[发明专利]光纤声波传感正交偶极声波测井系统及其测量方法

权利要求书

1.光纤声波传感正交偶极声波测井系统，其特征在于，包括井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置、地面井口测井车(11)、地面DAS调制解调仪器(12)；

所述的井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置包括圆柱形结构仪器外壳(1)和用耐高温光纤按照螺旋管形绕制到小圆柱形结构上的阵列式的光纤声波偶极子传感器(2)，作为井中正交偶极声波信号接收单元；光纤声波偶极子传感器(2)下部垂直依次安装有光纤陀螺仪(4)、隔声体短节(5)和偶极声源发生器(3)；

还包括铠装光电复合缆(6)，铠装光电复合缆(6)延伸到圆柱形结构仪器外壳(1)内，与光纤声波偶极子传感器(2)和偶极声源发生器(3)相连接；

地面井口测井车(11)通过铠装光电复合缆(6)与光纤声波偶极子传感器(2)、光纤陀螺仪(4)、偶极声源发生器(3)相连接；

地面井口测井车(11)控制井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置的下井和升井，并给井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置提供电源，驱动位于井下的偶极声源发生器(3)在作业时连续重复发射偶极声波信号；

安置在井口的地面DAS调制解调仪器(12)通过铠装光电复合缆(6)连接光纤声波偶极子传感器(2)，向井下的光纤声波偶极子传感器(2)里面发射激光脉冲，采集光纤声波偶极子传感器(2)里面的背向散射瑞利波的相位数据。

2.根据权利要求1所述的光纤声波传感正交偶极声波测井系统，其特征在于，所述的光纤声波偶极子传感器(2)为在小圆柱形结构上按照一定的角度缠绕单模或多模光纤，缠绕的角度在20度到70度之间，按照螺旋管形绕制，外面套保护套，保护套最外层为圆柱形结构仪器外壳(1)，圆柱形结构仪器外壳(1)为高强度耐腐蚀的钛合金或金属材质。

3.根据权利要求1所述的光纤声波传感正交偶极声波测井系统，其特征在于，所述的光纤声波偶极子传感器(2)每级包含有4个或8个光纤声波传感偶极子接收器，每级4个或8个光纤声波传感偶极子接收器在平面上呈对称布设，每级光纤声波传感偶极子接收器记录4个方位或8个方位的井下声波数据；光纤声波偶极子传感器(2)至少有8级或8级以上的光纤声波传感偶极子接收器阵列。

4.根据权利要求1所述的光纤声波传感正交偶极声波测井系统，其特征在于，偶极声源发生器(3)包含有发射电子线路、一个或数个单极声源发射器、2个或4个或6个或8个偶极声波发射器。

5.根据权利要求1所述的光纤声波传感正交偶极声波测井系统，其特征在于，偶极声源发生器(3)是将一个单极阵列和一个偶极阵列正交组合在一起，两个阵列的配置是完全独立的，各自具有不同的传感器；单极阵列包括一个或数个单极声源，8个或8个以上的光纤声波偶极子接收传感器，单极声源发射器发射的声波是全方位的；偶极阵列是由2个或4个或8个两两正交摆放的偶极声源和8个或8个以上的交叉式偶极光纤声波接收传感器组成。

6.根据权利要求1到5任一项所述的光纤声波传感正交偶极声波测井系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将其上下端分别固定有扶正器的井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置放入待测井的井底；

S2：在井中光纤声波传感正交偶极声波测井装置从井底缓慢上提时，启动偶极声源发生器(3)连续发射声波信号，启动井口附近的地面DAS调制解调仪器(12)，连续采集光纤声波偶极子传感器(2)的DAS数据；

S3：对每个井下的光纤声波偶极子传感器(2)采集的DAS数据进行调制解调处理，将其转换成对应深度的偶极声波数据；

S4：根据从井下的偶极声源发生器(3)位置到达每个光纤声波偶极子传感器(2)的声波走时和偶极声源发生器(3)位置到已知的光纤声波偶极子传感器(2)的最短距离，计算出从已知偶极声源发生器(3)到达每个已知光纤声波偶极子传感器(2)之间的声波平均速度；

S5：如果地下介质的声波速度是均匀的，则垂直传播和沿周围水平方向传播的纵波或横波的声波速度就会是一样的，就没有速度的各向异性，如果地下介质的声波速度是非均匀的，那么在井下接收点位置测量到的垂直声波速度和从井眼四周围水平方向或者大角度入射到井眼的声波的速度就不一样，根据这种在同一介质中沿不同方向传播的声波的速度不一致现象，计算出声波速度在井眼周围三维空间的速度各向异性及其分布特征；

S6：对于在井下沿每个光纤声波偶极子传感器(2)位置采集的声波数据，可以根据在不同光纤声波偶极子传感器(2)位置记录的声波的振幅和频谱变化的特征，用频谱比值法或质心频移法或频谱拟合法计算或提取地下介质的声波衰减系数或Q值。