一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法及裝置，該方法包括：相控圓弧陣中的各接收換能器分別接收聲波信號；按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到；通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定聲波信號的入射方位。本發(fā)明是利用接收子陣的輸出波形信號來確定聲波信號的入射方位，由于接收子陣的輸出波形信號比傳統(tǒng)的單極子換能器或圓弧陣中的任意單個接收換能器所接收聲波信號的聲束主瓣角寬都窄，本發(fā)明能夠從根本上提高井下聲學測量的方位分辨率和信噪比，并可以確定聲波的入射方位。
【專利說明】—種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油地球物理勘探領域，具體地，涉及一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著石油勘探、開采難度的不斷加大，對低孔、低滲、非均質(zhì)等復雜地層中的油氣藏分布規(guī)律和剩余油分布規(guī)律的研究成為持續(xù)關注的課題，對新的勘探方法和勘探技術的需求日益迫切。石油工業(yè)中廣泛使用的聲波測井儀器在地層評價中發(fā)揮著重要作用，而從聲波測井技術的發(fā)展不難看出，換能器技術的發(fā)展和聲波測井儀器的進步息息相關。換能器作為測井儀器的核心部件之一，其種類和工藝的進步可以提高資料質(zhì)量甚至帶來聲波測井儀器的更新?lián)Q代。
[0003]目前油田廣泛使用的聲波測井儀器的換能器依然主要采用單極子、偶極子、正交偶極和四極子等振動模式，這一類儀器統(tǒng)稱為多極子聲波測井儀器。單極子聲波測井使用了對稱振動聲源，無法評價地層沿井圓周方向變化的特性，不具備周向方位分辨能力。而偶極子和四極子聲波測井通過分別在充液井眼中激勵彎曲波和螺旋波來近似測量地層的橫波波速、確定地層最大和最小水平主應力方向，測量結(jié)果有一定的方位分辨能力。實際上，偶極子和四極子聲波測井只能用于評價對稱軸沿水平方向的橫向各向同性(HTI)地層、確定快慢橫波面的方位。偶極橫波遠探測測井也是利用井中的偶極聲源對井旁的小地質(zhì)構(gòu)造進行成像，其方位分辨能力也會受到偶極子聲源指向性的限制。
[0004]喬文孝等人在聲波測井相控線陣方面開展了大量的基礎研究工作，這些研究結(jié)果表明在聲波測井中應用相控線陣可以明顯提高測量信號的信噪比。中國石油大學(北京)與中國石油集團渤海鉆探大港油田測井公司合作，成功地把相控線陣聲波輻射技術應用到遠探測反射聲波成像測井儀中，應用實例表明該技術能夠識別井旁10米左右的高角度裂縫等。但相控線陣聲波輻射器與單極子聲源類似，其輻射聲場也同樣具有軸對稱性，這導致測量結(jié)果也不具有方位分辨能力。為了實現(xiàn)具有方位分辨能力的聲波測井，喬文孝等人提出聲波測井相控圓弧陣方案并對其輻射指向性和在井內(nèi)、外產(chǎn)生的聲場進行了研究。一系列的研究結(jié)果表明，相控圓弧陣聲源能夠向某一側(cè)井壁定向輻射聲波，而且該聲源具有良好的周向指向性函數(shù)，結(jié)合先進的井下電子技術還可以使得相控圓弧陣向周向依次掃描輻射聲場。在實驗室進行的大量研究的基礎上，相控圓弧陣發(fā)射換能器已經(jīng)開始應用到新研制的儀器中，成功地取得了 12 口井的現(xiàn)場測量資料。利用相控圓弧陣作為聲波輻射器可以使聲波向周向方向定向輻射聲波，但這種換能器應用到井下儀器中時，無論是在聲源的結(jié)構(gòu)、聲源激勵和控制電路、井眼中的波動模式及其所攜帶的信息和反演方法等方面都具有前所未有的復雜性和挑戰(zhàn)性。從發(fā)射換能器角度考慮相控圓弧陣聲波輻射器可以實現(xiàn)方位發(fā)射，向井壁定向輻射聲波進而評價井外某一周向范圍內(nèi)的地層性質(zhì)。而從接收換能器角度考慮，比如斯倫貝謝的Sonic Scanner儀器使用了沿一個圓周等間距分布的8個接收換能器，其工作方式是8個接收換能器獨立接收聲波信號，該儀器雖具有一定的周向分辨能力，但不足之處在于沒有對同一個圓周上的各個接收換能器所接收的信號進行以提高方位分辨率和信噪比為目的的運算，沒有把這方面的潛力充分發(fā)掘出來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例的主要目的在于提供一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法及裝置，以提供一種具有該方位分辨率的周向定向聲波接收技術。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法，包括:
[0007]相控圓弧陣中的各接收換能器接分別收聲波信號；所述相控圓弧陣由按圓周均勻排列且相互之間聲電隔離的多個接收換能器組成，且所述相控圓弧陣包括多個接收子陣，所述接收子陣由所述相控圓弧陣中的多個相鄰接收換能器組成；
[0008]按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到；
[0009]通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定所述聲波信號的入射方位。
[0010]相應的，本發(fā)明還提供一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收裝置，包括:
[0011]相控圓弧陣，由按圓周均勻排列且相互之間聲電隔離的多個接收換能器組成；所述相控圓弧陣包括多個接收子陣，所述接收子陣由所述相控圓弧陣中的多個相鄰接收換能器組成；所述相控圓弧陣用于通過各接收換能器分別接收聲波信號；
[0012]輸出波形信號計算模塊，用于按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到；
[0013]入射方位確定模塊，用于通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定所述聲波信號的入射方位。
[0014]借助于上述技術方案，本發(fā)明將相控圓弧陣劃分為多個接收子陣，每一接收子陣由多個相鄰的接收換能器組成，針對每一接收子陣，對其中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理，計算得到該接收子陣的輸出波形信號，進一步，通過對所有接收子陣的輸出波形信號進行幅度統(tǒng)計，就可以確定聲波信號的入射方位。本發(fā)明是利用接收子陣的輸出波形信號來確定聲波信號的入射方位，由于接收子陣的輸出波形信號比傳統(tǒng)的單極子換能器或圓弧陣中的任意單個接收換能器所接收聲波信號的聲束主瓣角寬都窄，因此，相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明能夠從根本上提高井下聲學測量的方位分辨率和信噪比，并可以確定聲波的入射方位。相對于八單元獨立接收單元方案，本技術具有更高的方位分辨率和接收靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是本發(fā)明提供的基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法流程示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明提供的基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實施例一提供的相控圓弧陣接收聲波信號示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]本發(fā)明提供一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法，如圖1所示，該方法包括:
[0021]步驟S11，相控圓弧陣中的各接收換能器分別接收聲波信號；所述相控圓弧陣由按圓周均勻排列且相互之間聲電隔離的多個接收換能器組成，且所述相控圓弧陣包括多個接收子陣，所述接收子陣由所述相控圓弧陣中的多個相鄰接收換能器組成。
[0022]具體的，相控圓弧陣中包含的多個接收換能器按照圓周均勻排列，相鄰的接收換能器之間聲電隔離，為了描述方便，以下將相控圓弧陣中的每一接收換能器稱之為一個陣元，相鄰的多個陣元可組成一個接收子陣，設相控圓弧陣所包含的接收換能器個數(shù)為N (N為自然數(shù))，即陣元數(shù)目為N，并設相控圓弧陣所包含的接收子陣個數(shù)為S (S為自然數(shù))，每一接收子陣所包含的陣元數(shù)目為M (M為自然數(shù))。
[0023]當聲波信號入射到相控圓弧陣上，相控圓弧陣中的N個陣元同時接收聲波信號，由于相鄰陣元之間聲電隔離，因此該相控圓弧陣共接收到N道獨立的聲波信號，且聲波傳播到各陣元的到達時間不同。
[0024]步驟S12，按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到。
[0025]具體的，本步驟對每一接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理，使得各接收換能器接收到的聲波信號同相位疊加，得到輸出波形信號，由于輸出波形信號是以接收子陣為接收單元，其聲束主瓣角寬比任一單獨接收換能器接收到的聲波信號的聲束主瓣角寬都要窄，因此，本發(fā)明從根本上提高了井下聲學測量的方位分辨率。
[0026]針對各接收子陣計算其對應的輸出波形信號，按照設定的圓周方向(順時針或者逆時針)循環(huán)一周，得到所有接收子陣的輸出波形信號，即完成整個圓周方向的掃描方位接收，形成掃描方位接收陣。
[0027]步驟S13，通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定所述聲波信號的入射方位。
[0028]具體的，對掃描方位接收陣的幅度進行統(tǒng)計，就可以用于判斷出入射聲波的傳播方向。
[0029]在一種較佳的實施例中，本發(fā)明步驟S12中，對接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到輸出波形信號，具體包括如下步驟:[0030]步驟S121，對接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行數(shù)字離散處理，得到離散波形數(shù)據(jù)。
[0031]具體的，該步驟是對各陣元接收的聲波信號進行數(shù)字離散處理，得到離散波形數(shù)據(jù)。對聲波信號進行數(shù)字離散處理為本領域的常用技術，此處不再贅述。
[0032]步驟S122，利用如下公式計算該接收子陣的輸出波形信號:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收方法，其特征在于，包括: 相控圓弧陣中的各接收換能器分別接收聲波信號；所述相控圓弧陣由按圓周均勻排列且相互之間聲電隔離的多個接收換能器組成，且所述相控圓弧陣包括多個接收子陣，所述接收子陣由所述相控圓弧陣中的多個相鄰接收換能器組成； 按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到； 通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定所述聲波信號的入射方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到，具體為: 對所述接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行數(shù)字離散處理，得到離散波形數(shù)據(jù)； 利用如下公式計算該接收子陣的輸出波形信號:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述相位加權(quán)參數(shù)根據(jù)所述相控圓弧陣的圓周半徑及其所包括的接收換能器數(shù)目確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述相控圓弧陣所包含的接收換能器數(shù)目為N，N為自然數(shù)，且N > 8 ; 所述相控圓弧陣所包含的接收子陣數(shù)目為S，S為自然數(shù)，且I < S < N ;


所述接收子陣所包含的接收換能器數(shù)目為M，M為自然數(shù)，且M
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法應用的聲波頻率范圍是6~20千赫茲。
6.一種基于相控圓弧陣的聲波測井方位接收裝置，其特征在于，包括:相控圓弧陣，由按圓周均勻排列且相互之間聲電隔離的多個接收換能器組成；所述相控圓弧陣包括多個接收子陣，所述接收子陣由所述相控圓弧陣中的多個相鄰接收換能器組成；所述相控圓弧陣用于通過各接收換能器分別接收聲波信號； 輸出波形信號計算模塊，用于按照順時針或者逆時針方向，依次計算各接收子陣的輸出波形信號，其中，所述接收子陣的輸出波形信號為對該接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到； 入射方位確定模塊，用于通過對所有接收子陣的輸出波形信號的幅度進行統(tǒng)計，確定所述聲波信號的入射方位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述輸出波形信號計算模塊對所述接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行相控疊加處理得到輸出波形信號時，具體用于: 對所述接收子陣中各接收換能器接收的聲波信號進行數(shù)字離散處理，得到離散波形數(shù)據(jù)； 利用如下公式計算該接收子陣的輸出波形信號:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述相位加權(quán)參數(shù)根據(jù)所述相控圓弧陣的圓周半徑及其所包括的接收換能器數(shù)目確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于， 所述相控圓弧陣所包含的接收換能器數(shù)目為N，N為自然數(shù)，且N > 8 ; 所述相控圓弧陣所包含的接收子陣數(shù)目為S，S為自然數(shù)，且I < S < N ; 所述接收子陣所包含的接收換能器數(shù)目為M，M為自然數(shù)，且
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置應用的聲波頻率范圍是6~20千赫茲。
【文檔編號】E21B49/00GK103603656SQ201310367372
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】車小花, 喬文孝, 鞠曉東, 盧俊強 申請人:中國石油大學(北京)