[实用新型]地质探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油工业领域，特别是涉及一种地质探测装置。

背景技术

在地质导向钻井中，对钻头前方地质情况进行实时精确的预测，在保障钻井安全、提高探井成功率和保护储集层等方面发挥着不可替代的作用。基于电法和核物理的井孔测量技术，可以以较高的分辨率对井孔周围的地层情况进行探测，但不适合对钻头前方较大距离范围内的地层结构及其参数情况进行探测。相比之下，声波可以在远距离的地层中进行传播，基于声波在物质中传播的原理发展起来的工程技术，在钻头前方地质情况的探测中具有一定的优势。

目前，可用于对钻头前方地质情况进行实时探测的两种声波技术分别是：钻头地震技术和随钻测量技术。其中，钻头地震技术采用钻头振动作为声源向地层中发射声波信号，放置到地面上的若干个检波器接收来自地下的直达波和反射波信号，通过对接收信号进行处理，得到钻头前方地质结构情况。随钻测量地震技术则是应用地表常规震源作为声源，接收部分集成到井下钻头附近的钻具组合中，通过将采集到的信号进行处理，得到钻头前方地层的结构情况。这两种技术在钻前地层情况的预测中起到了一定的作用，但存在一些问题。一方面，这两种技术都存在声源和接收器的长距离分离造成的信号衰减大，声源频率低造成的分辨率低等问题；另一方面，钻头地震技术在疏松地层、大斜度井等情况下的使用效果较差，而随钻地震测量方法容易受到数据传输速度低等方面的制约。

另外，一种近钻头声波信号发射和接收装置可以对钻头前方的地质体的位置等情况进行预测。其中前者以声波测井仪器在钻孔中形成的导波信号为声源，利用该信号与钻头前方地层之间的相互作用而达到探测的目的；后者未给出声学装置具体的信号发射和测量方式。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决目前钻头前方地质探测中存在的长距离传播引起的信号衰减和噪声混叠的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种地质探测装置，所述装置包括：发射换能器组合、接收换能器组合和控制系统；所述发射换能器组合由多个换能器阵元组成；

所述发射换能器组合与接收换能器组合分别与所述控制系统相连接；

所述发射换能器组合发射声波信号，通过地层到达被探测物，并且所述发射换能器组合为相控阵换能器组合，所述相控阵换能器组合中的换能器阵元按照幅度和相位加权的方式加载激励信号；所述接收换能器组合接收所述被探测物反射回的通过所述地层的回波信号,并发送给所述控制系统；所述控制系统对所述回波信号进行处理，从而获取所述被探测物的信息。

进一步地，所述装置还包括，所述换能器阵元的相位加权方式是通过控制阵元加载激励信号的延迟时间来实现的，根据公式计算所述延迟时间，其中d_t为延迟时间，d₁为所述换能器阵元的间距，V_f为钻井中的钻井液的流体声速，θ为所述换能器阵元组合发出声波的声束偏转角与所述钻井的井轴交角。

进一步地，所述相控阵换能器组合中的换能器阵元按照幅度和相位加权的方式加载激励信号包括：对所述换能器阵元加载具有相同时域和频域特征的低频信号。

进一步地，所述相控阵换能器组合中的换能器阵元按照幅度和相位加权的方式加载激励信号还包括：对所述换能器阵元加载具有相同时域和频域特征的低频调制高频信号。

进一步地，所述被探测物信息包括被探测物的结构信息、位置信息和声阻抗变化信息。

进一步地，所述回波信号包括：直达波信号、地层交界面处的反射波信号和来自地层反射体的反射波信号。

进一步地，所述装置还包括隔声体，用于阻隔钻铤波信号。

本实用新型的优点：实时探测钻头前方地质情况，利用定向声波技术提供的声源信号向钻头前方发射能量较强的信号，从而达到准确探测的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的地质探测装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的控制系统示意图；

图3为本实用新型实施例提供的地质探测装置应用场景示意图；

图4为本实用新型实施例提供的地质探测方法流程图；

图5为本实用新型实施例提供的应用相控阵技术发射声波时的接收波列示意图；

图6为本实用新型实施例提供的应用参量相控阵技术发射声波时的接收波列示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的地质探测装置示意图。如图1所示，该装置包括：