专利名称：一种随钻声波测井仪器及测井方法
技术领域：
本发明涉及随钻测井技术，尤其涉及一种随钻声波测井仪器及测井方法。
背景技术：
地震波或声波在流体饱和的孔隙介质中传播时，由于固体和液体的双电层结构，两层之间产生相对运动并感应出电流，这个过程称为震电转换。随钻声波测井是油气勘探中在钻开地层的同时实时测量地层声学特性的一种测井技术，该技术主要采用滑行波测量方式实时测量地层岩石纵横波传播速度的变化。测量数据可用于岩性识别、孔隙度计算、岩石力力学参数计算、井眼稳定性预测等。图2、图3和图4显示的是如图I所示的随钻声波测井仪器其声源11分别工作于单极模式、偶极模式和四极子模式时，其声波接收换能器12接收的声波波形信号。图5、图6和图7显示的分别为对应的声源工作于单极模式、偶极模式和四极子模式时的时域相关图。图2、图3及图4中横坐标为时间，纵坐标为信号强度；图5、图6及图7中横坐标为时间，纵坐标为相位速度。由于随钻声波测井仪器中声源和声波接收装置均安装在钻铤上并放置在钻井液环境中，因此发射和接收直接耦合信号很强，沿钻铤传播的直达波会影响到沿地层进行传播的声波信号的测量。由图2、图3及图4可见，当声源工作于单极模式时，声波接收装置接收的声波速度大约为直达波声速3100米每秒(m/s)，很难得到地层的纵波和横波速度。当声源工作于偶极模式，声波接收装置接收到的主要能量为偶极直达波，其声速大约为1000 m/s，无法记录到以地层横波声速传播的挠曲波。当声源工作于四极子模式时，声波接收装置接收到的信号分为两部分，包括以钻铤纵波速度传播的钻铤直达波和以地层横波速度传播的四极子地层波，时域上直达波在前，地层波在后。在随钻声波测井仪器的设计中，最大的技术难点是沿钻铤传播的直达波的消除，通常采用钻铤刻槽并镶嵌重金属方法实现隔声要求，但是这样的设计会损害钻铤强度，因此，允许这样处理的程度十分有限，隔声效果也不佳，影响测量精度和可靠性。同时这样的机械加工难度大，加工费用高，导致仪器制造成本高，影响到技术的实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服目前采用在钻铤刻槽和镶嵌重金属来实现隔声要求所导致的损害钻铤强度且隔声效果有限的不足。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种随钻声波测井方法，包括
产生声波信号； 采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号。优选地，该方法包括
对该震电信号进行处理，获得地层的声学参数。
优选地，所述对该震电信号进行处理获得地层的声学参数的步骤，包括
采用相关法获得该震电信号的视速度； 根据该震电信号的视速度获得地层的声速度；
根据地层的声速度获得地层的声学参数。优选地，所述产生声波信号的步骤，包括
采用脉冲信号或正弦信号激励产生该声波信号。优选地，所述采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号的步骤，包括
以一个接收电极或者以阵列方式分布的多个接收电极采集该震电信号。本发明还提供了一种随钻声波测井仪器，包括声源和接收装置，其中
声源用于产生声波信号；
接收装置用于采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号。优选地，该仪器包括
处理装置，用于对该震电信号进行处理，获得地层的声学参数。优选地，该处理装置包括
第一处理模块，用于采用相关法获得该震电信号的视速度；
第二处理模块，用于根据该震电信号的视速度获得地层的声速度；
第三处理模块，用于根据地层的声速度获得地层的声学参数。优选地，激励装置，用于采用脉冲信号或正弦信号激励该声源产生该声波信号。优选地，该接收装置包括一个接收电极或者以阵列方式分布的多个接收电极。与现有技术相比，本发明的实施例在随钻测井仪器上设置声源和震电接收电极，利用孔隙岩石的震电效应特性，通过测量地层震电信号实现随钻条件下地层岩石声速度测量。本发明的实施例不需要对设备结构设计隔声体，仪器结构简单，测量精度和可靠性高，制作成本低，进而极大优化随钻声波测井仪器的结构设计，降低设备制造成本，提高随钻声波测井技术的应用水平。
图I是目前接收声波的随钻声波测井仪器在地层中的工作示意图。图2是图I所示仪器的声源工作于单极模式时的声波波形示意图。图3是图I所示仪器的声源工作于偶极模式时的声波波形示意图。图4是图I所示仪器的声源工作于四极子模式时的声波波形示意图。图5是图I所示仪器的声源工作于单极模式时的时域相关示意图。图6是图I所示仪器的声源工作于偶极模式时的时域相关示意图。图7是图I所示仪器的声源工作于四极子模式时的时域相关示意图。图8是水听器和电信号接收电极沿井孔轴向移动的应用示意图。图9是图8所示应用中水听器所采集到的声波信号的到时和到时变化斜率示意图。图10是图8所示应用中电信号接收电极所采集到的震电信号的到时和到时变化斜率意图。图11是本发明实施例的随钻声波测井仪器的组成示意图。
图12是图11所示实施例中声源工作于单极模式时的震电信号示意图。图13是图11所示实施例中声源工作于偶极模式时的震电信号示意图。图14是图11所不实施例中声源工作于四极子模式时的震电信号不意图。图15是图11所示实施例中声源工作于单极模式时的时域相关示意图。图16是图11所示实施例中声源工作于偶极模式时的时域相关示意图。图17是图11所示实施例中声源工作于四极子模式时的时域相关示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。对于金属，声波信号并不能感应出震电信号，在多孔介质岩石中，声波可以感应出震电信号。特别需要指出的是，对金属材质的随钻测井仪器而言，因为金属为良导体，所以设备整体都保持相同电位，并不能经由声波信号感应出震电信号。通过在不同介质井孔中进行的震电效应测量可以发现，声源在井孔中产生声场，图8显示了在由高孔隙度高渗透率的岩层和低孔隙度低渗透率的岩层组成的模型井中的实验测量，由于声源和接收器之间没有直接连接，所以测量过程中没有沿井轴方向传播的直达波，水听器接收的信号为沿井壁传播的声波信号。水听器和电信号接收电极分别以图8所示箭头方向沿着井孔轴向移动，对比水听器所采集到的如图9所示的声波信号和接收电极所采集到的如图10所示的震电信号的到时和到时变化斜率，可以发现震电信号是由声波信号沿着井孔传播时感应产生，其视速度等于地层中的声波速度。其中图9和图10中，横坐标为时间，纵坐标为信号强度。另外，震电信号的强度与地层的孔隙度和渗透率有关，对比高孔隙度高渗透率的岩层和低孔隙度低渗透率的岩层可以发现，即使高孔隙度高渗透率的岩层的声波信号强度低于低孔隙度低渗透率的岩层，其震电信号强度也高于低孔隙度低渗透率的岩层。如图11所示，本发明实施例的随钻声波测井仪器主要包括设置在钻铤21上的声源22和接收装置23，其中声源22用于产生声波信号，声波信号沿地层和钻铤21进行传播；接收装置23用于采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号；其中，沿钻铤21传播的声波信号无法感应出震电信号。本发明实施例的随钻声波测井仪器可以包括如图11所示的处理装置24，该处理装置24通过电缆和接收装置23相连接，用于对该震电信号进行处理，获得地层的声学参数。该声学参数比如包括剪切模量、杨氏模量以及岩性等。本发明实施例的随钻声波测井仪器中，该处理装置包括
第一处理模块，用于采用相关法获得该震电信号的视速度；
第二处理模块，与第一处理模块相连，用于根据该第一处理模块获得的震电信号的视速度获得地层的声速度；
第三处理模块，与第二处理模块相连，用于根据第二处理模块获得的地层的声速度获得地层的声学参数。本发明实施例的随钻声波测井仪器可以包括激励装置(图中未示出)，该激励装置用于采用脉冲信号或正弦信号激励该声源产生该声波信号。本发明实施例随钻声波测井仪器中的接收装置23，可以包括一个接收电极或者如图11所示的以阵列方式分布的多个接收电极。接收装置23包含多个接收电极时，可以采用多种阵列方式进行设置。本发明实施例的随钻声波测井仪器可以采用单极子声源产生声波信号，也可以采用多极子声源产生声波信号。图12、图13及图14所示为本发明实施例的随钻声波测井仪器中的多极子声源分别工作于单极、偶极和四极子模式时，记录的震电信号示意图。图15、图16及图17所示分别为对应的时域相关图。图12、图13及图14中横坐标为时间，纵坐标为信号强度；图15、图16及图17中横坐标为时间，纵坐标为相位速度。从图12、图13及图14所示的震电信号可以看出，震电信号的幅度由声波信号的幅·度和电极系周围的岩石特性共同决定。采用相关法(慢度一时间相关法)对震电信号进行处理，可以求取震电信号的视速度。由图12、图13以及图14可见，在声源工作于单极模式时，可以记录到以视纵波速度(与地层纵波速度相等)和视斯通利波速度(与地层斯通利波速度相等)传播的震电信号；在声源工作于偶极和四极子模式的波形，可以记录到以视横波速度(与地层横波速度相等)传播的震电信号。根据震电信号的视速度可以获得地层的声速度。由于沿金属钻铤传播的直达波不能感应出震电信号，因此强直达波的影响完全被排除。在图15、图16以及图17显示的相关图中，没有记录到以视直达波速度传播的信号。目前通用的随钻声波测井仪器采用滑行波测量方式，但是其不能规避直达波影响。本发明的实施例利用震电效应实现的震电信号提取地层声速，采用的是直接测量震电信号速度的方式。由于震电信号视速度等于地层声速，这样间接测量地层声速可获得震电信号视速度，可用于岩性识别、孔隙度计算、岩石力力学参数计算、井眼稳定性预测等。本发明的实施例利用震电效应实现多极子随钻声波测井的震电信号提取地层声速提取算法(慢度一时间相关法)，通过相关分析法对阵列震电信号提取视速度，该视速度等于地层声速。本发明的实施例利用震电效应实现多极子随钻声波测井的测井，其仪器一端安装多极子声波发射信号源，在仪器另一端安装阵列排列的震电信号接收电极，通过激发声波信号发射源在地层中形成声波信号传播并形成地层岩石震电效应产生震电信号，使用接收电极采集地层震电信号，经过对震电信号的处理分析，取得所探测地层的多种岩石声学参数。虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种随钻声波测井方法,包括 产生声波信号； 采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号。
2.根据权利要求I所述的随钻声波测井方法，其中，该方法包括 对该震电信号进行处理，获得地层的声学参数。
3.根据权利要求I所述的随钻声波测井方法，其中，所述对该震电信号进行处理获得地层的声学参数的步骤，包括 采用相关法获得该震电信号的视速度； 根据该震电信号的视速度获得地层的声速度； 根据地层的声速度获得地层的声学参数。
4.根据权利要求I或2所述的随钻声波测井方法，其中，所述产生声波信号的步骤，包括 采用脉冲信号或正弦信号激励产生该声波信号。
5.根据权利要求I或2所述的随钻声波测井方法，所述采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号的步骤，包括 以一个接收电极或者以阵列方式分布的多个接收电极采集该震电信号。
6.一种随钻声波测井仪器，包括声源和接收装置，其中 声源用于产生声波信号； 接收装置用于采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号。
7.根据权利要求6所述的随钻声波测井仪器，其中，该仪器包括 处理装置，用于对该震电信号进行处理，获得地层的声学参数。
8.根据权利要求6所述的随钻声波测井仪器，其中，该处理装置包括 第一处理模块，用于采用相关法获得该震电信号的视速度； 第二处理模块，用于根据该震电信号的视速度获得地层的声速度； 第三处理模块，用于根据地层的声速度获得地层的声学参数。
9.根据权利要求6或7所述的随钻声波测井仪器，其中 激励装置，用于采用脉冲信号或正弦信号激励该声源产生该声波信号。
10.根据权利要求6或7所述的随钻声波测井仪器，其中 该接收装置包括一个接收电极或者以阵列方式分布的多个接收电极。
全文摘要
本发明公开了一种随钻声波测井仪器及测井方法，克服目前采用在钻铤刻槽和镶嵌重金属来实现隔声要求所导致的损害钻铤强度且隔声效果有限的不足，其中该方法包括产生声波信号；采集该声波信号在地层中传播而感应出的震电信号。本发明的实施例不需要对设备结构设计隔声体，仪器结构简单，测量精度和可靠性高，制作成本低，进而极大优化随钻声波测井仪器的结构设计，降低设备制造成本，提高随钻声波测井技术的应用水平。
文档编号E21B47/14GK102720484SQ20121015506
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者仇傲, 刘西恩, 朱正亚, 纳菲·托克索斯 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司