[发明专利]油井水泥胶结质量超声检测系统

说明书

本发明属于声学领域中的一种用超声方法检测水泥胶结质量的系统。

利用超声波的传播特性了解油井下套管后的固井质量得到了广泛的应用。80年代的水泥评价仪CET将超声传播的特征值在井下用模拟电路处理后传上地面，如B.Froelich et al.提出的《Cement Evaluation Tool-a New Approach to CementEvaluation》。后来出现了可将超声波的脉冲波形数字化以后传上地面处理的方法，如C.Morris et al.提出的《A NewSonic Array Tool for Full Waveform Logging》和W.Cobb提出的《System and method for Preprocessing andTransmitting Echo Waveform Information》(U.S.Patent4,893,286)。它们的共同特点都是由地面向井下传送井下仪器工作条件设置命令。在井下条件比较稳定，声波幅度变化不大，且超声信号的动态范围也比较小时，这种方法是可行的。若井下条件变化较大，地面计算机检测到信号幅度变化，再通过电缆向井下发改变设置的命令，需要较多时间，影响测井速度，另外，若超声信号本身的动态范围较大，一般方法是在井下使用对数放大器扩大仪器的动态范围，或使用两个不同增益值的通道同时采集，从而将动态范围扩大。前者的缺点是对数放大器的噪声电平太高；后者的不足是电路复杂。超声频率较高时这是很不利的。

本发明的目的在于提出一种由超声换能器、发射电路、去耦电路、通道选择、时间子系统、接收子系统、高速模数变换器、单片计算机和电源及其监测子系统所组成的油井水泥胶结质量超声检测系统，它可以根据地面计算机传下来的命令选择预先写在井下单片计算机内的检测方案，根据井下条件的具体变化和下传命令规定的方式实施调整井下仪器参数，达到使整个系统处于最佳状态，以最快的速度测得可靠的数据，从而解决了现有技术所存在的问题。

本发明所采用的技术方案在于它由超声换能器子系统，发射电路子系统，去耦电路子系统，通道选择子系统，时间子系统，接收子系统，高速模数变换器，单片计算机子系统和电源及电源监测子系统组成，通过通用数字式传输筒和电缆与地面计算机连接，并在地面计算机控制下工作；它的单片计算机子系统中备有地面控制或智能控制模式、实时检测或波形检测模式、定增益或变增益组合模式以及这些模式的组合等工作方式可供地面命令选择，并根据地面命令的要求设置系统各部分的工作参数和状态，然后按地面指令经通道选择子系统向发射电路子系统发出发射命令；发射电路子系统驱动超声换能器子系统发出超声脉冲；发射脉冲和超声换能器子系统接收到的脉冲先后经去耦电路子系统和通道选择子系统传送给时间子系统和接收子系统；时间子系统形成感兴趣区选通脉冲加到接收子系统，测量出零界面声时传给单片计算机在系统并向其他子系统供应时钟脉冲；接收子系统把零界面脉冲幅度和I界面脉冲幅度加宽，把感兴趣区波积分并传给单片计算机子系统的低速模数变换器，还把放大后的波形传给高速模数变换器；高速模数变换器则在单片计算机子系统的控制下实现波形的模数变换器；电源及电源监测子系统除向系统各部分提供各种电源外，还向单片计算机子系统提供电源电压的监测结果。