專利名稱：用于校準(zhǔn)聲學(xué)接收器的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于在鉆孔中進(jìn)行的聲學(xué)測量研究地表下地層的方法及系統(tǒng)。更加特別地，本發(fā)明關(guān)注用于校準(zhǔn)用來沿鉆孔收集聲學(xué)測量結(jié)果的聲學(xué)接收器的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鉆孔聲學(xué)波的產(chǎn)生和記錄是在油田鉆孔測井中采用的一種關(guān)鍵測量。目前，有多種可供用于進(jìn)行聲學(xué)測量的鉆孔工具和方法。某些工具包括單個(gè)聲波源及兩個(gè)或更多個(gè)接收器，而目前，大多數(shù)工具包括兩個(gè)或更多個(gè)聲源及按陣列排列的多個(gè)接收器。雖然，目前可供利用的聲學(xué)工具對于提供關(guān)于鄰近地層和鉆孔參數(shù)的大量信息是有幫助的，但聲學(xué)鉆孔測量的主要用途在于壓縮波和剪切波地層減慢度的評價(jià)。
壓縮波地層減慢度通常利用經(jīng)第一運(yùn)動檢測法獲得的行進(jìn)時(shí)間來評價(jià)。在現(xiàn)有技術(shù)提出的單個(gè)源、兩個(gè)接收器的工具的情況下，地層減慢度通過將兩個(gè)接收器的到達(dá)時(shí)間之間相減并除以接受器間距離進(jìn)行評價(jià)。然而，這種評價(jià)由于工具傾斜、鉆孔缺口、底層邊界效應(yīng)等而導(dǎo)致不精確。已經(jīng)采用了額外的聲源和接受器及包括諸如STC(減慢度時(shí)間相干分析)的更加有力的方法來降低由這些環(huán)境影響導(dǎo)致的不準(zhǔn)確。
壓縮波可以利用單極測量來檢測。然而，在慢地層中，剪切波無法用單極測量來檢測。方向性或雙極聲源有助于壓縮波和剪切波兩者的檢測。然而，雙極測量的單極和四極污染是使用接受器陣列的聲學(xué)測井工具的首要問題。聲學(xué)接收器通常具有不同的靈敏度，而對于相同波的不同靈敏度導(dǎo)致了非雙極污染的更大的可能性。即使是類似或相同方式制造的接收器，也容易報(bào)告出不同的振幅和接收時(shí)間(即，振幅和相位失配)。因此，通常必須通過檢查和校正安裝于測井工具上的各個(gè)接收器的振幅和相位失配來校準(zhǔn)聲學(xué)測井工具，從而改善減慢度評價(jià)和井下模式計(jì)算。
通常，在每次測井操作前由當(dāng)?shù)貑T工獨(dú)立地校準(zhǔn)每個(gè)單個(gè)接收器，來試圖校準(zhǔn)振幅和相位失配。雖然這種校準(zhǔn)可以起到一定的幫助，但每個(gè)接收器是在安裝到工具前并且是在接收器處于大氣條件下進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，即使進(jìn)行了通常的校準(zhǔn)努力，仍有多個(gè)因素會一起對導(dǎo)致明顯的靈敏度變化產(chǎn)生作用。導(dǎo)致靈敏度變化的某些因素包括接收器的位置和排列、井下的電子裝置、諸如壓強(qiáng)和溫度的環(huán)境因素、及其它。通常，接收器將經(jīng)受與地表校準(zhǔn)條件相當(dāng)不同的條件，且其目前難以或無法解決由接收器在測井工具上的最后定位和排列導(dǎo)致的變化。工作時(shí)，接收器安裝在注油的檢測裝置中，但在校準(zhǔn)期間，其暴露于空氣。因此，盡管某些接收器供應(yīng)商保證對于單個(gè)接收器的較小的(≤0.5％)的靈敏度變化，在接收器安裝到聲學(xué)工具上以后，靈敏度變化通常不再處于規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)。
另外，某些聲學(xué)測井工具采用成打的接收器或更多。隨著對于越來越精確的測井?dāng)?shù)據(jù)需要的增加，用于測井工具中的接收器數(shù)量也越來越多。因此，校準(zhǔn)每個(gè)單獨(dú)的接收器變得非常費(fèi)時(shí)和昂貴的事務(wù)。然而，如上所述，即使是昂貴而費(fèi)時(shí)的方法，目前可供利用的方法的效果也有限。目前的校準(zhǔn)方法忽略了多個(gè)重要因素，包括接收器在測井工具上的最終定位和實(shí)際工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明關(guān)注于克服或至少降低上述一種或多種問題的影響。
本發(fā)明滿足上述需要及其它要求。具體而言，本發(fā)明提供一種用于校準(zhǔn)聲學(xué)接收器的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)便于原位校準(zhǔn)聲學(xué)接收器?，F(xiàn)有技術(shù)的校準(zhǔn)技術(shù)是在聲學(xué)接收器安裝于工具前對其校準(zhǔn)。本發(fā)明是在接收器安裝于工具的情況下校準(zhǔn)聲學(xué)接收器。在安裝于工具的情況下校準(zhǔn)聲學(xué)接收器導(dǎo)致更加精確的測井?dāng)?shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的一些方面，所述方法和系統(tǒng)通過對不同接收器之間應(yīng)用校正和補(bǔ)償振幅和相位失配的過程便于校準(zhǔn)聲學(xué)接收器。該過程可以驗(yàn)證和校正聲學(xué)接收器的響應(yīng)以確保適當(dāng)?shù)牟僮?，并且在關(guān)注雙計(jì)測量時(shí)排除非雙極模式。該過程可以包括對不同頻率范圍和對不同的聲學(xué)發(fā)射源計(jì)算不同的補(bǔ)償因子。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，對于一個(gè)或多個(gè)單個(gè)的聲學(xué)接收器的振幅和相位補(bǔ)償因子從在裝載工具的聲學(xué)腔中產(chǎn)生的低、中和高頻處的靜態(tài)測量結(jié)果來確定。將從多個(gè)工具取向獲得的原始波形信號平均化并觀測。獲取對于每個(gè)聲學(xué)發(fā)射器和測井頻率的多個(gè)幀，并且在每個(gè)工具取向處平均化，從而計(jì)算對于一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)接收器的補(bǔ)償因子。
根據(jù)本發(fā)明的某些方面，剪切波測量以低頻補(bǔ)償因子補(bǔ)償，而高頻壓縮波測量以中和高頻補(bǔ)償因子補(bǔ)償。校準(zhǔn)過程確認(rèn)每個(gè)接收器的功能和靈敏度，指定最靈敏的接收器作為參照，給予參照接收器與其余接收器之間的差異計(jì)算對于其余接收器的增益和延遲因子。
根據(jù)本發(fā)明的某些方面，應(yīng)用校準(zhǔn)過程確保接收器之間約1.0dB的振幅失配最大水平，以及接收器之間約1.5度的最大相位失配。通過確保接收器之間的最大失配水平，雙極對單極比例一般將大于等于30dB，這確保了在雙極測量中排除單極、四極和六極模式。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將在以下介紹中展示或可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀這些材料或?qū)嵺`本發(fā)明而掌握。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以通過在所附權(quán)利要求中提出的裝置獲得。


附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且成為說明書的一部分。附圖連同下面的介紹論證和說明了本發(fā)明的原理。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，一聲學(xué)工具和聲學(xué)腔的裝配圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，裝載聲學(xué)工具的圖1的聲學(xué)腔的透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，與聲學(xué)工具和聲學(xué)腔相關(guān)聯(lián)的電子裝置的示意圖；圖4A為向接收器應(yīng)用任何補(bǔ)償因子前聲學(xué)工具第一接收器位置處的波形幀；圖4B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，向接收器應(yīng)用補(bǔ)償因子后聲學(xué)工具第一接收器位置處的波形幀；圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，示出波形平均化過程后的一系列典型波形；圖6A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿第一取向的聲學(xué)腔內(nèi)裝載的聲學(xué)工具的端面截面圖；圖6B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿第二取向的聲學(xué)腔內(nèi)裝載的聲學(xué)工具的端面截面圖；圖6C為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿第三取向的聲學(xué)腔內(nèi)裝載的聲學(xué)工具的端面截面圖；圖6D為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，沿第四取向的聲學(xué)腔內(nèi)裝載的聲學(xué)工具的端面截面圖；圖7A至7D示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，可應(yīng)用于波形的窗化技術(shù)；圖8A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，示出在低頻處向失配接收器信號應(yīng)用補(bǔ)償因子的結(jié)果的波形圖；圖8B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，示出在低頻處向失配接收器信號應(yīng)用補(bǔ)償因子的結(jié)果的波譜圖；圖9A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，示出在中或高頻處向失配接收器信號應(yīng)用補(bǔ)償因子的結(jié)果的波形圖；圖9B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，示出在中或高頻處向失配接收器信號應(yīng)用補(bǔ)償因子的結(jié)果的波譜圖；以及圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，向失配接收器信號應(yīng)用補(bǔ)償因子前后，每個(gè)接收器位置的平均壓強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算。
附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示類似但不必是相同的元件。
具體實(shí)施例方式
下面，將介紹本發(fā)明的說明性實(shí)施例和各個(gè)方面。為清楚起見，實(shí)際應(yīng)用的并非所有的特征都在本說明書中介紹。顯然可以理解的是，在任何這樣一個(gè)實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須進(jìn)行大量的專門用途的選擇，從而實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目的，諸如服從于相關(guān)系統(tǒng)和相關(guān)行業(yè)的限制，這將使得一種應(yīng)用于另一種之間相差甚多。然而，可以理解的是，這種開發(fā)努力會比較復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，但仍然不失為對于從本公開受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員的一種例行保證。
本發(fā)明關(guān)注于聲學(xué)工具的聲學(xué)接收器與安裝于聲學(xué)工具上的聲學(xué)接收器的校準(zhǔn)。如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，聲學(xué)接收器是從工具上分離開地且在大氣條件下校準(zhǔn)?，F(xiàn)有技術(shù)校準(zhǔn)由于接收器在工具上的最終定位和從工具上分離后無法精確估計(jì)的其它因素而進(jìn)行了妥協(xié)。本發(fā)明提供了用于在原位校準(zhǔn)聲學(xué)接收器的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)可以特別好地適應(yīng)用于鉆井的聲學(xué)測井工具的原位校準(zhǔn)。然而，在此提出的方法和系統(tǒng)并不限于此。該些方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何校準(zhǔn)技術(shù)。另外，盡管下面介紹了便于在聲學(xué)接收器安裝于聲學(xué)工具時(shí)校準(zhǔn)聲學(xué)接收器的特殊方法，該些特殊方法不限于此。通過本發(fā)明可以構(gòu)想任何在聲學(xué)接收器安裝在工具上的情況下校準(zhǔn)聲學(xué)接收器的方法。
如在說明書和權(quán)利要求中通篇使用的，術(shù)語“低”用于修飾低于約7kHz的頻率。術(shù)語“中”表示范圍在約7與16kHz之間的頻率?！案摺鳖l率表示高于約16kHz或在約16kHz與25kHz之間的頻率。“間隙”表示兩個(gè)或更多個(gè)部件之間的間隔。在用于包括權(quán)利要求在內(nèi)的說明書中時(shí)，詞“包含”和“具有”具有與詞“包括”相同的意思。
現(xiàn)在參照附圖，特別參照附圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明原理的聲學(xué)工具校準(zhǔn)系統(tǒng)(100)。聲學(xué)工具校準(zhǔn)系統(tǒng)(100)包括一聲學(xué)工具，例如聲波工具(102)。聲波工具(102)可以是任何聲學(xué)工具，且不限于所示構(gòu)造。聲學(xué)工具校準(zhǔn)系統(tǒng)(100)還包括聲學(xué)腔，根據(jù)圖1的實(shí)施例，其為一圓柱波導(dǎo)聲波管(104)。為簡便起見，以聲波管(104)代表聲波工具(102)。聲波管(104)可以具有比聲波工具(102)的直徑更大的直徑。因此，聲波管包括在一個(gè)或多個(gè)軸向位置處排列在聲波工具(102)周圍的多個(gè)隔墊(106)，從而支撐聲波工具(102)與圓柱形聲波管(104)基本同心。
聲波工具(102)包括電子組件包(108)和用于便于數(shù)據(jù)獲取和校準(zhǔn)的補(bǔ)償器機(jī)架(110)。聲波工具(102)還包括一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)接收器，以及一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)發(fā)射器或源。根據(jù)圖1的實(shí)施例，聲波工具(102)包括排列為13行或位置的聲波接收器(112)陣列。13個(gè)接收器位置的每一個(gè)包括多個(gè)沿方位角排列的聲波接收器(112)。根據(jù)圖1的實(shí)施例，在13個(gè)接收器位置的每一個(gè)有8個(gè)沿方位角排列的聲波接收器(112)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用本公開之便可以理解，也可以使用其它的聲波接收器排列。圖1所示的聲波接收器(112)陣列實(shí)際上是示例性的，且用于說明如下一步所詳細(xì)介紹的本發(fā)明的原理。
根據(jù)圖1，一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)發(fā)射器包括一第一或上單極發(fā)射器(114)和一第二或下單極發(fā)射器(116)。設(shè)置在第一或上端(120)處的軸環(huán)(118)便于將聲波工具(102)密封在聲吸收聲波管(104)內(nèi)。聲波管(104)通常為圓柱形，且包括一第一或開放端(122)和通過塞(126)封閉的第二端(124)。
在校準(zhǔn)聲波接收器(112)前，聲波工具(102)優(yōu)選插在聲波管(104)中，軸環(huán)(118)密封開放端(122)，如圖2所示。流體源，如水龍管，與聲波管(104)的填注線路(128)流體連通。填注線路(128)具有設(shè)置于其中的填注閥(130)。在填注閥(130)打開時(shí)，水流經(jīng)填注線路(128)并進(jìn)入聲波管(104)。水填充聲波工具(102)與聲波管(104)之間的所有間隙空間。
除了填注線路(128)以外，聲波管(104)可以包括其中設(shè)置有空氣釋放閥(134)的第二線路(132)。因此，在聲波管(104)填充水時(shí)，可以打開空氣釋放閥(134)從而將所有進(jìn)入聲吸收聲波管(104)中的空氣排出。第二線路(132)還可以包括壓力表(136)，從而指示聲波管(104)內(nèi)的壓強(qiáng)。
根據(jù)圖2的實(shí)施例，聲波管(104)設(shè)置在距水平成角(α)處。角(α)便于通過空氣釋放閥(134)釋放容納在聲吸收聲波管(104)中的任何空氣。根據(jù)所示實(shí)施例，角(α)優(yōu)選約30度，但也可以使用其它角度，包括與水平一致的角度。
在泵閥(140)打開時(shí)，填注線路(128)還與泵(138)連通。因此，泵(138)可以在泵閥(140)打開且填注閥(130)和空氣釋放閥(134)關(guān)閉時(shí)對聲波管(104)加壓。根據(jù)某些實(shí)施例，聲波管(104)在聲波工具(102)插入且間隙空間以水填充后加壓至至少300psi。根據(jù)其它實(shí)施例，聲波管(104)加壓至約500psi。由于高壓校準(zhǔn)環(huán)境比聲波接收器經(jīng)常在其下校準(zhǔn)的本地大氣壓條件更加接近地表現(xiàn)了聲波工具(102)的最終工作條件，加壓聲波管(104)至約500psi改善了校準(zhǔn)精度。
接著參照圖3，示出了聲學(xué)校準(zhǔn)系統(tǒng)(100)的電學(xué)示意圖。如圖3中所示，由聲波接收器(112，圖1)構(gòu)成的接收器陣列(142)和上下單極發(fā)射器(114，116)位于聲波管(104)內(nèi)。第一通訊電纜，例如31針對31針連接電纜跨接線(144)，從聲波工具(102)延伸并至聲波管(104)外。連接電纜跨接線連接聲波工具(102)至電子設(shè)備筒(146)和遙測筒(148)。電子設(shè)備筒(146)和遙測筒(148)可最后用于在聲波工具(102)與諸如計(jì)算機(jī)(150)的地面控制模塊之間通訊。第二通訊電纜，例如31針對10針的連接電纜跨接線(152)，從遙測筒(148)延伸，并連接聲波工具(102)與計(jì)算機(jī)(150)。10針對10針虛擬器(154)可以設(shè)置在31針對10連接電纜(152)與計(jì)算機(jī)(150)之間。
計(jì)算機(jī)(150)、電子設(shè)備筒(146)、或電子組件包(108，圖1)可以包含校準(zhǔn)處理指令，其在執(zhí)行時(shí)自動校準(zhǔn)一個(gè)或多個(gè)聲波接收器(112，圖1)。處理指令可以包括校準(zhǔn)方法，其中的某些將在下面進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
再參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的原理，聲波接收器(112)安裝于聲波工具(102)，聲波工具插入到聲吸收聲波管(104)中，進(jìn)而校準(zhǔn)聲波接收器(112)。產(chǎn)生均勻的聲壓場從而便于校準(zhǔn)聲波接收器(112)。為了更好地校準(zhǔn)聲波接收器(112)，可以通過如上所述地加壓聲波管(104)而產(chǎn)生均勻的聲壓場。其后，在聲吸收聲波管(104)中產(chǎn)生聲學(xué)波，并通過多個(gè)聲波接收器(112)的每一個(gè)測量。
參照圖4A，在任何接收器位置處八個(gè)沿方位角排列的接收器(112，圖4A中表示為R1至R8)的每一個(gè)測得一波形。波形可以通過上或下單極發(fā)射器(114，116)中之一產(chǎn)生。圖4A表示在任何校準(zhǔn)前分別由接收器(R1至R8)中的每一個(gè)獨(dú)立接收的單個(gè)波形。如圖所示，對于由發(fā)射器產(chǎn)生的相同波形，由接收器(R1至R8)中的每一個(gè)測得的幅度變化多達(dá)20％。另外，接收器(R1至R8)中的每一個(gè)接收波的時(shí)間變化多達(dá)60μs。例如，對于2dB的增益失配和20度的相位失配，雙極對單極比例將遠(yuǎn)小于30dB。因此，不經(jīng)過校準(zhǔn)，雙極測量將易于由非雙極模式污染。研究表明，至少30dB的雙極對單極比例能夠保證非雙極模式的去除。另外，若增益失配校正到小于約1.0dB而相位失配校正到小于約1.5度，則確保了至少30dB的雙極對單極比例。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，校準(zhǔn)每個(gè)接收器位置處的接收器(R1至R8)，使增益和相位失配分別不大于1.0dB和1.5度。
為校準(zhǔn)增益和相位失配分別不大于1.0dB和1.5度，一種算法在一個(gè)或多個(gè)頻率條件下為一個(gè)或多個(gè)接收器產(chǎn)生補(bǔ)償因子。在對如圖4a所示由接收器(R1至R8)產(chǎn)生的波形應(yīng)用適合的補(bǔ)償因子時(shí)，如圖4B所示，每個(gè)校正后的測得波形都在1.0dB和1.5度內(nèi)。
根據(jù)典型的校準(zhǔn)技術(shù)，聲波接收器不僅是在由其相關(guān)的聲波工具上分開的情況下校準(zhǔn)，其還通常僅在一個(gè)頻率下且僅基于單個(gè)聲學(xué)發(fā)射器源校準(zhǔn)。然而，聲波接收器經(jīng)常對于不同的發(fā)射器和不同的頻率表現(xiàn)出不同的靈敏性。因此，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，聲波接收器(112，圖1)以多增益和相位補(bǔ)償因子校準(zhǔn)。例如，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)聲波接收器(112)以增益和相位補(bǔ)償因子對于從兩個(gè)不同的發(fā)射器所產(chǎn)生的三個(gè)不同頻率進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，該一個(gè)或多個(gè)聲波接收器(112)可以具有六個(gè)增益補(bǔ)償因子和六個(gè)相位補(bǔ)償因子。該六個(gè)增益和相位補(bǔ)償因子從在不同間隔獨(dú)立產(chǎn)生三種不同頻率的兩個(gè)發(fā)射器的六種可能污染產(chǎn)生。然而，基于不同數(shù)量的發(fā)射器和頻率組合也可以計(jì)算更少或額外的補(bǔ)償因子。盡管如此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對于一個(gè)或多個(gè)聲波接收器計(jì)算六個(gè)增益和相位補(bǔ)償因子。對兩個(gè)不同發(fā)射器中的每個(gè)產(chǎn)生的三個(gè)增益和相位補(bǔ)償因子被優(yōu)選平均從而產(chǎn)生總共三個(gè)增益和相位因子，一個(gè)用于三個(gè)頻率的每個(gè)。兩個(gè)發(fā)射器可以包括上述上下單極發(fā)射器(114，116)，而三個(gè)不同頻率可以包括低、中和高頻。
用于計(jì)算增益和相位補(bǔ)償因子從而校準(zhǔn)聲波接收器(112)的一種算法在下面參照圖5至9介紹。為了避免基于未能反映真實(shí)接收器敏感性的測量校準(zhǔn)單個(gè)聲波接收器(112，圖1)，對每個(gè)聲波接收器(112)平均多個(gè)波形。另外，因?yàn)槁暡üぞ?102，圖1)的取向會不是精確地與聲波管(104，圖1)同心，波形會在聲吸收聲波管(104，圖1)內(nèi)對于聲波工具(102)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)取向上產(chǎn)生且包括在平均化步驟中。
圖5中示出了一種典型平均化步驟。圖5示出了由位于13個(gè)接收器位置的每一個(gè)處的一個(gè)聲波接收器(112，圖1)接受的多個(gè)原始波形。原始波形通常在(156)指定并且分為幀。幀通過工具的取向來劃分。根據(jù)圖6A，聲波工具(102)沿所示第一取向排列在聲波管(104)中。圖5表格的第一列(158)對應(yīng)于由接收器(112)在圖6A的第一取向獲取的測量結(jié)果。由于波是以單頻通過聲波發(fā)射器中之一產(chǎn)生，為討論起見，其為由下單極發(fā)射器(116，圖1)產(chǎn)生的低頻，第一列(158)還表反映了由接收器(112，圖1)測得的波形。通過接收器(112，圖1)測量多個(gè)波形幀，從而形成接收器靈敏度的典型樣本。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，測量至少30個(gè)波形幀，而根據(jù)圖5所示的實(shí)施例，測量個(gè)60個(gè)波形幀。由第一列(158)反映的多個(gè)波形幀在平均行(160)平均，從而形成在圖6A所示的第一聲波工具取向處對于接收器(112，圖1)的平均波形(162)。
類似地，圖5表格的第二列(164)對應(yīng)于由接收器(112，圖1)根據(jù)與第一列(158)相同的參數(shù)獲取的測量結(jié)果，但聲波工具(102)沿圖6B的第二取向排列。也將第二列(164)的波形平均，從而形成第二平均波形(166)。第三和第四列(168，172)保持了與第一和第二列(158，164)相同的圖案，但分別在如圖6C和6D所示的第三和第四聲波工具(102)取向。因此，將第三和第四列(168，172)的每個(gè)平均從而形成第三和第四平均波形(170，174)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員借本公開之便可以理解，可以形成任何數(shù)量的列，包括僅一列，且每個(gè)可以對應(yīng)于不同的聲波工具(102)取向。然而，根據(jù)圖6A至6D，有四個(gè)工具取向，彼此旋轉(zhuǎn)偏差接近90度。
在已經(jīng)形成四個(gè)平均波形(162，166，170，174)(或任意其它數(shù)量)，可以將平均波形本身平均，從而形成主平均波形(176)。主平均波形(176)是對由13個(gè)接收器位置每一個(gè)處的聲波接收器中之一檢測到的波的非常精確的平均。
然而，主平均波形(176)僅表示每個(gè)接收器位置且在上述第一組參數(shù)下(產(chǎn)生低頻波的下單極發(fā)射器(116))的一個(gè)聲波接收器。對其它參數(shù)和其它聲波接收器形成類似于圖5的其它圖形。例如，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，有五個(gè)類似于圖5的額外的圖形對于由下單極發(fā)射器(116)產(chǎn)生的中和高頻的每個(gè)，以及對于由上單極發(fā)射器(114)產(chǎn)生的低、中和高頻的每個(gè)。另外，對位于圖1所示13個(gè)接收器位置的每個(gè)處沿方位角排列的每個(gè)聲波接收器(112)形成類似于圖5的額外圖形(根據(jù)本法明，多組6幅圖形限定了6種發(fā)射器/頻率條件)。
主平均波形(176)(以及所形成的每個(gè)其它主平均波形)可以可選地窗口化，從而排除所有除了最強(qiáng)波調(diào)制，如圖7A至7D所示。根據(jù)圖7A，低頻主平均波形(176)為帶通濾波的，而隨后對于每個(gè)接收器位置將每個(gè)主平均波形(176)線性插值到1微秒取樣。對于如圖7A所示的每個(gè)接收位置的插值波形生成矩形窗口(178)。隨后對主平均波形(176)應(yīng)用矩形窗口(178)。例如，將對于如圖7B所示的第一接收器位置的矩形窗口(178)應(yīng)用于與如圖7C所示的一個(gè)接收器(R1)相關(guān)的主平均波形，從而形成圖7D所示的窗口化波形。然后，可以向所有產(chǎn)生的主平均波形(176)應(yīng)用此窗口化過程。根據(jù)圖1所示的聲波工具(102)，對于6種發(fā)射器/頻率組合的每一種，該結(jié)果將是104個(gè)獨(dú)立的窗口化波形(13個(gè)接收器位置，每個(gè)位置設(shè)置8個(gè)不同方位的聲波接收器)。如圖7D所示，窗口化過程后僅三個(gè)最清晰的波測量結(jié)果保留下來第一波谷(E1)、第一波峰(E2)、以及第二波谷(E3)。然而，可以理解，根據(jù)某些實(shí)施例，可以使用其它窗口化技術(shù)，且根據(jù)其它實(shí)施例，可以不進(jìn)行窗口化。例如，可以根據(jù)上述方法對低頻主平均波形(176)進(jìn)行窗口化，同時(shí)可以窗口化中和高頻主平均波形，從而排除所有除了第一波谷(E1)，如圖9A至9B所示。另外，中和高頻主平均波形可以在進(jìn)行任何窗口化前經(jīng)過高通濾波。
在已經(jīng)對每個(gè)聲波接收器(112)和每個(gè)發(fā)射器/頻率組合產(chǎn)生了窗口化波形后(或者，若未進(jìn)行窗口化，則是主平均波形)，在每個(gè)接收器位置檢驗(yàn)獨(dú)立的窗口化波形，從而確定在每個(gè)接收器位置處對每個(gè)發(fā)射器/頻率組合表現(xiàn)出最大敏感度的是哪個(gè)聲波接收器。根據(jù)某些實(shí)施例，隨后將每個(gè)接收器位置處確定為具有最大敏感度的聲波接收器指定為參照接收器，且具有相關(guān)的參照波形。然而，指定參照接收器和相關(guān)的波形不限于最大敏感度接收器。也可以按任何標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行其它選擇。因此，將對于每個(gè)接收器位置處的一個(gè)接收器的窗口化波形指定為對于每個(gè)發(fā)射器/頻率組合的參照。未指定為參考波形的每個(gè)窗口化波形則與參考波形比較，從而產(chǎn)生對于給定的發(fā)射器/頻率組合每個(gè)非參考接收器的增益和相位補(bǔ)償因子。例如，為討論起見，我們假設(shè)選擇圖7D所示的窗口化波形作為參考波形，且對應(yīng)于位于第一接收器位置的第一聲波接收器。對于第一聲波接收器的參考波形轉(zhuǎn)化為圖8A所示的圖形，其還包括與位于第一接收器位置的第二聲波接收器相關(guān)的失配窗口化波形。
分析失配窗口化波形與參考波形之間的差異從而計(jì)算對于第二聲波接收器的增益和補(bǔ)償因子。根據(jù)某些實(shí)施例，對于低頻，增益因子通過以失配窗口化波形的第一波峰(E2C)與失配窗口化波形的第二波谷(E3C)之間的差除參考波形的第一波峰(E2R)與參考波形的第二波谷(E3R)之間的差來計(jì)算，如下增益因子(gLF)＝(E2R-E3R)/(E2C-E3C)(1)對于低頻校正的延遲或相位補(bǔ)償因子計(jì)算為參考波形的第一波峰(E2R)的時(shí)間與失配窗口化波形的第一波峰(E2C)的時(shí)間之間的差，如下延遲因子(τLF)＝TE2R-TE2C(2)其中，TE2R和TE2C為E2R和E2C為最大時(shí)的時(shí)間。
若已經(jīng)為多個(gè)多發(fā)射器的每個(gè)在特定頻率或頻率組處分別計(jì)算了增益和延遲補(bǔ)償因子，優(yōu)選地平均化增益和延遲因子從而產(chǎn)生對于給定頻率或頻率組的單增益和延遲因子。例如，若對于特定接收器的第一增益因子(gMLLF)是基于由下單極發(fā)射器(116，圖1)產(chǎn)生的低頻計(jì)算的，而第二增益因子(gMULF)是基于由上單極發(fā)射器(114，圖1)產(chǎn)生的低頻計(jì)算的，兩個(gè)因子的平均值指定為對于特定接收器的低頻增益因子。因此，對于一雙發(fā)射器聲學(xué)工具，我們有g(shù)LF＝(gMLLF+gMULF)/2以及，τLF＝(τMLLF+τMULF)/2圖8A示出了向失配窗口化波形應(yīng)用計(jì)算得到的增益和延遲因子(gLF，τLF)作為補(bǔ)償波形。如示，補(bǔ)償波形更加接近于參考波形，這正是期望的結(jié)果。第一接收器和第二接收器“觀察到”都是相同的波，因此期望每個(gè)接收器測量和報(bào)告近似相同的波形。在波形更加精確時(shí)從聲學(xué)波形評估的地層性質(zhì)(諸如地層減慢度)更加精確，且在接收器根據(jù)上述方法校準(zhǔn)后波形更加精確。
圖8B為波譜圖并示出了作為頻率的函數(shù)的參考波形、失配窗口化波形、以及補(bǔ)償波形。該圖示出，例如，在1.2kHz處的0.35dB的振幅失配，這將導(dǎo)致大于30dB的雙極對單極比例并由此確保對非雙極模式的排斥。
對每個(gè)非參考接收器和對每個(gè)期望的發(fā)射器/頻率組合進(jìn)行與根據(jù)上述原理類似或相同的補(bǔ)償因子計(jì)算。另外，可以標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)計(jì)算得到的補(bǔ)償因子為最大值1.0，從而避免聲波工具電子設(shè)備的飽和。
然而，補(bǔ)償因子計(jì)算對于某些頻率/發(fā)射器組合可以從等式(1)和(2)更改。例如，對于中和高頻校正，每個(gè)非參考接收器的增益因子可以通過以在其第一波谷(E1C)處失配窗口化波形的振幅值除在其第一波谷(E1R)處參考波形的振幅值來計(jì)算，如下增益因子(gMid/HF)＝E1R/E1C(3)另外，根據(jù)某些實(shí)施例，對于中和高頻校正，延遲或相位補(bǔ)償因子計(jì)算為參考波形的第一波谷(E1R)的時(shí)間與失配窗口化波形的第一波峰(E1C)的時(shí)間之間的差，如下延遲因子(τMid/HF)＝TE1R-TE1C(4)圖9A和9B分別示出了在高頻參數(shù)下對接收器應(yīng)用了根據(jù)等式(3)和(4)計(jì)算的補(bǔ)償因子的在時(shí)間和頻率域的實(shí)例。根據(jù)圖9B，振幅失配在1.4kHz為0.5dB，而在諸如與水泥粘結(jié)測井測量相關(guān)的(20kHz至25kHz)更高頻率下，振幅失配甚至小于0.5dB。通過應(yīng)用上述原理從而在原位校準(zhǔn)聲學(xué)接收器，來自不同接收器對相同波的聲學(xué)測量結(jié)果變得更加均勻。
因此，同應(yīng)用此處介紹的原理，聲學(xué)接收器可以在安裝于聲學(xué)工具的情況下通過將聲學(xué)工具插入聲學(xué)腔內(nèi)，平均由每個(gè)聲學(xué)接收器接收的波形從而形成與每個(gè)聲學(xué)接收器相關(guān)的平均波形，指定一個(gè)或多個(gè)平均波形為參考波形，通過測量非參考波形與參考波形之間的差異來計(jì)算對于一個(gè)或多個(gè)非參考接收器的補(bǔ)償因子，以及對非參考波形應(yīng)用補(bǔ)償因子而進(jìn)行校準(zhǔn)。若期望，可以對平均波形進(jìn)行窗口化，且可以根據(jù)多聲波工具取向計(jì)算平均值。可以對一個(gè)或多個(gè)聲波接收器計(jì)算幾個(gè)補(bǔ)償因子，包括對于不同頻率范圍和不同發(fā)射源的增益和相位補(bǔ)償因子。
通過應(yīng)用計(jì)算得到的補(bǔ)償因子校準(zhǔn)聲波接收器后，會期望驗(yàn)證補(bǔ)償因子的效果。因此，根據(jù)某些方法，計(jì)算并繪制校正聲波接收器前后的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖10示出了校準(zhǔn)接收器前后通過接收器測得的聲壓的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析。如圖所示，校準(zhǔn)的接收器的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯低于未校準(zhǔn)的接收器，這表示使用補(bǔ)償因子測量結(jié)果更加精確。
另外，校準(zhǔn)的有效性可以根據(jù)某些方法通過使用從接收器獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過STC處理從而發(fā)現(xiàn)殼和石性減慢度值來驗(yàn)證。從所獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的該些值隨后可以與通過數(shù)字分析預(yù)知的值比較從而檢驗(yàn)精確性。
雖然，附圖和描述具體針對在多位置的每一個(gè)具有多個(gè)接收器的聲波工具，此處介紹的原理可以用于任何具有聲學(xué)接收器陣列的聲學(xué)工具。例如，類似的補(bǔ)償因子可以通過已知流體的波衰減率和測量聲學(xué)接收器之間的間隔對于在每個(gè)接收器位置僅有一個(gè)接收器的軸接收器陣列計(jì)算。
選擇和介紹優(yōu)選實(shí)施例是為了最佳地說明本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用。前面的介紹是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實(shí)施例中并且只要其適于特定用途的期望而以各種改動最佳地利用本發(fā)明。本發(fā)明的范圍應(yīng)有所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)備用于鉆孔測井的聲學(xué)工具(102)的方法，包括在多個(gè)聲學(xué)接收器(112)安裝于聲學(xué)工具(102)的情況下校準(zhǔn)該多個(gè)聲學(xué)接收器(112)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括向聲學(xué)腔(104)中插入該工具；在聲學(xué)腔(104)中產(chǎn)生聲學(xué)波；平均化由多個(gè)聲學(xué)接收器中的每個(gè)接收的波形(156)從而形成與多個(gè)聲學(xué)接收器(112)中的每個(gè)相關(guān)的平均波形(176)；指定一個(gè)平均波形作為參考波形；以及對多個(gè)接收器(112)的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算補(bǔ)償因子。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中計(jì)算包括測量參考波形與其余平均波形中的一個(gè)或多個(gè)之間的差異。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中計(jì)算包括為多個(gè)接收器的每一個(gè)計(jì)算三個(gè)增益和三個(gè)時(shí)間延遲補(bǔ)償因子，與低、中和高頻范圍一一對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中產(chǎn)生還包括在至少兩個(gè)軸向旋轉(zhuǎn)位置的每一個(gè)產(chǎn)生聲學(xué)波。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該至少兩個(gè)不同的軸向旋轉(zhuǎn)位置包括以近似九十度偏置的四個(gè)位置。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括對除參考接收器以外的多個(gè)接收器(112)的每個(gè)計(jì)算補(bǔ)償因子。
8.一種聲學(xué)工具校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括一聲學(xué)工具(102)，包括多個(gè)安裝于其上的接收器(112)；一聲學(xué)腔(104)，能容納該聲學(xué)工具(102)；多個(gè)隔墊(106)，排列在聲學(xué)工具(102)周圍從而基本與聲學(xué)腔(104)同心地支撐聲學(xué)工具(102)；計(jì)算機(jī)(150)，與聲學(xué)工具(102)通信；一組可通過計(jì)算機(jī)(150)執(zhí)行的指令，其在執(zhí)行時(shí)，在接收器(112)安裝在聲學(xué)工具(102)上的同時(shí)自動校準(zhǔn)多個(gè)接收器(112)的每個(gè)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括沿聲學(xué)工具(102)軸向隔開的多個(gè)接收器位置，其中多個(gè)接收器位置的每個(gè)包括多個(gè)沿方位角排列的接收器(112)。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中對聲學(xué)腔(104)加壓到至少300psi。
全文摘要
一種用于校準(zhǔn)聲學(xué)接收器(112)的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)便于在聲學(xué)接收器(112)安裝于井下聲學(xué)工具(102)的同時(shí)對其校準(zhǔn)。原位校準(zhǔn)聲學(xué)接收器(112)提供了比現(xiàn)在可用方法更加精確的結(jié)果。該方法和系統(tǒng)對聲學(xué)接收器(112)在不同頻率和對不同發(fā)射源提供了獨(dú)立的補(bǔ)償因子。獨(dú)立的補(bǔ)償因子便于在更廣的條件范圍上獲取更精確的信號。
文檔編號G01V13/00GK1918487SQ200480041644
公開日2007年2月21日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者費(fèi)爾南多·加西亞-奧薩納, 池上徹 申請人:石油研究和發(fā)展公司