[发明专利]随钻超声井眼成像系统、方法及主控与通讯电路

权利要求书

1.一种随钻超声井眼成像系统，其特征在于，包括：钻铤、发射电路、接收电路、超声波换能器阵列、主控与通讯电路、三维姿态动态测量电路、信息自动处理与存储电路；

主控与通讯电路分别连接信息自动处理与存储电路的第一端、三维姿态动态测量电路；主控与通讯电路还分别连接发射电路的第一端、接收电路的第一端；超声波换能器阵列分别连接发射电路的第二端、接收电路的第二端；接收电路的第三端连接信息自动处理与存储电路；其中，超声波换能器阵列包括安装在钻铤内中心水眼外侧壁的第一超声波换能器、以及安装在钻铤内侧壁的第二超声波换能器；发射电路、接收电路、主控与通讯电路、三维姿态动态测量电路、信息自动处理与存储电路设置在钻铤内侧壁；

主控与通讯电路，用于在钻铤旋转一个圆周的过程中，根据三维姿态动态测量电路测量的磁工具面、重力工具面、井斜角，在每个要检测的扇区位置根据最佳工作频率控制发射电路激发第二超声波换能器发射第二超声波，控制接收电路接收第二超声波经井壁反射的第二回波，并控制接收电路将第二回波发送给信息自动处理与存储电路；在钻铤旋转完一个圆周时，控制信息自动处理与存储电路根据每个扇区对应的第二回波、以及超声波波速计算得到每个扇区的井径、以及回波幅度；

其中，所述最佳工作频率、以及超声波波速为主控与通讯电路在每隔预设数量的钻铤旋转圆周后通过下述方式得到的：控制发射电路激发第一超声波换能器发射第一超声波；控制接收电路接收第一超声波经水眼壁反射的第一回波，并控制接收电路将第一回波发送给信息自动处理与存储电路；控制信息自动处理与存储电路根据第一回波计算得到超声波换能器阵列的最佳工作频率、以及超声波波速。

2.如权利要求1所述的随钻超声井眼成像系统，其特征在于，所述主控与通讯电路，具体用于：

控制发射电路向第一超声波换能器间隔发送多种调制脉冲，其中，每一调制脉冲对应不同的频率；并控制接收电路接收第一超声波换能器每次根据调制脉冲发送的第一超声波经水眼壁反射的第一回波、以及将第一回波发送给信息自动处理与存储电路；控制信息自动处理与存储电路根据接收到的各第一回波的幅度，确定幅度最大的第一回波对应的调制脉冲的频率为超声波换能器阵列中各超声波换能器的最佳工作频率；控制信息自动处理与存储电路根据接收到的第一回波确定第一超声波换能器发送该第一回波对应的第一超声波到接收电路接收到该第一回波的第一时长，根据第一时长、水眼壁内径计算得到超声波波速。

3.如权利要求1所述的随钻超声井眼成像系统，其特征在于，主控与通讯电路还包括：计数器；

所述主控与通讯电路，具体用于执行下述步骤：

步骤1：读取三维姿态动态测量电路测量的井斜角，在井斜角不大于预设角度时，读取三维姿态动态测量电路测量的磁工具面作为计算参数，在井斜角大于预设角度时，读取三维姿态动态测量电路测量的重力工具面作为计算参数；

步骤2：读取计数器的计数值，根据计数值、计算参数、以及预设测量精度确定所述钻铤是否旋转至要检测的扇区位置，并根据计数值、一个圆周的预设扇区数量、以及第二超声波换能器的数量确定钻铤是否已经旋转一个圆周，在所述钻铤旋转至要检测的扇区位置且钻铤没有旋转完一个圆周时，执行步骤3；在钻铤未旋转至要检测的扇区位置且钻铤没有旋转完一个圆周时，返回步骤1；在钻铤旋转完一个圆周时，执行步骤4；

步骤3：根据最佳工作频率控制发射电路激发第二超声波换能器向井壁发射第二超声波，控制接收电路接收第二超声波经井壁反射后的第二回波，控制接收电路将第二回波发送给信号自动处理与存储电路，控制计数器的计数值增加预设数值，返回步骤1；

步骤4：控制信息自动处理与存储电路根据每个扇区对应的第二回波、以及超声波波速计算得到每个扇区的井径、以及回波幅度，将计数器的计数值恢复至初始计数值。

4.如权利要求3所述的随钻超声井眼成像系统，其特征在于，所述主控与通讯电路，具体用于按如下方式根据计数值、计算参数、以及预设测量精度确定所述钻铤是否旋转至要检测的扇区位置：

计算计数值的2倍与计算参数之间的差值的绝对值，在所述差值的绝对值小于预设测量精度时，确定钻铤旋转至要检测的扇区位置；在所述差值的绝对值不小于预设测量精度时，确定钻铤没有旋转至要检测的扇区位置。