[发明专利]用于对钻孔周围地层的非线性和线性特性进行成像的装置和方法

权利要求书

1.一种用于调查钻孔周围的材料的方法，该方法包括：

在钻孔内生成第一低频声波，其中，第一低频声波在材料中的与钻孔的半径大致垂直的一个或多个特征部中诱导线性和非线性响应；

沿相对于钻孔的纵轴垂直的方向，将高频脉冲的第一序列与第一声波同时期地引导到材料中；以及

在可定位在钻孔中的一个或多个接收器处，接收由高频脉冲的第一序列与经历因第一低频声波导致的线性和非线性弹性变形的一个或多个特征部之间的交互所生成的一个或多个第二高频脉冲，来调查钻孔周围的材料。

2.根据权利要求1的方法，其中，如果高频脉冲的第一序列遇到材料内的具有导致向钻孔反射或反向散射能量的声阻抗的差异的一个或多个特征部，则在所述一个或多个接收器处接收到第二高频脉冲。

3.根据权利要求2的方法，其中，如果高频脉冲的第一序列遇到这样的一个或多个特征部，所述一个或多个特征部按使得所述一个或多个特征部在经历因第一低频声波而造成的变形以致使该变形在低频声波的循环期间改变声阻抗的差异的同时、将能量反向引导至钻孔的方式来取向，则在一个或多个接收器处接收到第二高频脉冲。

4.根据权利要求1的方法，其中，第一声波和高频脉冲的第一序列由压缩波源、横波源或两者生成。

5.根据权利要求4的方法，其中，第一声波的源包括被配置成诱导材料中的线性和非线性弹性变形的振动部件。

6.根据权利要求1的方法，其中，所述一个或多个接收器在钻孔中按阵列布置。

7.根据权利要求1的方法，其中，所述一个或多个接收器被配置成记录所述一个或多个第二高频脉冲的一个或多个方向分量。

8.根据权利要求1的方法，还包括：重复生成第一声波，和在钻孔内按不同方位取向并且按不同深度引导高频脉冲的第一序列，以生成钻孔周围的材料的线性和非线性弹性特征部的三维图像。

9.根据权利要求1的方法，其中，钻孔周围的材料从由以下组成的组中选择：水泥、套管、岩层、钻孔中或周围的流体、及其组合。

10.根据权利要求1的方法，其中，所接收的第二高频脉冲具有取决于在高频脉冲的第一序列被材料反射的位置和时间的低频脉冲的相位的特性。

11.根据权利要求1的方法，还包括：基于接收的一个或多个第二高频脉冲，确定材料是包括线性反射体还是非线性反射体。

12.根据权利要求11的方法，还包括：对接收的一个或多个第二高频脉冲滤波。

13.根据权利要求12的方法，其中，滤波器包括高通滤波器，被布置成隔离接收的一个或多个第二高频脉冲中的高频分量。

14.根据权利要求11的方法，还包括：确定经滤波的一个或多个第二高频脉冲的随时间的幅度变化。

15.根据权利要求1的方法，其中，高频脉冲的第一序列被啁啾或者被编码，或者既被啁啾又被编码。

16.根据权利要求1的方法，其中，高频脉冲的第一序列被调制，并且调制从由以下组成的组中选择：幅度、相位、周期及其任何组合。

17.根据权利要求1的方法，其中，在低频波的每个循环发射在5个与100个之间的第一频率脉冲，并且第一高频脉冲具有至少为低频波的频率的十倍的频率。

18.根据权利要求1的方法，还包括：基于发送高频脉冲的第一序列的第一时间、接收到高频脉冲的第二序列的第二时间、以及声音沿高频脉冲的第一序列的路径和沿第二高频脉冲的路径的估算速度，确定到一个或多个特征部的径向距离。

19.根据权利要求18的方法，其中，所述确定包括：计算高频脉冲的第一序列和第二高频脉冲的互相关。

20.根据权利要求1的方法，其中，如果高频脉冲的第一序列遇到材料中的按使得特征部在经历剪切变形的同时反向引导能量的方式取向的非线性弹性特征部，则在一个或多个接收器处接收到第二高频脉冲。