專利名稱：一種隨鉆聲波測井儀器及測井方法
技術領域：
本發(fā)明涉及隨鉆測井技術，尤其涉及一種隨鉆聲波測井儀器及測井方法。
背景技術：
地震波或聲波在流體飽和的孔隙介質中傳播時，由于固體和液體的雙電層結構，兩層之間產生相對運動并感應出電流，這個過程稱為震電轉換。隨鉆聲波測井是油氣勘探中在鉆開地層的同時實時測量地層聲學特性的一種測井技術，該技術主要采用滑行波測量方式實時測量地層巖石縱橫波傳播速度的變化。測量數據可用于巖性識別、孔隙度計算、巖石力力學參數計算、井眼穩(wěn)定性預測等。圖2、圖3和圖4顯示的是如圖I所示的隨鉆聲波測井儀器其聲源11分別工作于單極模式、偶極模式和四極子模式時，其聲波接收換能器12接收的聲波波形信號。圖5、圖6和圖7顯示的分別為對應的聲源工作于單極模式、偶極模式和四極子模式時的時域相關圖。圖2、圖3及圖4中橫坐標為時間，縱坐標為信號強度；圖5、圖6及圖7中橫坐標為時間，縱坐標為相位速度。由于隨鉆聲波測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很強，沿鉆鋌傳播的直達波會影響到沿地層進行傳播的聲波信號的測量。由圖2、圖3及圖4可見，當聲源工作于單極模式時，聲波接收裝置接收的聲波速度大約為直達波聲速3100米每秒(m/s)，很難得到地層的縱波和橫波速度。當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波，其聲速大約為1000 m/s，無法記錄到以地層橫波聲速傳播的撓曲波。當聲源工作于四極子模式時，聲波接收裝置接收到的信號分為兩部分，包括以鉆鋌縱波速度傳播的鉆鋌直達波和以地層橫波速度傳播的四極子地層波，時域上直達波在前，地層波在后。在隨鉆聲波測井儀器的設計中，最大的技術難點是沿鉆鋌傳播的直達波的消除，通常采用鉆鋌刻槽并鑲嵌重金屬方法實現(xiàn)隔聲要求，但是這樣的設計會損害鉆鋌強度，因此，允許這樣處理的程度十分有限，隔聲效果也不佳，影響測量精度和可靠性。同時這樣的機械加工難度大，加工費用高，導致儀器制造成本高，影響到技術的實際應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服目前采用在鉆鋌刻槽和鑲嵌重金屬來實現(xiàn)隔聲要求所導致的損害鉆鋌強度且隔聲效果有限的不足。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種隨鉆聲波測井方法，包括
產生聲波信號； 采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號。優(yōu)選地，該方法包括
對該震電信號進行處理，獲得地層的聲學參數。
優(yōu)選地，所述對該震電信號進行處理獲得地層的聲學參數的步驟，包括
采用相關法獲得該震電信號的視速度； 根據該震電信號的視速度獲得地層的聲速度；
根據地層的聲速度獲得地層的聲學參數。優(yōu)選地，所述產生聲波信號的步驟，包括
采用脈沖信號或正弦信號激勵產生該聲波信號。優(yōu)選地，所述采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號的步驟，包括
以一個接收電極或者以陣列方式分布的多個接收電極采集該震電信號。本發(fā)明還提供了一種隨鉆聲波測井儀器，包括聲源和接收裝置，其中
聲源用于產生聲波信號；
接收裝置用于采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號。優(yōu)選地，該儀器包括
處理裝置，用于對該震電信號進行處理，獲得地層的聲學參數。優(yōu)選地，該處理裝置包括
第一處理模塊，用于采用相關法獲得該震電信號的視速度；
第二處理模塊，用于根據該震電信號的視速度獲得地層的聲速度；
第三處理模塊，用于根據地層的聲速度獲得地層的聲學參數。優(yōu)選地，激勵裝置，用于采用脈沖信號或正弦信號激勵該聲源產生該聲波信號。優(yōu)選地，該接收裝置包括一個接收電極或者以陣列方式分布的多個接收電極。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的實施例在隨鉆測井儀器上設置聲源和震電接收電極，利用孔隙巖石的震電效應特性，通過測量地層震電信號實現(xiàn)隨鉆條件下地層巖石聲速度測量。本發(fā)明的實施例不需要對設備結構設計隔聲體，儀器結構簡單，測量精度和可靠性高，制作成本低，進而極大優(yōu)化隨鉆聲波測井儀器的結構設計，降低設備制造成本，提高隨鉆聲波測井技術的應用水平。


圖I是目前接收聲波的隨鉆聲波測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的時域相關示意圖。圖6是圖I所示儀器的聲源工作于偶極模式時的時域相關示意圖。圖7是圖I所示儀器的聲源工作于四極子模式時的時域相關示意圖。圖8是水聽器和電信號接收電極沿井孔軸向移動的應用示意圖。圖9是圖8所示應用中水聽器所采集到的聲波信號的到時和到時變化斜率示意圖。圖10是圖8所示應用中電信號接收電極所采集到的震電信號的到時和到時變化斜率意圖。圖11是本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器的組成示意圖。
圖12是圖11所示實施例中聲源工作于單極模式時的震電信號示意圖。圖13是圖11所示實施例中聲源工作于偶極模式時的震電信號示意圖。圖14是圖11所不實施例中聲源工作于四極子模式時的震電信號不意圖。圖15是圖11所示實施例中聲源工作于單極模式時的時域相關示意圖。圖16是圖11所示實施例中聲源工作于偶極模式時的時域相關示意圖。圖17是圖11所示實施例中聲源工作于四極子模式時的時域相關示意圖。
具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。對于金屬，聲波信號并不能感應出震電信號，在多孔介質巖石中，聲波可以感應出震電信號。特別需要指出的是，對金屬材質的隨鉆測井儀器而言，因為金屬為良導體，所以設備整體都保持相同電位，并不能經由聲波信號感應出震電信號。通過在不同介質井孔中進行的震電效應測量可以發(fā)現(xiàn)，聲源在井孔中產生聲場，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驗測量，由于聲源和接收器之間沒有直接連接，所以測量過程中沒有沿井軸方向傳播的直達波，水聽器接收的信號為沿井壁傳播的聲波信號。水聽器和電信號接收電極分別以圖8所示箭頭方向沿著井孔軸向移動，對比水聽器所采集到的如圖9所示的聲波信號和接收電極所采集到的如圖10所示的震電信號的到時和到時變化斜率，可以發(fā)現(xiàn)震電信號是由聲波信號沿著井孔傳播時感應產生，其視速度等于地層中的聲波速度。其中圖9和圖10中，橫坐標為時間，縱坐標為信號強度。另外，震電信號的強度與地層的孔隙度和滲透率有關，對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強度低于低孔隙度低滲透率的巖層，其震電信號強度也高于低孔隙度低滲透率的巖層。如圖11所示，本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器主要包括設置在鉆鋌21上的聲源22和接收裝置23，其中聲源22用于產生聲波信號，聲波信號沿地層和鉆鋌21進行傳播；接收裝置23用于采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號；其中，沿鉆鋌21傳播的聲波信號無法感應出震電信號。本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器可以包括如圖11所示的處理裝置24，該處理裝置24通過電纜和接收裝置23相連接，用于對該震電信號進行處理，獲得地層的聲學參數。該聲學參數比如包括剪切模量、楊氏模量以及巖性等。本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器中，該處理裝置包括
第一處理模塊，用于采用相關法獲得該震電信號的視速度；
第二處理模塊，與第一處理模塊相連，用于根據該第一處理模塊獲得的震電信號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，用于根據第二處理模塊獲得的地層的聲速度獲得地層的聲學參數。本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器可以包括激勵裝置(圖中未示出)，該激勵裝置用于采用脈沖信號或正弦信號激勵該聲源產生該聲波信號。本發(fā)明實施例隨鉆聲波測井儀器中的接收裝置23，可以包括一個接收電極或者如圖11所示的以陣列方式分布的多個接收電極。接收裝置23包含多個接收電極時，可以采用多種陣列方式進行設置。本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測井儀器可以采用單極子聲源產生聲波信號，也可以采用多極子聲源產生聲波信號。圖12、圖13及圖14所示為本發(fā)明實施例的隨鉆聲波測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，記錄的震電信號示意圖。圖15、圖16及圖17所示分別為對應的時域相關圖。圖12、圖13及圖14中橫坐標為時間，縱坐標為信號強度；圖15、圖16及圖17中橫坐標為時間，縱坐標為相位速度。從圖12、圖13及圖14所示的震電信號可以看出，震電信號的幅度由聲波信號的幅·度和電極系周圍的巖石特性共同決定。采用相關法(慢度一時間相關法)對震電信號進行處理，可以求取震電信號的視速度。由圖12、圖13以及圖14可見，在聲源工作于單極模式時，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；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。根據震電信號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波不能感應出震電信號，因此強直達波的影響完全被排除。在圖15、圖16以及圖17顯示的相關圖中，沒有記錄到以視直達波速度傳播的信號。目前通用的隨鉆聲波測井儀器采用滑行波測量方式，但是其不能規(guī)避直達波影響。本發(fā)明的實施例利用震電效應實現(xiàn)的震電信號提取地層聲速，采用的是直接測量震電信號速度的方式。由于震電信號視速度等于地層聲速，這樣間接測量地層聲速可獲得震電信號視速度，可用于巖性識別、孔隙度計算、巖石力力學參數計算、井眼穩(wěn)定性預測等。本發(fā)明的實施例利用震電效應實現(xiàn)多極子隨鉆聲波測井的震電信號提取地層聲速提取算法(慢度一時間相關法)，通過相關分析法對陣列震電信號提取視速度，該視速度等于地層聲速。本發(fā)明的實施例利用震電效應實現(xiàn)多極子隨鉆聲波測井的測井，其儀器一端安裝多極子聲波發(fā)射信號源，在儀器另一端安裝陣列排列的震電信號接收電極，通過激發(fā)聲波信號發(fā)射源在地層中形成聲波信號傳播并形成地層巖石震電效應產生震電信號，使用接收電極采集地層震電信號，經過對震電信號的處理分析，取得所探測地層的多種巖石聲學參數。雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬領域內的技術人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種隨鉆聲波測井方法,包括 產生聲波信號； 采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號。
2.根據權利要求I所述的隨鉆聲波測井方法，其中，該方法包括 對該震電信號進行處理，獲得地層的聲學參數。
3.根據權利要求I所述的隨鉆聲波測井方法，其中，所述對該震電信號進行處理獲得地層的聲學參數的步驟，包括 采用相關法獲得該震電信號的視速度； 根據該震電信號的視速度獲得地層的聲速度； 根據地層的聲速度獲得地層的聲學參數。
4.根據權利要求I或2所述的隨鉆聲波測井方法，其中，所述產生聲波信號的步驟，包括 采用脈沖信號或正弦信號激勵產生該聲波信號。
5.根據權利要求I或2所述的隨鉆聲波測井方法，所述采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號的步驟，包括 以一個接收電極或者以陣列方式分布的多個接收電極采集該震電信號。
6.一種隨鉆聲波測井儀器，包括聲源和接收裝置，其中 聲源用于產生聲波信號； 接收裝置用于采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號。
7.根據權利要求6所述的隨鉆聲波測井儀器，其中，該儀器包括 處理裝置，用于對該震電信號進行處理，獲得地層的聲學參數。
8.根據權利要求6所述的隨鉆聲波測井儀器，其中，該處理裝置包括 第一處理模塊，用于采用相關法獲得該震電信號的視速度； 第二處理模塊，用于根據該震電信號的視速度獲得地層的聲速度； 第三處理模塊，用于根據地層的聲速度獲得地層的聲學參數。
9.根據權利要求6或7所述的隨鉆聲波測井儀器，其中 激勵裝置，用于采用脈沖信號或正弦信號激勵該聲源產生該聲波信號。
10.根據權利要求6或7所述的隨鉆聲波測井儀器，其中 該接收裝置包括一個接收電極或者以陣列方式分布的多個接收電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隨鉆聲波測井儀器及測井方法，克服目前采用在鉆鋌刻槽和鑲嵌重金屬來實現(xiàn)隔聲要求所導致的損害鉆鋌強度且隔聲效果有限的不足，其中該方法包括產生聲波信號；采集該聲波信號在地層中傳播而感應出的震電信號。本發(fā)明的實施例不需要對設備結構設計隔聲體，儀器結構簡單，測量精度和可靠性高，制作成本低，進而極大優(yōu)化隨鉆聲波測井儀器的結構設計，降低設備制造成本，提高隨鉆聲波測井技術的應用水平。
文檔編號E21B47/14GK102720484SQ20121015506
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者仇傲, 劉西恩, 朱正亞, 納菲·托克索斯 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司