《测井仪器原理》第5章 常规声波测井仪,2011

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5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
4、指令发生电路 4个3μs延迟序列 8个不同极性控制
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
5、跟踪延迟电路
② ③① ⑤ ④
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
F R2
时间差：
t

t2
t1

L VP
L*
L
Vf VP
5.1 声波测井原理
5.1.2 声系设计和测量原理
纵波声速
L vP t
声波时差（慢度）
T 1 t (s / m)
发射频率f
vp L
电Hale Waihona Puke Baidu线路单元
输出信号
△t-U△T △t-N△T 单发双收声速测井缺点
1 1
间距L：两接收器之间的距离
5.1 声波测井原理
5.1.2 声系设计和测量原理
测量原理 滑行波到达R1、R2的时间
AT
B
t1

( CE Vm

BC VP

AB ) Vm
C
t2
( DF Vm
CD VP

BC VP
AB ) Vm
D
E R1
当井眼规则时： DF CE
声波全波测井能够得到横波速度VS
VP 2(1 )
VS
1 2
杨氏模量和泊松比是重要的岩石力学参数
5.1 声波测井原理
5.1.2 声系设计和测量原理
声系：由发射探头T和接收探头R组成的探测器 形成人工声场并设法接收通过地层传播的声波信号
源距 间距
5.1 声波测井原理
声波信号放大电路 差动放大 互补输出，电缆驱动 并联稳压
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
仪器框图（声速测量部分）
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
主要工作波形
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路 电路原理
测井仪器原理
第5章 常规声波测井仪
5.1 声波测井原理 5.2 双发双收声波测井仪
5.2.1 双发双收声系原理 5.2.2 下井仪工作原理 5.2.3 地面仪工作原理
5.3 思考题
5.1 声波测井原理
5.1.1 岩石中声波的传播参数
声波测井基础 声学物理理论：弹性波动力学 采用频率数千赫至百万赫的机械波 地下岩石在岩性、沉积年代、组织结构（孔、洞、 裂缝）等方面的不同导致了以其为介质传播的声波 在速度、幅度衰减以及频率等参数的变化
1、不跟踪延迟，不时 差比较 2、时差比较，不跟踪 延迟 3、跟踪延迟，不时差 比较 4、跟踪延迟，时差比 较
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
7、刻度电路
T t上 t下 (s / m) 2 0.4
0~600us/m，步长100
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路 工作波形
9、噪声测量电路
5.3 思考题
（1）声速测井仪的声系有哪些主要类型？各自的特 点是什么？
（2）简述双发双收声波测井仪的井眼补偿原理，获 得最佳补偿的条件是什么？
（3）SSF79井下仪是如何受控发射、放大和传输模 拟声波信号的？
（4）以下发期间为例，试说明发射同步、延迟和延 迟门组、鉴别放大和时差形成等电路协同工作获得 △t下的逻辑过程。
测量时差与井径和仪器倾斜有关
仪器记录点与声波实际传播路径中点不重合
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.1 双发双收声系原理
声系结构 对称排列的T上、T下和R1、R2 源距L0，间距L
仪器工作方式 上发期间由T上和R1、R2得到△t上 下发期间由T下和r1、r2得到△t下
5.1.2 声系设计和测量原理
换能器
发射、接收探头，一般由磁致伸缩或压电陶瓷材料 制成，起到电-声或声-电转换作用
隔声结构：减弱直达声波
当地层声速v2大于井液声速v1时，可以产生以临界角 i=arcsin（v1/v2）入射的滑行波 源距L0的选取：为使首先到达R1的是滑行波
L0 (d2 d1)
张弛振荡器 反相放大 电平匹配
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路 工作波形
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路 单稳电路 下井同步电路
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
2、鉴别放大和时差形成电路
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
NT 5106 (Hz ) (t上 t下) 106 5(t上 t下)(s)
3、时差计数和输出电路 计数
T t上 t下 NT NT (s / m) 2 0.4 5 2 0.4 4
输出信号
T t上 t下（s / m）
2 L
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.1 双发双收声系原理
井眼补偿作用 深度补偿问题
临界角影响，使得O上、 O下与O不重合
O上O下 （d2 d1）tgi
当d2和i均较大时，井眼 补偿效果不好，同时影响 对薄层的分辨能力。 仪器上提运动作用，T上 先发射，到T下发射时
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
2、鉴别放大和时差形成电路 比较器幅度鉴别 延迟、延迟们组 目的：从时间上压制干扰 功能：设定R1、R2、r1和r2的允许检测期间 信号分离门组 时差形成触发器
5.2 双发双收声波测井仪
时差检测过程（上发举例）
主控双稳翻转→上控方波有效→关闭r门→发送上 发命令至井下→地面延迟→延迟I触发→延迟门 I触发→开启R1分离门允许R1检测→R1首波到 来→时差形成触发器置位形成△t上的上升沿→ 延迟II触发→延迟门II触发→关闭R1门开启R2 门→R2首波到来→时差形成触发器置位形成△t 上的下降沿→完成△t上转换→延迟门组恢复稳态 →关闭分离门组
5.2.3 地面仪工作原理
7、刻度电路 工作波形
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路 主要用途：水泥胶结测井 电路框图
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路 电原理图
5.2 双发双收声波测井仪
（6）跟踪延迟电路的功能是什么？△W延迟量是如 何确定和实现的。
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.2 下井仪工作原理
同步发射脉冲（地面） 控制两个发射器
放大接收信号并驱动电 缆，将信号传至地面
解决超长距离传输中的 互扰：双端平衡传输， 对称使用缆芯
T1次级：高压供电、步 进增益控制
T2次级：发射脉冲
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.2 下井仪工作原理
5、跟踪延迟电路 工作波形
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路 周波跳跃的产生
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路
② ③④ ①
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路
典型的（全波）声波测井波形
5.1 声波测井原理
5.1.1 岩石中声波的传播参数
声波测井参数
由于纵波（压缩波或P波）相对速度最快，因此在 声波测井中往往也最容易接收和处理，普通声波测 井仪一般专用来接收和测量纵波声速vP
VP
E 1 (1 )(1 2 )
E —杨氏模量（弹性体单位截面上所受的力与该方向上的应变的比值） ρ—介质密度，g/cm3 —泊松比（柱状弹性体轴向受力时直径相对形变与长度相对形变之比）
h v f
5.2 双发双收声波测井仪
5.2.1 双发双收声系原理
深度补偿问题
上下两次发射实际对应的地 层不重合度
l
O上O下
h
（d 2

d1）tgi
v f
最佳补偿原理（BSS-75）
l
（d 2
d1）tgi n
v f
缺点：分辨率降低,对低速地层 会出现“盲区”