一种主动式噪声压裂效果检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于噪声测井领域，具体涉及一种主动式噪声压裂效果检测方法。
【背景技术】
[0002] 在科技与经济飞速发展的今天，石油在国家发展中的工业、军事等诸多领域的影 响都扮演了不可替代的作用，而且石油资源的珍贵不言而喻，尤其目前各个国家石油开采 已经到了末期阶段，提高如何油井开采利用率成为了比较重要的一个问题。目前为了对油 井充分开采，通常会向井中注水加压来提高出油率，为了检测井下注水以后压裂效果的好 坏，一般性做法是在注水井中加入放射性元素，通过其放射性元素的辐射来判断注水以后 的压裂效果，其最明显的缺点就是对环境污染比较大。另一种方法是向井下注水加压以后， 通过检测其井下各方位噪声信息来判断在多个方向上的压裂效果，但目前用于井下噪声压 裂效果检测装置无法同时获得多个方向上的噪声信息，准确地掌握井下各个方位上的压裂 效果情况，同时对单目标的具体方位的分辨力不够，不能分辨方位相近的高分辨源，也不能 有针对性的在特定方向上提高出油产量。噪声测井在测井领域中扮演者十分重要的地位， 如何准确地测得出在注水加压以后的井下压裂效果一直是研究的热点。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种主动式噪声压裂效果检测方法，通过使用换能器的倍频窄波束 技术解决上述现有技术中存在的问题，在提高目标分辨能力的同时，还能够测出井下多个 方位在注水前后的压裂效果的好坏情况。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种井下噪声保护方法，通过声 波发射换能器在外部脉冲激励电路产生的激励电压作用下发射出一个原始声信号，该原始 声信号在井下套管里和注水以后井下多个方向的噪声信号混合加载在一起形成噪声加载 信号，之后被声波接收换能器接收，声波接收换能器把接收到的噪声加载信号转换成模拟 电信号，模拟电信号在经过电子仓中一系列电路的处理后由电缆传至地面装置中，在地面 装置中把声波发射换能器发射出的原始声信号滤除，只留下井下各个方向上的噪声信号， 最后对噪声信号进行一系列处理后，通过噪声信号的信息来判断井下压裂效果的好坏，可 以获得较好的结果。通过声波发射换能器发射的声波信号来加载噪声信号，从而保护噪声 信号，可以有效减小井下噪声的失真，能够更加准确地获得井下注水后的噪声信息。
[0005] -种主动式噪声压裂效果检测方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一、通过声波发射换能器发射原始声信号对噪声信号进行保护；
[0007] 步骤二、通过声波接收换能器获得其内部产生的四路电压信号
[0008] 步骤三、将四路电压信号?1、仍、？3、和?4相加得到总的声压信号？；
[0009]步骤四、利用位于X轴方向上的声压信号？1和?3,通过两点的声压差利用声压梯度 求得水平方向上的振速VX;
[0010]步骤五、利用位于y轴方向上的声压信号P#PP4,通过两点的声压差利用声压梯度 求得垂直方向上的振速Vy ;
[0011]步骤六、通过设置不同的电子旋转角度Φ，在上述步骤中得到的p、Vx、Vy这三路信号 中利用倍频窄波束算法加入八个不同方向上的旋转角度Φ，合成这八个方向上的指向性图， 使得声波接收换能器在井下得到这八个方向上的噪声加载后的信号，通过判断这八个方 向上注水前后噪声信号的强弱来判断井下压裂效果的好坏。
[0012]上述步骤三、将四路电压信号讲必^^和以相加得到总的声压信号卩：
[0013] Ρ = ρι+ρ2+ρ3+ρ4 (1)
[0014] 上述步骤四、利用位于X轴方向上的声压信号pdPp3,通过两点的声压差利用声压 梯度求得水平方向上的振速V X:
[0016]其中p为介质密度，Ar为pi和P3两点之间的距离。
[0017] 上述步骤五、利用位于y轴方向上的声压信号？2和?4,通过两点的声压差利用声压 梯度求得垂直方向上的振速Vy:
[0019]其中p为介质密度，Ar为P2和P4两点之间的距离。
[0020] 上述步骤六、通过设置不同的电子旋转角度Φ，在上述步骤中得到的P、Vx、 Vy这三路 信号中利用倍频窄波束算法加入八个不同方向上的旋转角度Φ，合成这八个方向上的指向 性图，包括如下步骤：
[0021] (6.1)声波接收换能器指向性的合成原理是：
[0022] 当波达方向为Θ的声场平面波入射到声波接收传感器上，可以通过声波接收换能 器获得相互正交的两个振速分量Vx、Vy和一个声场中声压信号P，此时产生的输出可以表不 为：
[0023] Xv(t) = [l，U]P(t) (4)
[0024] 其中，Xv(t) = [P(t)，vx(t)，vy(t)]T，U=[sin0，cos0] T，U为与波达方向有关的单 位方向向量。
[0025] (6.2)在地面装置中引入一个旋转角度Φ，控制波束在二维空间的旋转。令：
[0026] vc(t) =vx(t)cosit+Vy(t)sinit = x(t)cos(9s-i])) (5)
[0027] vs(t) = -vx(t)sinit+Vy(t)cosit = x(t)sin(9s-i])) (6)
[0028] ￥。（1：)和￥3(1：)具有偶极子指向性，通过改变不同的115值，8卩可控制波束￥。（1：)和￥ 3 (t)在水平面的旋转。
[0029] (6.3)把声压和振速的乘积定义为瞬时声强流：
[0030] I(t) =p(t)v(t) (7)
[0031] 那么电子旋转声矢量角度传感器输出向量：
[0032] vc(t) =Vx(t)cosit+vy(t)sinit=p(t)cos0cosit+p(t)sin0sinit=p(t)cos(0-i])) (8)
[0033]
[0034] 所以其单边指向性可以表示为：
[0035]
[0036] (6.4)取两个相隔角度为Δ的波束输出ljPI2做互相关运算得到：
[0038]由上式可以得到超指向性图，得到的超指向性归一化处理即可实现声矢量换能器 在特定方向上的指向性。
[0039] 本发明的有益效果:本发明通过注水前后不同噪声信息对比来判断各个方向上的 压裂效果，其中利用声波发射换能器发射出原始声信号对井下噪声信号进行保护，可以有 效减小井下噪声的失真，能够更加准确地获得井下注水后的噪声信息，声波接收换能器可 以根据获得的声压信息来得到声场的振速信息，这样就有可能根据声场中的振速和声压信 息，利用声矢量换能器的倍频窄波束算法来使声波接收换能器产生辐射性，在地面装置中 通过不同的控制角度来调整声波接收换能器在多个方向上指向性，在地面装置中可以得到 不同方向上的噪声信息，通过噪声的幅度和频率来判断流体的类型和方位，可以在提高目 标分辨能力的同时能够测得井下多个方向上的噪声，从而通过对噪声的分析得到出井下多 个方位在注水前后的压裂效果的好坏情况。
【附图说明】
[0040] 下面通过附图并结合实施例具体描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加 明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的 限制。
[0041] 图1是本发明一种主动式噪声压裂效果检测系统的结构示意图；
[0042] 图2是本发明中压裂效果检测装置的内部结构示意图；
[0043]图3是本发明中一种主动式噪声压裂效果检测系统的检测原理框图；
[0044] 图4是本发明中声波发射换能器结构示意图；
[0045] 图5是本发明中声波接收换能器结构示意图；
[0046]图6是本发明中井下套管中一个方向上的噪声信息示意图；
[0047]图7是本发明中利用声波接收换能器倍频窄波束技术在井下八方位的指向性图； [0048]图8是本发明中声波接收换能器外部的通道示意图和通道1的内部电路原理图； [0049]图9是本发明中相关电路原理图：图9(a)为声波接收换能器与外部电路连接的电 路原理;图9(b)为CAN总线电路图；图9(c)为声波发射换能器的外部电压激励电路图；
[0050]附图标记说明：1、电缆；2、压裂效果检测装置；3、套管；4、地面装置；201、壳体； 202、电子仓;203、连接管;204、过线胶管;205、声波发射换能器;206、压电陶瓷支架;207、透 声管壁;208、声波接收换能器;209、橡皮塞;210、管卡;211、密封架;20501、发射换能器压电 陶瓷圆筒基底;20502、发射换能器正电极;20503、发射换能器负电极;20801、接收换能器压 电陶瓷圆筒基底；20802、接收换能器正电极;20803、接收换能器压电陶瓷圆筒电极之间的 绝缘带;20804、接收换能器负电极。
【具体实施方式】
[0051] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员