本發(fā)明涉及石油勘探開發(fā)，主要是關(guān)于石油成像測井，尤其涉及一種多尺度隨鉆聲學成像測井裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、大量水平井、大斜度井不斷出現(xiàn)，加快了頁巖氣、頁巖油、致密氣、致密油等非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的力度和規(guī)模。非常規(guī)油氣資源品位低，儲集層致密，巖性較復雜，薄互層多，且非均質(zhì)性和各向異性強，這些地質(zhì)特征決定了其對測井技術(shù)有著特殊的需求，所采用的測井技術(shù)與常規(guī)油氣資源存在著明顯的差異。常規(guī)油氣測井技術(shù)難以滿足非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的技術(shù)需求，迫切需要發(fā)展非常規(guī)油氣測井新技術(shù)、新方法，以解決非常規(guī)油氣勘探開發(fā)中出現(xiàn)的一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。地層巖性、非均質(zhì)性和巖石脆裂性與地層聲速的特征體現(xiàn)密切相關(guān)，因此地層聲速測井技術(shù)是非常規(guī)油氣測井技術(shù)發(fā)展新方向之一。

2、相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)地層聲速測井技術(shù)雖然具有探測深度深的優(yōu)點，但是存在測量分辨率低的缺陷；而超聲地層聲速測井技術(shù)以超聲波為載體，采用超聲脈沖折射法產(chǎn)生沿井壁地層傳播的地層滑行波，通過采集處理這些滑行波來獲取井壁地層的聲速和衰減等聲學信息，從而可以評價井壁介質(zhì)的彈性參數(shù)、力學特性；領域內(nèi)雖然推出了雙超聲隨鉆成像測井儀器實現(xiàn)高分辨率的地層聲速成像測井，一定程度能夠解決非均質(zhì)薄互儲層精細評價的問題。相比于常規(guī)地層聲速測井，利用超聲地層聲速測井進行非常規(guī)儲層的非均質(zhì)性和各向異性評價能夠有效提高測量分辨率和成像精度，其空間分辨率可以達到毫米級，特別適合評價非常規(guī)儲層的巖石力學特性、井壁地應力分布。然而，超聲地層聲速測井技術(shù)由于工作頻率高、衰減大導致其探測深度淺，僅僅能夠探測井壁介質(zhì)表面區(qū)域，無法探測遠距離地層的聲速信息，存在較大的局限性，不利于描述儲層在橫向上的變化。

3、由此可見，現(xiàn)有的超聲地層聲速測井具有測量分辨率高和成像精度高的優(yōu)點，但存在探測深度淺的缺陷，無論是超聲地層聲速測井還有常規(guī)地層聲速測井，單一的測井信息都無法實現(xiàn)多尺度且高精度的地層聲速信息監(jiān)測，不能完全適應非常規(guī)油氣儲層測井評價的技術(shù)需求。

4、公開于本發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成己為本領域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種多尺度隨鉆聲學成像測井裝置，一方面，提供的多尺度隨鉆聲學成像測井裝置采用了超聲測井聲系來測量近井壁地層的周向聲學特性；另一方面，提供的多尺度隨鉆聲學成像測井裝置采用了偏心聲波測井聲系來測量中遠距離地層的徑向和周向聲學特性；適用于在隨鉆測井條件下對近井壁到中遠距離地層的周向非均質(zhì)性和各向異性進行精細評價以及井外地質(zhì)異常體進行精準探測。在一個實施例中，所述裝置包括：鉆鋌、偏心聲波測井聲系、有源發(fā)收超聲測井聲系、方位檢測模塊和主控電子倉；

2、所述偏心聲波測井聲系、有源發(fā)收超聲測井聲系分別采用嵌入方式設置在所述鉆鋌的相對外側(cè)面；所述鉆鋌采用無磁鉆鋌；

3、所述偏心聲波測井聲系包括偏極子有源發(fā)射器、條帶式有源接收器陣列和隔聲體結(jié)構(gòu)，用于響應于控制指令通過偏心定向發(fā)射和接收模式測量距井壁中遠距離地層的徑向和周向聲學特性；

4、所述有源發(fā)收超聲測井聲系包括上超聲發(fā)射探頭、下超聲發(fā)射探頭、超聲接收器陣列及超聲發(fā)射采集電路，用于通過上下發(fā)射中間補償接收的模式測量近井壁地層的周向聲學特性；

5、所述方位檢測模塊嵌套設置在所述鉆鋌外壁，用于確定實時測量時刻裝置旋轉(zhuǎn)的方位信息；

6、所述主控電子倉嵌套密封于鉆鋌內(nèi)部，分別與所述偏心聲波測井聲系、有源發(fā)收超聲測井聲系和方位檢測模塊通信連接，用于傳達工作指令，并獲取聲波波形、超聲波形和裝置方位信息，以形成近井壁地層和中遠距離地層的聲速成像圖數(shù)據(jù)。

7、優(yōu)選地，一個實施例中，所述偏極子有源發(fā)射器，包含圓弧片狀發(fā)射換能器和高壓激勵電路，用于在井內(nèi)鉆井液中向井外地層發(fā)射聲波脈沖信號；

8、所述條帶式有源接收器陣列與所述偏極子有源發(fā)射器同側(cè)但軸向間隔一定距離，包含多個接收換能器和聲波采集電路，用于在井內(nèi)鉆井液中同步接收從井外地層返回的聲波脈沖全波列波形。

9、一個可選的實施例中，所述條帶式有源接收器陣列的接收換能器均采用矩形板狀接收換能器，所述聲波采集電路設置在相鄰的兩個矩形板狀接收換能器之間，每兩個矩形板狀接收換能器共享一個聲波采集電路。

10、可選地，一個實施例中，通過在偏極子有源發(fā)射器和條帶式有源接收器陣列之間的鉆鋌外壁上開設若干段周期性的凹槽或孔眼，外敷硫化橡膠構(gòu)成所述隔聲體結(jié)構(gòu)。

11、進一步地，一個實施例中，所述有源發(fā)收超聲測井聲系的上超聲發(fā)射探頭和下超聲發(fā)射探頭分別位于有源發(fā)收測井聲系上部和下部，所述超聲接收器陣列和超聲發(fā)射采集電路位于有源發(fā)收超聲測井聲系的中間部位。

12、一個優(yōu)選的實施例中，所述上超聲發(fā)射探頭和下超聲發(fā)射探頭均采用大功率超聲柱狀壓電換能器；

13、所述超聲接收器陣列包含多個軸向等間距排列的接收探頭，接收探頭均采用寬帶高靈敏超聲復合壓電換能器。

14、進一步地，一個實施例中，所述方位檢測模塊包括雙軸磁阻傳感器和檢測電路，嵌套設置在與有源發(fā)收超聲測井聲系同一側(cè)的鉆鋌外壁，通過采集磁工具面角信息以確定實時測量時刻裝置旋轉(zhuǎn)的方位信息。

15、基于上述任意一個或多個實施例中所述裝置的應用方面，本發(fā)明還提供一種多尺度隨鉆聲學成像測井方法，所述方法包括：

16、啟動及自檢步驟：將配置好的多尺度隨鉆聲學成像測井裝置下放到充滿鉆井液的井孔中，響應于地面啟動指令啟動后自動執(zhí)行自檢程序，自檢完成后進入工作模式；

17、多模式檢測步驟：響應于設定的時序指令，交替循環(huán)控制所述裝置在設定的鉆進方位分別啟動偏心聲波測井聲系或有源發(fā)收超聲測井聲系實現(xiàn)聲波或超聲脈沖發(fā)射作業(yè)和對應反射波或折射波信號接收作業(yè)，期間通過方位檢測模塊獲取裝置的方位信息，并將作業(yè)期間的反射波或折射波信號和方位信號傳輸至主控電子倉；

18、聲學信息分析步驟：由主控電子倉讀取聲波全波列波形和超聲脈沖波列，采用多通道波形相似相關(guān)算法分別獲取井外地層和近井壁地層的地層聲學信息，結(jié)合方位信息形成中遠距離地層聲速徑向?qū)游龀上駡D與周向方位成像圖以及近井壁地層聲速周向方位成像圖。

19、進一步地，一個優(yōu)選的實施例中，在所述多模式檢測步驟中，某一時刻，偏極子有源發(fā)射器在井內(nèi)鉆井液介質(zhì)中向鉆鋌一側(cè)的井外地層定向發(fā)射聲波脈沖，聲波脈沖沿井外地層某一方位傳播并不斷地向井內(nèi)鉆井液中折射或反射回來；

20、下一時刻，上、下超聲發(fā)射探頭在井內(nèi)鉆井液中同時向鉆鋌另一側(cè)的近井壁地層發(fā)射超聲脈沖波，超聲脈沖波在近井壁地層某一方位傳播并不斷地向井內(nèi)鉆井液中折射回來。

21、基于上述任意一個或多個實施例中所述方法的其他方面，本發(fā)明還提供一種存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)上存儲有望實現(xiàn)如上述任意一個或多個實施例中所述方法的程序代碼。

22、與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有如下有益效果：

23、本發(fā)明提供的一種多尺度隨鉆聲學成像測井裝置及方法，該裝置在鉆鋌外側(cè)面相對嵌設偏心聲波測井聲系和有源發(fā)收超聲測井聲系；偏心聲波測井聲系包括偏極子有源發(fā)射器、條帶式有源接收器陣列和隔聲體結(jié)構(gòu)，響應于控制指令通過偏心定向發(fā)射和接收模式測量距井壁中遠距離地層的徑向和周向聲學特性；有源發(fā)收超聲測井聲系通過上下發(fā)射中間補償接收的模式測量近井壁地層的周向聲學特性；一方面，采用了超聲測井聲系來測量近井壁地層的周向聲學特性；另一方面，提供的多尺度隨鉆聲學成像測井裝置采用了偏心聲波測井聲系來測量中遠距離地層的徑向和周向聲學特性，且運行過程中不影響無磁鉆鋌的強度和穩(wěn)壓功能；

24、利用方位檢測模塊確定實時測量時刻裝置旋轉(zhuǎn)的方位信息；采用實時測量的旋轉(zhuǎn)方位角結(jié)合聲波測量和超聲測量獲得的反射波或折射波信號，能夠形成所測地層的周向精確聲速測井數(shù)據(jù)，形成周向測井圖像。

25、主控電子倉與各子結(jié)構(gòu)通信連接，傳達工作指令并獲取聲波波形、超聲波形和裝置方位信息，以形成近井壁地層和中遠距離地層的聲速成像圖數(shù)據(jù)；應用該裝置有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中探測范圍小、測量分辨率低、成像精度差及測量信息單一等問題，響應于設置的控制時序指令就能夠自主實現(xiàn)自動測量，實現(xiàn)同步對井下地質(zhì)的非均質(zhì)性和各向異性進行全面精細評價以及對異常體進行精準探測，評價近井壁地層和井外地層的周向非均質(zhì)性和各向異性以及識別井外地層界面、裂縫等地質(zhì)異常體。

26、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。