一种声波测井的模块化隔声体及其设计方法与流程

本发明涉及声波测井领域，具体涉及一种声波测井的模块化隔声体及其设计方法。

背景技术：

1、目前，油气勘探过程中，测井仪器被投入深度可达数千米的油气井中，利用多种物理方法，对井眼周围岩层与其中流体的性质，如电阻率，密度，孔隙度等进行测量，并通过对测量数据的分析，确定油气资源的存在及储量。声波测井是最常用的测井方法之一，声波仪器的一端使用发射声波进入地层，另一端接收返回信号，利用声波在不同介质中传播速度、幅度及频率的变化对钻井地质剖面，固井质量等性质进行分析。声波仪器的有效测量信号为穿过地层返回仪器接收模块的信号，然而，一部分声波会通过仪器金属外壳传播，而且因为声波在金属中的传播速度远高于岩层中的速度，如果不予控制，这部分信号会在有效信号前到达仪器接受模块，并对后续的信号接收与分析造成严重干扰。为解决此问题，声波仪器在发射与接收模块之间通常备有隔声设计，称为隔声体，使用刻槽等方式，延长声波的传播路径，推迟其到达接受模块的时间。

2、如cn207974807u公开了一种薄层声波测井仪隔声体内部结构，包括接收探头组件、连接体组件和发射探头组件，所述接收探头组件由接收隔声管、第一压帽、第一间隔套、接收探头和第一橡胶块构成，所述接收隔声管外表面沿着轴向依次安装第一压帽、第一间隔套、接收探头、第一橡胶块、第一间隔套、接收探头、第一橡胶块、第一间隔套、接收探头、第一橡胶块、第一间隔套、接收探头、第一间隔套和第一压帽，所述发射探头组件由发射隔声管、第二压帽、第二间隔套、第二橡胶块、发射探头和发射变压器构成。提高了仪器稳定性、保证了测量精度并且便于维护从而降低了生产使用成本。

3、cn107843929a公开了一种用于声波测井中的隔声结构，主要由保护帽、上隔声单元、隔声单元、下隔声单元、保护塞、芯插座、芯插头组成，芯插座与芯插头用于上下接口，实现发射声系与接收声系电器连接，其中隔声结构主要由1个上隔声单元、2个隔声单元、1个下隔声单元通过螺纹连接组成。本发明的有益效果为：能够在高温高压下，实现多线过通结构，一定长度范围可通用，适用不同的发射频率，并且实现高可靠性的机械强度，便于拆装。本发明的隔声体外径为φ73mm，可以在井下175℃高温，140mpa的环境工作，有效衰减与隔离直达波，并保证较高机械强度与可靠性。

4、然而现有的刻槽设计会严重降低声波仪器的力学性能，特别是抗压(屈曲)能力，导致在仪器的推进过程中会出现仪器弯曲变形甚至断裂的情况；基于此，本发明通过对隔声体进行设计，以解决传统设计的隔声刻槽带来的隔声能力与抗压能力不可调和的问题，即隔声能力增强引起抗压能力下降。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种声波测井的模块化隔声体及其设计方法，以解决当前隔声体的隔声能力与抗压能力存在负相关的问题，即隔声能力增强引起抗压能力下降。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种声波测井的模块化隔声体，所述模块化隔声体包括n个隔声单体，n≥1；

4、所述隔声单体为空心柱体，包括平行交替设置于空心柱体内壁的内槽和空心柱体外壁的外槽；

5、所述外槽的深度为(d1-d2)/2，所述内槽的深度为(d3-d0)/2，d0为空心柱体内壁等效圆直径，d1为空心柱体外壁等效圆直径，d2为空心柱体从外向内槽加工形成的等效圆直径，d3为空心柱体上从内向外槽加工形成的等效圆直径，d0＜d2＜d3＜d1，且d1-d3＝(0.1-0.6)*(d1-d0)，d2-d0＝(0.1-0.6)*(d1-d0)；

6、所述外槽内设置有至少2个肋条；

7、所述内槽的底部设置有贯通槽；

8、所述贯通槽的个数与所述肋条的设置个数相同；

9、所述贯通槽的在空心柱体外壁的弧长f2与肋条的弧长f1满足|f2-f1|＝k(d3-d2)，k＝0.1-1。

10、本发明提供的模块化隔声体，通过对隔声单体进行特定的设计，利用特定结构内槽和外槽的配合，在提升隔声性能的基础上，保证了隔声体的抗压性能。

11、本发明中，肋条的弧长为肋条在空心柱体外壁上的弧长。

12、本发明中，模块化隔声体可以通过单独加工为单一的隔声单体进行组装，也可以直接将所选用的原材料上加工隔声单体进而直接形成模块化隔声体。

13、本发明中，内槽或外槽可以是环形圆槽，也可以是其他形状的环形槽如槽的底面整体为正方形，六边形等，如空心柱体为空心圆柱时，则内槽为沿空心圆柱的内壁开始向空心圆柱的外壁进行设计，外槽则为沿空心圆柱的外壁开始向空心圆柱的内壁进行设计；其中，所述内槽和外槽所在的平面与空心柱体的轴线或中心线相垂直。

14、本发明中，内槽中的贯通槽和外槽的肋条可以对应设置，也可以错位设置。

15、本发明中，空心柱体的内壁等效圆直径d0，空心柱体外壁等效圆直径d1，可以依据实际工况如待测井进行选择，然后依据关系式确定其他设计参数；其中，内壁等效圆直径即为空心柱体的空心部分几何图形的等效圆直径，若空心部分为圆柱形，则等效圆直径即为圆柱形的直径，若空心部分为正五棱柱，则等效圆直径为正五边形的等效圆直径，其他等效圆直径依次类推即可。

16、本发明中，空心柱体可以是空心圆柱，空心直棱柱，空心正棱柱等柱体。

17、本发明中，(0.1-0.6)*(d1-d0)中0.1-0.6可以取值为0.1、0.12、0.14、0.16、0.18、0.2、0.22、0.24、0.26、0.28、0.3、0.32、0.34、0.36、0.38、0.4、0.42、0.44、0.46、0.48、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58或0.6等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。

18、本发明中，k为0.1-1，可以取值为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。

19、作为本发明优选的技术方案，所述内槽和外槽的中心之间的垂直距离≥1mm，该下限为保证强度的极限设计，上限可以在保证隔声性能和抗压强度的基础上进行选择，即范围内的其他数值可根据设计要求灵活选择，如可以为隔声单体长度的40-60％等。

20、作为本发明优选的技术方案，所述外槽的高度≤所述隔声单体高度的1/2，外槽的高度可以依据所需的强度进行合理选择，但需保证本发明的限定，所述外槽的高度在加工条件允许的情况下尽可能的减少，如车床加工可以达到2毫米，若加工工艺还能达到更小的值，则还可以进一步的降低。

21、作为本发明优选的技术方案，所述内槽的高度≤所述隔声单体高度的1/2，内槽的高度可以依据所需的强度进行合理选择，但需保证本发明的限定，所述外槽的高度为在满足加工可行性的情况下尽可能减小，例如线切割加工可以达到1毫米，若加工工艺还能达到更小的值，则还可以进一步的降低。

22、作为本发明优选的技术方案，所述肋条设置3-6个，例如可以是3个、4个、5个或6个等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。

23、优选地，所述肋条以空心柱体外壁为起始进行设置。

24、优选地，所述肋条的宽度等于所述外槽的深度。

25、优选地，所述肋条的高度等于所述外槽的高度。

26、作为本发明优选的技术方案，所述肋条等间距设置；

27、优选地，所述贯通槽等间距设置。

28、本发明中，槽的深度为沿表面向柱体内部延伸的距离，如为空心圆柱则为沿径向的长度。

29、本发明中，槽的高度为槽的相对的侧面间的距离，如为空心圆柱则为沿轴向的长度。

30、第二方面，本发明提供如第一方面所述模块化隔声体的设计方法，所述设计方法包括：

31、s1、检测模块化隔声体的声波延时t0，抗压强度p0；

32、s2、计算得到单个隔声单体或多个隔声单体组合体的声波延时和抗压强度；

33、s3、依据设计模块化隔声体的延时要求td和抗压要求pd，计算得到隔声单体的数量m或隔声单体组合体的数量m。

34、作为本发明优选的技术方案，所述模块化隔声体包括n个隔声单体或a个含b个隔声单体的组合体。

35、作为本发明优选的技术方案，所述模块化隔声体为n个隔声单体时，单个隔声单体的声波延时tn为t0/n，抗压强度pn为p0×n2；

36、优选地，所述模块化隔声体为a个含b个隔声单体的组合体时，单个隔声单体组合体的声波延时ta为t0/a，抗压强度pa为p0×a2。

37、作为本发明优选的技术方案，所述隔声单体的数量m计算满足：m×tn≤td，pn/m2≥pd；

38、优选地，所述a个含b个隔声单体的组合体的数量m计算满足：m×ta≤td，pa/m2≥pd。

39、与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

40、(1)本发明提供的模块化隔声体，通过对隔声单体进行设计，在提升隔声效果的基础上保证隔声体的抗压能力，有利于隔声体在恶劣的环境下进行使用。具体地，内外槽的加工部分保留了壳体外周一定厚度的材料(强化肋条)，该部位材料对于维持壳体的刚度及抵抗屈曲变形能力贡献最为显著，可以根据设计的强度要求调整保留材料的厚度及弧长；内外刻槽及强化肋条的设计给声波的径向与周向传播都提供了延时路径，并通过对两条路径长度的匹配，达到强度与延时的最佳组合。

41、其中，内外刻槽高度对强度的影响很大，降低刻槽高度一方面可以减少材料去除量，从而提高抗压强度，另一方面也可以减小隔声单元的长度，进一步提高强度。d2与d3的差距，及f1与f2的差距，决定了单元的隔声能力，差距越大，隔声能力越强，但抗压强度会相应减弱。d2与d3为径向声波延长路径，f1与f2为声波周向延长路径，两者应保持相当。即d3-d2约等于|f2-f1|。；

42、(2)本发明同时解决了声波仪器抗压能力难以试验确认的问题。声波仪器抗压能力弱，为了保证测井过程中的施工安全，需要对其进行准确评估。但仪器长度达3米以上，在试验过程中如果失效可能引起严重的安全事故，因此给试验执行带来很大的难度。通过隔声单元设计，单元长度小，延时与强度可以通过模拟计算获得，并加以试验验证。