[发明专利]一种用于随钻前视声波测井的阵列式声波辐射装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于随钻前视声波测井的阵列式声波辐射装置及方法，包括：设置于钻铤外表面的阵列式声波辐射器、获取单元及激励单元；阵列式声波辐射器包括：沿同一轴线排列的多个声波辐射站；声波辐射站包括：多个压电振子；各压电振子分别设置于钻铤外表面沿圆周方向均匀设置的各凹槽内；获取单元，用于获取适用于随钻前视声波测井的控制参数；控制参数包括：相邻声波辐射站所施加的激励信号的延迟时间及各声波辐射站所施加的激励信号的幅度权重；激励单元，用于利用控制参数激励各声波辐射站，以辐射声波能量。本发明可以控制声波能量尽可能多地向钻头前方辐射，具有提高随钻声波测井仪器的前视探测能力的有益效果。

技术领域

本发明涉及地球物理和石油工程中的测井技术领域，尤其涉及一种用于随钻前视声波测井的阵列式声波辐射装置及方法。

背景技术

随着国内外油气勘探开发的不断深入，水平井和大斜度井的钻井作业日益增多，地质导向技术发展迅速。然而，在实际钻井的过程中，钻头前方地质构造信息的不确定性不仅会影响目的层的钻遇效果，还会极大地增加钻井作业的风险。因此，需要在钻井过程中实时了解钻头前方几十厘米到几米甚至十几米的范围内有无地质构造、钻头的哪一侧有地质构造和钻头距离地质构造有多远。在获取钻前地质构造信息的基础上就可以通过地质导向技术对井眼轨迹进行监测和控制，保证实际井眼始终处于油气藏开发的最佳位置，从而可以最大限度地提高开发效益。随钻前视声波测井的探测目标主要是钻头前方的地质构造，而现有的随钻声波测井仪器的声源无明显的辐射指向性、也不能对向井外辐射的声场进行控制，只有很少的一部分能量是向钻头前方的地层中辐射。当钻头前方存在地质构造时，也只能形成很弱的散射(或反射)波信号，严重影响了仪器对钻头前方地质构造的探测能力。

因此，如何提供具有定向辐射能力的随钻声波测井仪器的声源，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于随钻前视声波测井的阵列式声波辐射装置及方法，具有提高随钻声波测井仪器的前视探测能力的有益效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于随钻前视声波测井的阵列式声波辐射装置，该装置包括：设置于钻铤外表面的阵列式声波辐射器、获取单元及激励单元；所述阵列式声波辐射器包括：沿同一轴线排列的多个声波辐射站；所述声波辐射站包括：多个压电振子；

各所述压电振子分别设置于所述钻铤外表面沿圆周方向均匀设置的各凹槽内；

所述获取单元，用于获取适用于所述随钻前视声波测井的控制参数；所述控制参数包括：相邻所述声波辐射站所施加的激励信号的延迟时间及各所述声波辐射站所施加的激励信号的幅度权重；

所述激励单元，用于利用所述控制参数激励各所述声波辐射站，以辐射声波能量。

一实施例中，所述声波辐射站还包括：设置于各所述压电振子与对应的凹槽之间的第一声电隔离体，用于隔离声电。

一实施例中，所述阵列式声波辐射器还包括：设置于各所述声波辐射站之间的第二声电隔离体，用于隔离声电。

一实施例中，各所述压电振子的工作频率范围为5kHz至25kHz。

一实施例中，每个所述声波辐射站包括至少四个所述压电振子。

一实施例中，各所述声波辐射站沿钻铤轴线等间隔排列；各所述声波辐射站所施加的激励信号的主频均相等；相邻所述声波辐射站所施加的激励信号的延迟时间均相等。

一实施例中，所述阵列式声波辐射器在井内的辐射主声束的偏转角θ_s满足如下关系式：

其中，d为相邻所述声波辐射站的中心点之间的距离，V_f为井内泥浆的纵波波速，τ为相邻所述声波辐射站所施加的激励信号的延迟时间。