专利名称：一种偶极子声波测井仪定量刻度方法
技术领域：
本发明涉及石油声波测井仪器的刻度领域，尤其涉及一种偶极子声波测井仪定量刻度方法。
背景技术：
在油气的勘探和开发中，声波测井是ー种重要的方法，可以有效的获取地层岩性和物性參数，而偶极子声波测井仪器因其能够获取软地层的地层參数及识别地层的各向异性等优点而得到广泛的应用。为使声波测井仪器的測量精度和測量结果稳定可靠，需要在声波测井仪投入生产前检查仪器是否合格，实现这一目标的主要方法就是建立测井仪器的标准测试系统，称为标准井或者刻度井，通过对仪器进行测试和标定，从而达到校准仪器及准确评价地层的目的。·
图I为现有技术的刻度井示意图，如图I所示，现有技术的刻度井由井眼11、井眼围岩12、井眼地面保护层13及大地14组成。井眼围岩12 —般由多层圆柱状不同声速的天然岩石组成，考虑到声速测量仪器声学换能器工作频率，围岩直径通常要求大于5米。这样的岩石模块获取困难，以直径5米，厚度0. 5米记，如此巨大的岩石模块开采和加工非常困难。因而传统的刻度井，具有体积庞大带来的施工困难、建设和维护费用高等问题。针对传统的刻度井体积庞大、维护困难等问题，中国专利申请公告号101942987A公开了ー种简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，该方法中提出利用有限壁厚的管材对声波测井仪器的測量性能进行刻度和标定，尤其是单极子声波测井仪器的声速测量进行刻度检验的一般步骤和方法。但是该专利中并未提及对偶极子声波测井仪器的声速測量结果进行标定和刻度的具体方法和步骤，因而无法准确的对偶极子声波测井仪进行检验、标定及刻度。
发明内容
本发明实施例的目的是提出一种偶极子声波测井仪定量刻度方法，g在解决现有技术的利用有限壁厚的刻度装置对声波测井仪进行检验和标定的方法无法精准的对偶极子声波测井仪进行检验、标定及刻度的问题。为实现上述目的，本发明实施例提供了一种偶极子声波测井仪定量刻度方法，所述方法包括将偶极子声波测井仪放入刻度装置中；通过所述偶极子声波测井仪向所述刻度装置发射声波信号；通过所述偶极子声波测井仪接收经所述刻度装置反射的所述声波信号；根据接收到的所述声波信号计算获得首至波传播速度vl，和所述首至波传播频率f ;获取与所述首至波传播频率f相对应的所述偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2，通过比较所述传播速度vl与所述相速度v2，判断所述偶极子声波测井仪是否符合仪器设计标准。本发明实施例提出的偶极子声波测井仪定量刻度方法，通过将偶极子声波测井仪激发的声波的首至波传播速度与相同传播频率下的偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度进行比较，实现偶极子声波测井仪的精确检验和标定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的ー些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有技术的刻度井示意图；图2为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法流程图；图3为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的刻度装置示意图；图4为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的接收换能器采集的声波 信号示意图；图5为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的模式波频散曲线示意图；图6为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的首至波速度与相速度频散曲线对比示意图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进ー步的详细描述。本发明实施例提出了一种偶极子声波测井仪定量刻度方法，图2为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的流程图，如图2所示，本发明实施例的偶极子声波测井仪定量刻度方法具体包括如下步骤步骤201 :将偶极子声波测井仪放入刻度装置中具体的，将需要刻度的偶极子声波测井仪放入刻度装置中。图3为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的刻度装置示意图，如图3所示，本发明实施例的刻度装置为圆管30，圆管30 —般选用物理性质稳定且具有一定耐腐蚀性能的管材制成，优选的，本发明实施例的圆管30可以为铝管或不锈钢管。圆管30的内径大小可以根据钻头尺寸来确定，例如，目前常用的钻头的外径尺寸多为216mm(合8. 5in)和149mm(合5. 875in),圆管30的内径大小应当与钻头尺寸相当，本实施例中的圆管内径为149mm。圆管30的内部需要填充一定的流体31，用于模拟井内的泥浆，流体31可以为水、硅油或其他液体。圆管30的外部可以为空气或者也可以填充与圆管30内部相同的流体31。当圆管30的外部为空气时，为了防止圆管30内的流体31流出，可以将圆管30的一端封闭；当圆管30的外部为流体31吋，圆管30无需封闭，圆管30两端可以为敞开式。圆管30的径向厚度d的大小必须满足，径向厚度d小于等于偶极子声波测井仪发射声源频率下的圆管30的横波波长的百分之一。例如，圆管30采用铝管，实验测得铝的横波声速为3100m/s，偶极子声波测井仪发射声源为2. OkHz吋，此时铝管的横波波长为
I.555m，圆管30的径向厚度d应当小于等于横波波长的百分之一，所以圆管30的径向厚度d应当小于或等于15. 55mm。需要说明的是，圆管30的径向厚度d必须小于等于偶极子声波测井仪发射声源频率下的圆管30的横波波长的百分之一，是因为只有圆管30的径向厚度d满足这个条件才能使得在偶极子声波测井仪的换能器工作的频率段内，声源频率激励下的声波信号的首至波不受到高阶模式波的干扰，更有利于定量刻度。步骤202 :通过偶极子声波测井仪向刻度装置发射声波信号具体的，通过偶极子声波测井仪的发射换能器向刻度装置发射声波信号，发射的声波信号的中心频率分别为I. OkHz 4. 5kHz范围内，间隔为0. 25kHz。需要说明的是，本发明实施例的偶极子声波测井定量刻度方法在检测及刻度实验的过程中采取的发射的声波信号的中心频率分别为I. OkHz 4. 5kHz。但在偶极子声波测井仪实际测井过程中发射的声波信号的中心频率一般低于3. 0kHz，且只固定ー个发射频率。步骤203 :通过偶极子声波测井仪接收经刻度装置反射的声波信号
具体的，本发明实施例中偶极子声波测井仪可以采用8个接收换能器接收经刻度装置反射后的声波信号，8个接收换能器可以采集8道时域波形，并将接收到的声波信号发送到数据处理系统。图4为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的接收换能器采集的声波信号示意图，如图4所示，在声波信号主频为2. OkHz吋，8个接收换能器接收到的声波信号。步骤204 :根据接收到的声波信号计算获得首至波传播速度vl，和首至波传播频率f数据处理系统根据8个接收换能器采集到的8道声波信号，利用慢度-时间相关法处理得到每种声源频率激励下的声波信号的首至波传播速度vl，同时利用傅里叶变换法处理得到所述声波信号的首至波传播频率f。需要说明的是，根据8个接收换能器采集到的8道声波信号，处理得到首至波传播速度vl及处理得到首至波传播频率f为业内公知的方法，这里不再赘述。步骤205 :获取与首至波传播频率f相对应的偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2，通过比较传播速度vl与相速度v2，判断所述偶极子声波测井仪是否符合仪器设计标准具体的，通过分析偶极子声波测井仪的发射换能器发射的声波在圆管内外传播时满足的波动方程
V2(p+k2<p = 0( 1 )对公式(I)的波动方程进行求解，井根据圆管内外满足的边界条件，得到求解偶极子声波测井仪在圆管内激发的模式波的频散方程。其中，本实施例中刻度装置的内部充流体，外部为空气，此时圆管的内边界满足径向位移和径向正应カ连续，切应カ为零的边界条件；而外边界满足正应カ和切应カ为零的边界条件，由于切应力有两个，因此内外边界上共7个边界条件。边界条件中位移和应カ及其与圆管内部和圆管中声波的解之间的关系，以及频散方程的获得过程，为业内公知技术可以在很多文献中获得，具体步骤在此不再赘述。频散方程是关于传播频率和相速度的函数方程，利用“二分法”求解该频散方程可以得到偶极子声波测井仪在圆管中激发的各种模式波的频散曲线。图5为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的模式波频散曲线示意图，如图5所示，图中横坐标代表模式波的频率，纵坐标代表模式波的速度，在图中所示的范围共有3阶模式波，分别标记为最低阶模式波I、第二阶模式波2、第三阶模式波3。其中最低阶模式波I无截止频率，存在于整个频率范围内；其余两阶模式波都有“截止频率”，第二阶模式波2的“截止频率”约为6. IkHz，第三阶模式波3的“截止频率”约为9. 5kHz。通过各阶模式波的频散曲线分布特征可知，当采用本发明实施例的声波测井刻度装置，圆管的径向厚度小于偶极子声波测井仪发射声源频率下的圆管横波波长的百分之一，只要控制偶极子声波测井仪的工作频率在O 3kHz范围内，就只有最低阶模式波I对声波的贡献，高阶模式不会对声波的特性有“干扰”，因而只要控制圆管径向厚度与偶极子声波测井仪的工作频率之间的关系，则偶极子声波测井仪在圆管内激发的最低阶模式波的相速度就与相同频率下的声波信号的首至波传播速度基本相同。根据步骤204中求得的声波信号的传播频率f，在声波的最低阶模式波的相速度频散曲线中找到与传播频率f相对应的相速度v2。将传播速度vl与相速度v2进行比较。图6为本发明实施例偶极子声波测井仪定量刻度方法的首至波速度与相速度频散曲线对比示意图，如图6所示，通过大量试验表明，在声波频率小于3 . 75kHz时，传播速度vl与相速度v2基本相同，相对误差在± I %以内；当声源的主频增大时，平均相对误差逐渐増大。因为目前偶极子声波测井仪的工作频率在I. OkHz 3. OkHz之间，因而传播速度vl与相速度v2应当满足上述特性，即传播速度vl与相速度v2基本相同，相对误差在± I %以内。因而可以利用此特性将实际测得的传播速度vl与相速度v2比较，进而对偶极子声波测井仪进行刻度。具体的,将传播速度vl与相速度v2进行比较,根据公式δ= (vl-v2)/v2X 100%计算得出传播速度vl与相速度v2之间的相对误差δ，当传播速度vl与相速度ν2之间的相对误差δ在±2. 5%以内，则要刻度的偶极子声波测井仪是合格的，可以直接应用于实际生产；当传播速度vl与相速度ν2之间的误差较大超过±2. 5%，则要刻度的偶极子声波测井仪不符合标准，应当对偶极子声波测井仪反复调试，直至偶极子声波测井仪符合标准为止。本发明实施例提出的偶极子声波测井仪定量刻度方法，通过将接收换能器采集到的声波信号的首至波速度与相同频率下的偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度相比较，根据两者之间的相对误差大小来比较偶极子声波测井仪的測量准确性，从而对偶极子声波测井仪进行刻度，有效提高了偶极子声波测井仪刻度的准确性。以上所述的
具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的
具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述方法包括 将偶极子声波测井仪放入刻度装置中； 通过所述偶极子声波测井仪向所述刻度装置发射声波信号； 通过所述偶极子声波测井仪接收经所述刻度装置反射的所述声波信号； 根据接收到的所述声波信号计算获得首至波传播速度VI，和所述首至波传播频率f ； 获取与所述首至波传播频率f相对应的所述偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2，通过比较所述传播速度Vl与所述相速度v2，判断所述偶极子声波测井仪是否符合仪器设计标准。
2.根据权利要求I所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述根据接收到的所述声波信号计算获得首至波传播速度Vl具体为利用慢度-时间相关法获得所述首至波传播速度vl。
3.根据权利要求I所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述根据接收到的所述声波信号计算获得首至波传播频率f具体为利用傅里叶变换法获得所述首至波传播频率f。
4.根据权利要求I所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述获取与所述首至波传播频率f相对应的所述偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2的具体方法为通过所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的最低阶模式波的相速度与传播频率之间的关系来获取与所述首至波传播频率f相对应的所述偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2。
5.根据权利要求4所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在干，所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的最低阶模式波的相速度与传播频率之间的关系具体为所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的最低阶模式波的相速度频散曲线。
6.根据权利要求5所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述相速度频散曲线具体为根据所述发射换能器发射的声波信号的波动方程，得到所述声波信号传播的位移和应カ的表达式；根据所述位移和应カ的表达式同时根据所述刻度装置内外边界条件，得到所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的模式波的频散方程，根据所述频散方程求解得出所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的各种模式波的相速度频散曲线，处理得到所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的最低阶模式波的相速度频散曲线。
7.根据权利要求6所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在干，所述根据所述频散方程求解得出所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的各种模式波的相速度频散曲线具体为利用二分法获得所述偶极子声波测井仪在所述刻度装置内激发的各种模式波的相速度频散曲线。
8.根据权利要求I所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在于，所述通过比较所述传播速度vl与所述相速度v2，判断所述偶极子声波测井仪是否符合仪器设计标准具体为通过比较得出所述传播速度vl与所述相速度v2之间的相对误差δ，当所述相对误差δ不大于2. 5%时，所述偶极子声波测井仪符合仪器设计标准。
9.根据权利要求8所述的偶极子声波测井仪定量刻度方法，其特征在干，所述相对误差δ根据公式δ = (V1-V2)/V2X100%计算得出。
全文摘要
本发明实施例涉及一种偶极子声波测井仪定量刻度方法，所述方法包括将偶极子声波测井仪放入刻度装置中；通过偶极子声波测井仪向刻度装置发射声波信号；通过偶极子声波测井仪接收经刻度装置反射的声波信号；根据接收到的声波信号计算获得首至波传播速度v1，和首至波传播频率f；获取与首至波传播频率f相对应的偶极子声波测井仪激发的最低阶模式波的相速度v2，通过比较传播速度v1与相速度v2，判断偶极子声波测井仪是否符合仪器设计标准。本发明实施例提出的偶极子声波测井仪定量刻度方法，通过将偶极子声波测井仪激发的声波的首至波传播速度与相同传播频率下的最低阶模式波的相速度进行比较，实现偶极子声波测井仪的精确检验和标定。
文档编号G01V13/00GK102866435SQ20121039536
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者张秀梅, 陈德华, 王秀明, 张海澜, 王晶 申请人:中国科学院声学研究所