一种过套管双源补偿声波测井装置及方法与流程

本发明属于地球物理测井领域，特别涉及该领域中的一种过套管双源补偿声波测井装置及方法，能在套管波干扰情况下，基于双源正激励和补偿原理测量地层纵波声速信息。

背景技术：

1、声波测井在油气勘探开发过程中是一种必不可少的测井项目。测量获取的地层纵、横波速可以用来确定岩性和孔隙度，识别气层和裂缝，计算地层岩石力学参数，从而估算岩层破裂压力梯度和岩石脆性，为储层压裂改造等提供关键信息。但是，一些油田区块的油井在钻井过程中会存在井壁稳定性较差的情况，此时裸眼井测井风险太大，为了避免井眼崩塌，只能进行过套管声波测井作业。此外，我国在开发老油田剩余油气能源过程中，时常面临裸眼井测井的缺失问题，也急需在套管井内进行声波仪器的测量。

2、不同于裸眼井，套管井中由于钢套管和水泥环的存在，声波的传播受到很大的影响，特别是在套管与地层胶结不良的状况下，测井声波仪器的能量大部分以套管波的形式传播，而辐射到地层的能量大大减弱。同时，由于套管波的影响，地层波信号会直接被淹没，造成技术人员难以精确化识别。因此，如何压制套管波的干扰，提高测量波形中地层信号的信噪比，是当前声波测井技术所面临的重大技术挑战之一。

3、专利cn200820028542.x中提出了一种过套管声波测井仪，能够在固井质量不是很差的情况下获取地层的纵波声速信息，但是，当遇到固井质量很差的井况时，其地层波信号测量效果将大打折扣。专利cn201410668882.9中采用双源反向激励方式实现过套管声波测井，该技术采用双源激发，同步采集的方式实现压制套管波和获取地层声波速度的目的，已经广泛应用于油田套管井的地层声速测井。双源反激过套管技术对仪器电路的工作要求很高，不仅要求仪器两个发射电路的工作性能稳定可靠，还必须保证电路噪声干扰尽可能小。此外，还有一些特殊的情况，如仪器在套管井中出现倾斜或电路噪声干扰增加时，接收器处套管波的消除效果将会降低，地层波信噪比无法得到有效改善。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是提供一种过套管双源补偿声波测井装置及方法，用于测量地层纵波声速信息。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种过套管双源补偿声波测井装置，其改进之处在于：包括分别布设在仪器两端的两个发射源，在两个发射源之间为阵列接收器，所述的阵列接收器包括n个接收器，在发射源与相邻接收器之间，以及接收器与接收器之间均设置隔声体。

4、进一步的，上发射源与其相邻的第一接收器之间的源距为l1，下发射源与其相邻的第n接收器之间的源距为l2，l2≤l1。

5、进一步的，两个发射源为激发效率一致的单极子压电陶瓷换能器，接收器采用接收性能一致的压电陶瓷换能器，隔声体采用环形凹槽进行隔声。

6、一种测井方法，使用上述的测井装置，其改进之处在于，包括如下步骤：

7、步骤1，将测井装置放置在套管井孔中开始正常工作：

8、上发射源t1激发信号s1，n个接收器同步采集沿套管和地层传播的波形w1,1(t)、w1,2(t)、…，w1,n(t)，其中，w1,i(t)表示第i个接收器采集到的上发射源t1的波形信号，i＝1、2…，n，t表示时间；

9、经过时间间隔τ，下发射源t2激发信号s2，n个接收器同步采集沿套管和地层传播的波形w2,1(t)、w2,2(t)、…，w2,n(t)，其中，w2,i(t)表示第i个接收器采集到的下发射源t2的波形信号；

10、步骤2，按照套管波对应的传播时间，将两次采集的波形进行接收器组合：

11、将上发射源t1激励的波列w1,1(t)，w1,2(t)，…，w1,n(t)与下发射源t2激励的波列w2,n(t)，…，w2,2(t)，w2,1(t)组合成波列对w1,i(t)与w2,n+1-i(t)；

12、步骤3，采用二维傅立叶变换将波列对w1,i(t)与w2,n+1-i(t)由时间-空间域变换为频率-波数域：

13、

14、上式中，ω表示角频率，k表示波数，e是自然常数，j表示虚数单位，x表示空间距离；

15、将频谱在频域内分解为套管波和地层纵波的波谱：

16、

17、上式中，表示波列w1,i(t)中套管波在频率-波数域中的函数；表示波列w1,i(t)中地层纵波在频率-波数域中的函数；表示波列w2,n+1-i(t)中套管波在频率-波数域中的函数；表示波列w2,n+1-i(t)中地层纵波在频率-波数域中的函数；

18、按照下列公式对套管波的幅值和相位进行均衡处理：

19、

20、上式中，c表示波列w1,i(t)与w2,n+1-i(t)中的套管波幅值比，vp表示套管波速度；

21、步骤4，通过快速傅立叶反变换获取套管波幅值和到时相同的接收器波列对：与对与进行减法合成，获取压制套管波成分的差值信号。

22、进一步的，在步骤1中，激发信号s1与s2极性相同，幅值相同，s2相较于s1延时τ时刻。

23、进一步的，在步骤1中，最佳时间间隔τ由下列公式确定：

24、

25、上式中，d表示相邻接收器之间的间距，m表示自然数，m<n。

26、本发明的有益效果是：

27、本发明所公开的测井装置，将双源设计为一种补偿结构，即将两个发射源布设在阵列接收器的两端，两个发射源交替同向激励一定频率的声波信号后，再被接收器依次接收，通过补偿原理可以降低仪器倾斜对套管波消除效果的影响，解决电路设计的复杂度问题，减小地层纵波速度的计算误差，从而实现在套管井中有效地测量地层纵波信息。

28、本发明所公开的测井方法，采用双源激励、阵列接收器、套管波幅值均衡和信号减法合成技术，能够在套管井中压制套管波，有效测量地层纵波信息。

1.一种过套管双源补偿声波测井装置，其特征在于：包括分别布设在仪器两端的两个发射源，在两个发射源之间为阵列接收器，所述的阵列接收器包括n个接收器，在发射源与相邻接收器之间，以及接收器与接收器之间均设置隔声体。

2.根据权利要求1所述过套管双源补偿声波测井装置，其特征在于：上发射源与其相邻的第一接收器之间的源距为l1，下发射源与其相邻的第n接收器之间的源距为l2，l2≤l1。

3.根据权利要求1所述过套管双源补偿声波测井装置，其特征在于：两个发射源为激发效率一致的单极子压电陶瓷换能器，接收器采用接收性能一致的压电陶瓷换能器，隔声体采用环形凹槽进行隔声。

4.一种测井方法，使用权利要求1所述的测井装置，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的测井方法，其特征在于：在步骤1中，激发信号s1与s2极性相同，幅值相同，s2相较于s1延时τ时刻。

6.根据权利要求4所述的测井方法，其特征在于：在步骤1中，最佳时间间隔τ由下列公式确定：