[发明专利]一种井下声系

说明书

一种井下声系，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节包括第一声系单元和第二声系单元，所述第一声系单元、第二声系单元和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。所述井下声系结构和规格尺寸设计满足海上风电塔基声波远探测成像与评价系统的测量环境，声系采用了弹性体灌封的大功率单极子纵波发射换能器，优化设计了弹性体灌封的低频宽带正交偶极发射换能器，选择了高灵敏度接收换能器和接收控制电路一体化的接收声系，保证了声系发射的大功率、低频和足够的带宽，以及接收声系的高灵敏度。

技术领域

本发明涉及海上风电勘探设计和海上探测测井设备技术领域，特别涉及一种井下声系。

背景技术

海上风电勘探设计是海上风电前期工作必备的环节，是海上风电塔基建设、建造的基础。海上风电塔基的设计评价主要包括几种技术途径，即常规物探技术，井下测量技术和钻孔取样技术，每种技术又包括不同的实现方法，并形成多种测量和实施仪器产品。其中，井下测量技术是非常重要的技术之一，同样，井下测量技术也包括多种测量方法和测量仪器，例如，井下电阻率测量仪器、井下放射性测量仪器、井眼直径测量仪器和井下声波测量仪器等产品。

井下声波测量仪器是指在海上风电塔基钻井完成以后，将装有传感器或者探头的声系和控制单元的井下声波测量仪器放到井眼中完成测量，仪器通过电缆完成地面系统的供电，遥传控制以及提升或下放等，在仪器实施测井时，声波发射传感器发射声波，声波通过井孔流体的耦合，声波信号在井孔地层中传播，在不同的界面处发生透射、折射和反射等声波能量和模式的转换，然后声波信号被接收传感器接收(地层回波信号)，回波信号通过电缆和网络传输协议上传到地面采集控制系统，地面系统对数据进行管理处理，并计算出地层各种模式波的特征数据(速度和衰减等)，利用相关算法对这些特征数据提取分析，完成对井下地层岩性的特性参数获取，以及井眼附近地质结构体的探测评价。

目前井下发射声系主要采用两种方式，单极子声系和偶极子声系发射，其中单极子声系实现单极子纵波测量的激励，偶极子声系完成弯曲横波测量的激励，接收声系完成纵波、横波等各种模式波的接收。目前，井下声系单元面临的主要问题包括，第一，声系工作频率高且带宽较窄。现有仪器声系发射工作频率较高，单极子在10-15kHz之间，偶极子在1-6kHz之间，工作带宽是通过谐振峰的组合来实现的，发射带宽明显受限，而风电塔基部分的地层，属于非常疏松和高孔隙地层，可能含气，也可能含有多种复杂的结构地质体，发射声系的高频声波信号衰减非常严重，因此，目前的发射声系设计，无法满足塔基区域的地层和地层中的地质结构体进行全面评价和探测。第二，接收声系灵敏度较低，目前的接收声系，局限于井下环境条件的限制，接收声系灵敏度较低，一般在-230dB到-200dB的范围内，因风电塔基地层的疏松特性，接收声波信号非常弱小，低灵敏度的接收声系无法获得与地层和地质结构体评价相关多种模式波的信号。第三，声系规格尺度较大且采用复杂繁琐的硅油密封封装，海上塔基探测的钻孔较小，井眼直径一般在90-150mm的范围内，现有声系直径一般都大于108mm，为耦合和密封要求，一般对声系采用了抽真空的硅油充填办法，封装、安装、维护非常耗时耗力。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下声系单元，采用了低频的发射声系，频率低于1kHz，使得低频的声波信号能在疏松的地层中传播衰减更小，采用复合结构的拓展发射带宽设计使得发射声系适于风电塔基各种复杂地层的探测，在低频段对发射传感器进行激励控制，可以使传感器的效率达到最佳。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种井下声系，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。