一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体的制作方法

本实用新型属于声波测声技术领域，具体涉及一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体。

背景技术：

声波测井是地球物理测井方法中的一种，多服务于井下油气资源的准确定位。它是利用地层的声学性质，通过一个发射换能器向外发射声波，接收换能器接收经地层后返回的声波信号，经过信号处理等手段从而得到井孔周围的地层信息。随钻声波测井技术近年来在国内发展迅速，相比于传统的电缆声波测井，它实现了一边钻井一边测量地层信息，这不仅节省了大量的井架占用时间，还能够提供地质导向服务，尤其适用于海上勘探。

然而，随钻环境下仪器工作条件十分恶劣，随钻声波测井仪器的发射换能器2和接收换能器1均安装在高强度的厚壁钻铤上，当发射换能器声源激励的时候，由于厚壁钻铤的存在，井孔中会产生一种主要沿着钻铤传播的一种导波，我们将之称作钻铤波6(或者仪器波)。因此，接收器接收到的除了来自地层的信号外还将接收到钻铤波6。对于单极子随钻声波测井，如果不对钻铤波进行压制，则将严重干扰地层纵波信号7的提取，如图1所示，在测井频率范围下，钻铤波幅度大且波群拖尾长，在一般硬地层中，会干扰甚至掩盖地层纵波信号，从而会阻碍地层信息的获取。如图2所示，通过数值模拟的方法，钻铤波干扰地层信号，从图中可以看出钻铤波不但干扰了地层横波波群，还完全掩盖了地层纵波波群。因此，在声源和接收器之间设置隔声体，从而削弱甚至消除钻铤波是实现随钻声波测井技术准确测量的关键技术之一。

目前，现有的随钻声波测井仪器的隔声体通过在发射换能器和接收换能器之间刻周期性凹槽来实现的，刻槽的方式及种类也是纷多繁杂。但是，随钻声波测井仪器是与钻头相连接的，这就要求钻铤要有足够强度的抗弯能力和抗扭能力，刻槽会降低钻铤的机械强度，由此，给钻井过程带来安全隐患。此外，刻槽加工和维护成本较高，尤其是在钻铤内表面刻槽尤为困难。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，为解决现有的随钻声波测井仪器的隔声体存在上述缺陷，本实用新型提出了一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体，通过在声源和接收器之间的钻铤部分嵌入一定厚度的不同于钻铤材质的金属夹层，由于金属夹层与钻铤声阻抗的不同，使得夹层上下界面形成声阻抗差，从而阻碍沿钻铤轴向传播的弹性波，达到削弱仪器波凸显地层信号的目的。相对于传统刻槽结构隔声体，本实用新型的隔声体既不影响仪器本身的机械强度，又能在通常测井频率下起到良好的隔声效果。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体，其包括：第一钻铤、金属夹层和第二钻铤；三者为一体式结构，且金属夹层位于第一钻铤和第二钻铤之间。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一钻铤与金属夹层之间通过焊接方式连接在一起；金属夹层与第二钻铤之间通过焊接方式连接在一起。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一钻铤、第二钻铤均采用钢制成；金属夹层采用第一钻铤、第二钻铤的阻抗差异大的金属材质制成。

作为上述技术方案的改进之一，金属夹层与第一钻铤的连接处形成上界面，且在该上界面处形成声阻抗差；金属夹层与第二钻铤的连接处形成下界面，且在该下界面处形成声阻抗差，阻碍钻铤波的轴向传播，从而达到衰减钻铤波的效果，此种无刻槽隔声体对钻铤的机械强度几乎没有影响，避免了刻槽式隔声体对仪器机械强度的损害。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一钻铤的一端上安装接收换能器，用于接收来自地层的信号和钻铤波。

作为上述技术方案的改进之一，所述第二钻铤的一端上安装发射换能器，用于发射钻铤波。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：

本实用新型的随钻声波测井仪器隔声体利用金属夹层与第一钻铤、第二钻铤在连接处的界面产生的阻抗差来解决钻铤波隔声的技术问题，避免了刻槽对钻铤强度的损害，降低了随钻声波测井仪器潜在的风险；避免了刻槽引起的声波的多次反射、折射、散射等，使得声场更加纯净不影响地层信号的提取；降低了仪器生产成本和维护成本。

附图说明

图1是现有技术的随钻声波测井结构示意图；

图2是现有技术的数值模拟的钻铤波干扰地层信号示意图；

图3是本实用新型的一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体的结构示意图；

图4是本实用新型的一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体采用数值模拟所用声源的时域波形和频谱示意图；

图5是本实用新型的一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体的声源主频为12khz时应用本实用新型的隔声体和不应用本实用新型的隔声体随钻波形对比示意图。

附图标记：

1、第一钻铤2、金属夹层

3、第二钻铤4、发射换能器

5、接收换能器6、钻铤波

7、地层纵波信号

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图3所示，本实用新型提出了一种夹层结构随钻声波测井仪器隔声体，其包括：第一钻铤1、金属夹层2和第二钻铤3；三者为一体式结构，且金属夹层2位于第一钻铤1和第二钻铤3之间。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一钻铤1、第二钻铤3均采用钢制成，金属夹层2采用与第一钻铤1、第二钻铤3的阻抗差异大的金属材质制成，在本实施例中所采用的是铝制的金属夹层2。第一钻铤1与第二钻铤3之间添加金属夹层2后，不会降低整个钻铤的整体机械强度；金属夹层2的声阻抗分别与第一钻铤1、第二钻铤3的声阻抗差异比较大，从而保证钻铤波能够被大幅度衰减。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一钻铤1与金属夹层2之间通过焊接方式连接在一起；金属夹层2与第二钻铤3之间通过焊接方式连接在一起。

作为上述技术方案的改进之一，如图3所示，金属夹层2与第一钻铤1的连接处形成上界面，且在该上界面处形成声阻抗差，即金属夹层2产生的声阻抗与第一钻铤1产生的声阻抗形成声阻抗差；金属夹层2与第二钻铤3的连接处形成下界面，且在该下界面处形成声阻抗差，即金属夹层2产生的声阻抗与第二钻铤3产生的声阻抗形成声阻抗差，阻碍钻铤波的轴向传播，从而达到衰减钻铤波的效果，此种无刻槽隔声体对钻铤的机械强度几乎没有影响，避免了刻槽式隔声体对仪器机械强度的损害。

作为上述技术方案的改进之一，如图3所示，所述第一钻铤1的上端安装接收换能器5，用于接收来自地层的信号和钻铤波。

作为上述技术方案的改进之一，如图3所示，所述第二钻铤3的下端安装发射换能器4，用于发射钻铤波。

当声源激励时，发射换能器4发射钻铤波，且由声源处主要沿着钻铤轴向传播，钻铤波在传播过程中会受到金属夹层的上、下界面的二次衰减，从而使得被钻铤波掩盖的地层纵波信号凸显出来。因此，金属夹层2分别与第一钻铤1、第二钻铤3的声阻抗差异越大，衰减效果越明显；此外在工艺和钻铤机械强度允许的情况下，金属夹层2的数量越多隔声效果越好。

本实用新型的基本原理是利用第一钻铤1、第二钻铤3分别与金属夹层2的材质的不同，从而分别在金属夹层2的上、下界面处产生声阻抗差异，当主要沿着钻铤传播的钻铤波遇到金属夹层2分别与第一钻铤1、第二钻铤3的上、下界面处时会发生反射和折射以及模式转换，从而使得钻铤波能量损失，经过金属夹层2的上、下界面的阻碍之后，钻铤波会被严重削弱，从而使得地层信号凸显出来。

下面从数值模拟的角度来具体说明。

金属夹层2采用铝制材料，铝的纵波速度取6420m/s，横波速度取3110m/s，密度取2740kg/m3,金属夹层厚度选为2cm，金属夹层2与第二钻铤3之间形成的下界面距离声源的距离为1.5m。一般情况下，单极子声源测井频率为10～15khz，因此这里主要考察了声源主频为12khz和15khz时隔声体的效果。数值模拟中声源脉冲采用余弦包络脉冲函数，声源的波形和频谱特征具体请参见图4所示。

图5中给出了声源主频为12khz时使用本实用新型的隔声体和不使用本实用新型的隔声体情况下的随钻波形对比，为了便于比较，这里仅截取了前1.3ms内时间段，该时间段包含钻铤波和地层纵波。从波形中可以看出，使用本实用新型的隔声体后，钻铤波幅度被严重衰减，被掩盖的地层纵波信号凸显出来。

其次，用时间慢度相关法(slowness-timecoherence,stc)进行了辅助分析，给出了声源主频分别为12khz和15khz时，应用本实用新型的隔声体随钻波形的stc图；在测井频率范围内，应用本实用新型的隔声体能够起到良好的隔声效果。

在其他具体实施例中，所述金属夹层2可以是若干个，金属夹层2的数量越多，则隔声效果越好。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。