频率声波分为:次声波(频率低于20Hz);可闻声波(20Hz⾄20kHz);超声波(频率⼤于20kHz)。

⼀、岩⽯的弹性1、弹性⼒学的基本假设1)、物体是连续的,即描述物体弹性性质的⼒学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数;2)、物体是均匀的,即物体由同⼀类型的均匀材料组成,在物体中任选⼀个体积元,其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同;3)、物体是各向同性的,即物体的性质与⽅向⽆关;4)、物体是完全线弹性的,在弹性限度内,物体在外⼒作⽤下发⽣弹性形变,取消外⼒后物体恢复到初始状态。

应⼒与应变存在线性关系,并服从⼴义胡克定律。

满⾜以上基本假设条件的物体称为理想完全线弹性体,描述介质弹性性质的参数为常数。

当外⼒取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。

声波测井中声源发射的声波能量较⼩,作⽤在地层上的时间也很短,所以可以把岩⽯看作弹性体。

因此,可以⽤弹性波在介质中的传播规律研究声波在岩⽯中的传播特性。

在均匀⽆限⼤的地层中,声波速度主要取决于声波类型、地层弹性和密度。

⼀般⽤下述⼏个弹性参数描述岩⽯的弹性性质。

2、弹性⼒学参数1)、应⼒与应变物体在外⼒作⽤下发⽣弹性形变的同时,在物体内部产⽣的抵抗其形变的⼒称为内⼒。

作⽤在单位⾯积上的弹性内⼒称为应⼒。

根据应⼒⽅向与作⽤⾯法向的关系,应⼒分为:(1)、平⾏于体积元各⾯法向的应⼒称为正应⼒;(2) 、垂直于体积元各⾯法向的应⼒称为切应⼒。

在外⼒作⽤下,若弹性体内的任意体积元发⽣体积变化,⽽边⾓关系不变,则称此形变为体形变。

声波测井文档

声波测井介绍声波测井是一种地球物理测井技术,通过发送声波信号,并根据信号的传播特性来获取地下地层的物理特征和构造信息。

声波测井的主要应用领域包括石油勘探、地质工程和地下水资源评价等。

在石油勘探领域,声波测井被广泛用于获取地下岩石的弹性属性,从而识别含油气层和评估油气储量。

声波测井的原理是利用声波在地层中传播的速度和振幅变化,分析得到地层的波速、密度等信息,进而推断地层的岩性和孔隙度等。

声波测井原理声波测井使用的是通过固体或流体介质中传播的声波信号。

在声波测井过程中,仪器向井中发送声波信号,然后接收并分析回波信号。

通过分析回波信号的传播时间、振幅和频率等属性,可以获得地层的物理特性。

声波在地层中的传播速度取决于地层的密度和弹性模量。

当声波从一种介质传播到另一种介质时,会发生折射和反射。

这些反射和折射的现象可以用来推断地层的变化,如岩性、孔隙度和饱和度等。

声波测井主要使用两种传播模式:纵波和横波。

纵波是沿着传播方向的压缩波,而横波是垂直于传播方向的波动。

纵波的传播速度比横波大,因此在实际测井中,主要使用纵波进行测量和分析。

声波测井仪器声波测井仪器通常由发射器、接收器和数据记录系统组成。

发射器用于产生声波信号,而接收器则用于接收回波信号。

数据记录系统用于存储和分析测量数据。

声波测井仪器的功能包括:1.发射声波信号,产生刺激并激发地层回波。

2.接收回波信号并转换为电信号。

3.对接收到的信号进行放大和处理。

4.记录和存储测量数据,并进行实时分析和解释。

现代的声波测井仪器通常可以进行多频段的测量,以获取更详细和准确的地层信息。

同时,一些高级仪器还具备图像处理功能,可以生成地层的可视化图像。

声波测井应用1.石油勘探:声波测井在石油勘探中起着重要的作用。

通过分析地层的声波传播特性,可以确定油气层的位置和性质,为油井的钻探和开发提供依据。

2.地质工程:声波测井用于地质工程中的岩石力学和岩层稳定性评估。

通过测量地层的声速和密度等特性,可以判断地层的强度和稳定性,为工程建设提供指导。

随钻测井

内容摘要摘要:随钻测井是在钻开地层的同时实时测量地层信息的一种测井技术,自1989年成功投入商业应用以来得到了快速的发展,目前已具备了与电缆测井对应的所有技术,包括比较完善的电、声、核测井系列以及随钻核磁共振测井、随钻地层压力测量和随钻地震等技术,随钻测井已成为油田工程技术服务的主体技术之一。

随钻测井(LWD)技术的萌芽只比电缆测井晚10年。

由于基础工业整体水平的制约,随钻测井技术在前50多年发展缓慢。

其业务收入和工作量快速增长。

勘探开发生产的需要仍是随钻测井继续发展的强劲动力。

作为一种较新的测井方法,随钻测井技术仍有许多有待发展和完善的方面,尤其是数据传输技术、探测器性能、资料解释和评价等。

关键词:随钻测井 LWD 研究进展第一章随钻测井技术现状迄今为止,随钻测井能提供地层评价需要的所有测量,如比较完整的随钻电、声、核测井系列,随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。

有些LWD 探头的测量质量已经达到或超过同类电缆测井仪器的水平。

1.1随钻测井数据传输技术多年来,数据传输是制约随钻测井技术发展的“瓶颈”。

泥浆脉冲遥测是当前随钻测量和随钻测井系统普遍使用的一种数据传输方式。

泥浆脉冲遥测技术数据传输速率较低,为4~10 bit/s,远低于电缆测井的传输速率,这种方法不适合欠平衡水平井钻井。

电磁波传输数据的方法也用于现场测井,但仅在较浅的井使用才有效。

哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为10Hz,在无中继器的情况下传输距离约10000 ft。

此外,声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。

1.2随钻电阻率测井与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为侧向类和感应类2类。

侧向类适合于在导电泥浆、高电阻率地层和高电阻率侵入的环境使用,目前的侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯伦贝谢公司的钻头电阻率仪RAB及新一代仪器GVR。

GVR使用56个方位数据点进行成像,图像分辨率比RAB有较大提高。

声波测井技术与方法浅论

声波测井技术与方法浅论声波测井技术是油田地质勘探和油藏评价中常用的一种方法。

通过测量地下岩石中声波的传播速度和衰减程度,可以确定地下岩石的物理特性和岩性,从而推断出储层的含油性、渗透性和饱和度等重要参数,为油田开发与管理提供了重要的依据。

本文将对声波测井技术的原理、方法和应用进行浅论。

声波是一种通过介质传播的机械波,其传播速度和衰减程度受到介质性质的影响。

在地下岩石中,声波的传播速度和衰减程度受到地层岩石的密度、弹性模量和泊松比等因素的影响。

通过测量地下岩石中声波的传播速度和衰减程度,可以获得地层岩石的物理特性信息。

声波测井技术主要分为三类:传统声波测井、全波形声波测井和多次反射声波测井。

传统声波测井主要测量地下岩石中声波的传播速度和衰减程度,通过计算得到地层的岩石物性信息。

全波形声波测井则可以记录地下岩石中完整的声波信号,通过分析声波波形信息,可以获得更详细的地层物性信息。

多次反射声波测井则利用地下岩石中声波的多次反射和散射,通过分析多次反射和散射的声波信号,可以获得更深入的地层信息。

声波测井技术在油田地质勘探和油藏评价中具有广泛的应用。

在地质勘探中,声波测井可以帮助确定地层的层位、厚度和边界,并判断储层的连通性。

在油藏评价中,声波测井可以帮助确定储层的物理特性和岩性,评估储层的含油性、渗透性和饱和度等重要参数。

声波测井还可以用于判断地层的裂缝发育情况和地应力状态,对油藏的稳定性和开发方案提供指导。

声波测井技术也存在一些限制和挑战。

声波测井依赖于地层岩石的物理特性,对岩石的饱含状况和胶结物质的影响较为敏感,因此在化学腐蚀作用较大的含水含盐环境中的应用受到限制。

声波测井技术对地下岩石的水饱和情况和裂缝发育情况较为敏感,对于储层性质复杂或存在非均质性的地层,测井结果可能存在一定的误差。

声波测井技术的数据解释和处理也需要高水平的专业知识和经验。

声波测井技术与方法浅论

声波测井技术与方法浅论声波测井技术是油气勘探中常用的一种地球物理测井方法。

它利用地震波在地下介质中传播的特性,通过测量地下介质中的声波速度和衰减等参数来识别和评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数。

本文将对声波测井技术与方法进行浅论。

声波测井技术主要分为两类,即测井正问题和测井反问题。

测井正问题是指通过已知的地震波源和地震接收器阵列,测量地震波在地下传播的特性,如传播速度、振幅、频谱等,然后根据测量数据推断地下岩性、构造等信息。

而测井反问题则是根据地下介质的物理特性,如岩性、孔隙度、渗透率等,来预测地震波在地下传播的特性,从而反推出地震波传播的速度、振幅、频谱等信息。

声波测井主要应用了地震学原理和弹性波理论。

地震学原理是研究地震波在地下传播的学科。

通过分析地震波的传播特征,可以推断地下岩性、裂缝、韧性层等信息。

而弹性波理论则是研究介质中弹性波传播特性的理论基础。

通过研究声波在弹性介质中的传播特性,可以推断介质的弹性模量和密度等参数。

声波测井技术主要有两种方法,即测井法和地面震源测井法。

测井法是通过在井中放置声波源和接收器,测量地震波在地下传播的速度和振幅等参数。

地面震源测井法则是通过在地面放置震源,通过监测地下接收器记录的地震波数据,推断地下岩性和构造等信息。

声波测井技术的应用非常广泛。

在油气勘探中,通过声波测井技术可以评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数,从而指导钻井和生产。

此外,声波测井技术也可以用于地下水资源的勘探和开发,以及地质灾害的预测和评价等领域。

总之,声波测井技术是一种常用的地球物理测井方法,在油气勘探和地下水资源开发等领域有着重要的应用价值。

随着测井设备和技术的不断发展,声波测井技术将会越来越精确和高效,为油气勘探和地下资源开发提供更好的技术支持。

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随钻声波测井技术综述随钻测井的研究从20世纪30年代开始研究,在1978年研究出第一套具有商业价值的随钻测井仪器。

在那以后,随钻测井在国外取得迅速发展并获得广泛应用,我国对随钻测井的重视达到了前所未有的程度。

随钻声波测井也是如此。

1发展随钻测井的意义和随钻声波测井发展现状随钻测井(LWD)是近年来迅速崛起的先进技术。

它集钻井技术,测井技术和油藏描述等技术于一体,在钻井的同时完成测井作业,减少了钻机占用井场的时间,从钻井测井一体化中节省成本[1]。

跟常规电缆测井相比,除了节省成本外,随钻测井有如下优势:(1)从测量信息上讲,随钻测井是在泥浆尚未侵入或者侵入不深时测量地层信息,泥饼和冲洗带尚未形成,所测得到的曲线更加准确,更能反映原始地层的真实信息,如声波时差等。

(2)从对钻井的指导作用来讲,随钻测井可以提前检测到超压地层,以指导钻井泥浆的配制,提高钻井安全系数。

它也可以根据测井信息,分析出有利的含油气方向,确定钻井方向,增强地质导向功能。

(3)从适应环境上讲,在大斜度井,水平井或特殊地质环境(如膨胀粘土和高压地层),电缆测井困难或者风险大以致不能进行作业时,随钻测井可以取而代之。

目前在海上,几乎所有钻井活动都采用随钻技术[2]。

正因为这些优点,作为随钻测井的重要组成部分的随钻声波测井近年来也获得了巨大的发展。

总体而言,国外无论在随钻声波测井的基础理论研究方面还是在仪器研发方面都比较成熟,而国内近年来也对随钻声波测井的相关难题进行了大量的工作。

具体而言,从上世纪90年代起,贝克休斯、哈里伯顿、斯伦贝谢三大公司就率先开始了随钻声波测井的研究,并逐渐占领随钻测井的国际市场份额。

APX随钻声波测井仪,CLSS随钻声波测井仪,sonicVISION随钻声波测井仪的相继出现,更加巩固了他们的垄断地位。

在国内,鞠晓东,闫向宏[等人在随钻测井数据降噪[3],存储[4],压缩[5],传输特性[6]和电源设计[7]等方面做出了大量的工作。

车小花[7],苏远大[8]等人对隔声体设计的隔声效果和机械强度分析进行了数值模拟和实验。

此外,唐小明,乔文孝,王海澜等人在随钻声波测井基础理论研究方面做了许多有益的探索。

2随钻声波测井仪工作原理和技术性能目前国际上主要的随钻声波测井仪有贝克休斯的APX,哈里伯顿的CLSS和斯伦贝谢的sonicVISION。

以贝克休斯的APX测井仪为例,介绍一下仪器工作原理和结构。

APX测井仪的结构如下图1所示。

从右到左由上部短节,声源电子线路部分,全向声源,声波隔离器,接收器阵列,接收器电子线路部分,下部短节等组成,全长9.82m (32.3ft),其中声波测量点到底部短节的距离为 2.83m(9.3ft),最短源距为 3.26m (10.7ft)。

其工作原理为:位于钻铤上部的声源发射器以最佳频率向井眼周围地层发射声能脉冲,在沿井壁及周围地层向下传播的过程中被阵列接收器接收到首播信号,接收信号后,系统首先用先进的嵌入式技术,将接收到的声波模拟信号转换成数字信号,并采用有限元等方法将数字信号转换为声波时差(data)值。

最后将原始声波波形数据和预处理的声波波形数据存储在精心设计的高速存储器内或者以实时方式通过钻井液脉冲遥测技术传输到地面[9]。

该仪器的主要技术性能介绍如下:(1)全向发射器该仪器使用一组圆柱形压电晶体,对井眼和周围地层提供360°的覆盖,其声源可以在10-18000Hz频率范围内调频,并可以以单极子和偶极子发射(2)全向接收器阵列6乘4接收器阵列,间距为228.4mm。

接收器阵列与声源排成一条直线,以实现径向多极子声源激发。

(3)隔声带避免声波从仪器的发射器直接向接收器传播。

APX的隔声带设计为3m,其有多频调节的功能,信号隔声能力可达-40dB,隔声效果极好。

(4)接收器该仪器的声源具有优化发射频率功能,其接收器有几个比仪器本身低很多的波段,可以显著减少接收器和钻杆连接的干扰。

在关掉发射源的情况下,该仪器测到的信号主要是低于5kHz的PDC钻头噪声。

(5)用于噪声探测的加速度计在接收器上安装了3个加速度计,用来捕捉钻井液流动和钻进时钻柱振动产生的噪声,然后通过优化滤波技术提取地层新号(6)四极子波技术首次采用四极子波发射技术,同时兼容单极子和偶极子的信号发射与接收。

这种多组合发射器使仪器对不同地层,采用不同的测量模式,有更好的实用性[10]。

下表1[10]将国外主要的三大随钻仪器的性能做了对比。

从表中,我们可以看出,斯伦贝谢的sonicVISION和贝克休斯的APX仪器功能非常类似,二者又优于哈里伯顿的CLSS 仪器。

3发展随钻声波测井的关键技术和现有解决方法及问题王国平[11]统计了90年代以来随钻声波测井技术专利数据,指出随钻声波测井技术目前正处于发展成熟期,技术创新活动主要集中在压电元件改进及材料研究,声波换能器及声系改进,隔声体结构设计及材料研究,井下波形处理及数据采集处理方法等方面。

而这几点,也这是目前发展随钻测井的关键和难点所在。

3.1 随钻测井基本理论研究由于钻铤的存在占用了井眼的大部分空间,恶劣的钻井环境等因素严重影响声波的传播特征,因而不能将常规电缆测井的方法和结论直接应用到随钻声波测井上。

目前研究表明:在快地层纵波测量中,钻杆波起致命的干扰作用,通过设计隔声体可以解决;在慢底层纵波测量中,有可能能利用漏能P波计算地层纵波速度;偶极子技术在随钻测井中由于钻杆的存在而受限;四极子随钻声波测量时,低频段不存在沿钻杆传的钻杆波[1]。

此外,还需要确定最佳的源距,发射频率等参数。

这样一系列的研究是研制随钻测量系统的关键,仪器研发的先导。

3.2随钻声波测井中降噪方法和隔声体设计研究随钻测井中,对采集到的声波信号产生影响的噪声源主要有两大类:一个是井下钻井环境产生的噪声,另一个是电子器件产生的电子噪声。

由于两种噪声产生的机制不同,其对应的降噪方法也不同。

针对电子噪声,鞠晓东等人提出了一种基于V系统的声波信号数据降噪算法,该算法通过对声波信号进行V系统变换,然后将高频成分消除,反变换后得到降噪后的声波信号[3]。

在钻井环境中,钻头,井底钻具组合,井内流动的泥浆都是噪声源,其中钻杆波对单极子和偶极子的测量影响巨大。

这些噪声在相干性、能量、延迟、频率、衰减特征等方面表现出独特的特性。

这类噪声可以有两种方法进行降噪:一种是利用在仪器上设计隔声体进行降噪;另一种是利用电子线路构成带通滤波器进行降噪。

后一种降噪的原理是基于钻井噪声的主要成分都是低频的,在1~4kHz范围内,若使用5~25 kHz的带通滤波器,则可以去掉环境噪声[3]。

而实际仪器设计中,更多的是从设计隔声体角度进行降噪,以此来消除钻杆波对纵波的覆盖。

隔声体的设计一般由两种方式,其一是在传感器和钻杆之间设置隔声体,将地层波和仪器波解耦;其二是在发射器和接受器之间设置隔声体来衰减钻杆波的幅度,或改变钻杆波的幅度和传播路径。

对隔声体设计的研究,国内外都做了大量的工作。

在国外,Aron(1994年),Leggett(2001年)等人先后用在传感器旁放隔声装置和周期性刻槽的方法,将钻杆波衰减到15-60dB[1]。

在国内,苏远大等人通过有限元数值计算,指出凹槽槽深、过渡弧半径、凹槽圆心角对隔声体的机械强度影响最大,必要选择合适的凹槽参数,既满足钻井工程对强度的要求,又满足隔声体对钻杆波的隔声效果[9]。

车小花等人也通过有限差分法得出,周期性交错排列的凹槽结构的隔声体在测量地层纵波时有良好的效果[8]。

3.3随钻声波测井中的数据存储,压缩和传输随钻声波测井数据量大,同时需要兼顾分辨率和实时性,这就给数据的传输和存储带来了巨大的挑战。

按照测量信息传输载体的差异,随钻数据传输可分为以下五种:泥浆脉冲传输技术、电磁传输技术、智能钻杆传输技术、光纤传输和声波传输技术。

各种数据传输技术性能上的主要区别表现在数据传输速率和地面与井下的双向通信能力。

其中,泥浆脉冲传输技术是目前随钻过程中普遍采用的一种数据传输方式,其最高传输速率只能达到4~10 bit/s,在一定程度上满足了实时数据传输的需要。

智能钻杆传输随钻测量数据的理论传输速率高达2 M bits/s。

光纤遥测技术能以大约每秒 1Mbit/s 的速率传送数据[。

过低的泥浆脉冲遥传数据率的一个不利影响是降低了钻井作业进度,增加了作业费用。

所以有必要在这方面作出改进。

要提高随钻声波测井的数据传输质量和效率,国内外从研究新的传输载体和减少传输量两个方面作出了巨大的努力。

其中,国外对这两方面的改进已经取得重大进展。

他们把需要实时处理的声波信息通过泥浆脉冲遥传到地面,而把大量处理结果和原始波形数据先暂时存储在高效存储器中,这样就减少了传输量。

与此同时,他们不断致力于研究光纤,智能钻杆等载体,以期提高随钻声波测井数据的传输速率。

在国内,肖红兵等人(2009年)采用NAND FLASH 芯片作为非易失数据存储,通过对NAND FLASH接口电路和存储程序的合理设计,实现了随钻声波测井的数据存储功能[4]。

李传伟等人(2008年)在分析随钻声波测井信号特征的基础上,建立了基线和波形相结合的分段压缩模型,提出了预测编码与小波变换相结合的波列数据实时在线压缩算法,解决了随钻测井数据传输率低对随钻声波推广的瓶颈,具有广阔的应用前景[5]。

另外,闫向宏等(2010年)对随钻数据声波传输技术进行了数值模拟,取得一定结果。

3.4随钻声波供电电源和换能器的研究国外随钻测井仪器一般采用泥浆发电机和高温锂(Li)电池供电,由于技术原因,目前国内随钻测井仪器仍然采用高温锂电池供电,一般采用多节锂电池串联组成电池短节。

由于安装空间限制,电池短节不能做得太长,因此其能量有限,持续供电时间短,无法满足实际钻井需要[7]。

鞠晓东等人(2009年)提出,在保证地层分辨率的前提下,随钻声波测井仪可以采用间歇工作方式,这样就能够降低系统的平均功耗,大幅度提高电源的工作寿命,并实现了供电电源的控制,保证了仪器能够根据测量需要可靠地开启和关断。

由于随钻测井是在钻进过程中进行测井的,钻杆的剧烈震动,井壁的摩擦等恶劣环境要求换能器要有良好的机械性能。

另外,钻遇地层的复杂性和不确定性,使换能器随时要经受高温高压的考验,因此仪器必须要有良好的稳定性。

换能器的发展是制约随钻测井向更深度发展的重要因素。

4随钻声波测井的应用随钻声波测井仪和常规电缆测井仪的工作原理大致相同,只是在地层蚀变前进行的实时测井,能得到更加准确的和实时的t 值。

随钻声波测井的信息主要用于:地层孔隙度的计算,地震资料时深转换与合成地震记录,岩石机械特性分析,岩性识别,气层识别,与常规测井资料做相关分析对比等[12]。

随钻声波测井与其他随钻方法相比,最特别之处在于可以较准确地预测超压地层和进行岩石机械特性分析。

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