高性能超声电视成像测井仪

　　0　引言

　　超声电视成像测井仪器使用圆片压电陶瓷超声换能器对井壁进行360°扫描,利用井壁回波的幅度和时间对井壁表面进行成像。该技术应用于套管井内壁成像,可以了解油井中套管的腐蚀、变形情况和套管射孔、接箍的位置;应用于裸眼井井壁成像,可以了解井壁裂缝、孔洞和塌陷发育状况。但原有的超声电视成像仪器,存在以下2个问题:换能器激励电压较低,在裸眼井、重泥浆环境下,井壁反射回波的幅度较低(小于1 mV),难以对回波幅度和时间进行有效检测,成像效果不好;换能器旋转速度较低,只能以较低的测速来获得较好的图像纵向分辨率,导致一次有效测井的时间较长。为此,中国石油测井公司(CPL)与华中科技大学联合研制了高性能的超声电视成像测井仪器。该仪器通过提高换能激励电压和旋转速度,取得更好的成像效果。此外,该仪器采用CPL的EILog06统一的数据接口形式,可与该系统的地面的硬软件系统对接。

　　1　超声电视成像测井原理

　　超声电视成像测井采用一旋转超声换能器垂直井壁发射定向超声脉冲,同时接收井壁的反射回波,利用回波的声幅对井壁的反射系数进行成像,从而获取井壁的声阻抗信息。设声波垂直投射于井壁表面一点,该点与换能器的距离为l,超声换能器接收从该点反射回的能量,其输出电压Ub可表示为[1]Ub=2πI0KRfexp(-2al)F(l)式中:I0为超声换能器表面的声强;K为超声换能器的声电转换系数;Rf为井壁的超声发射系数; a为声波在泥浆中的传播损耗系数。

　　在传播介质、超声换能器、激励电压都一定的条件下,I0、K、a均为常数,距离l可通过回波时间求得,因此回波幅度就可以反映Rf的变化,可以由其估计井壁的声阻抗特性。超声电视测井仪器利用这种原理,利用回波幅度实现对井壁的反射系数成像,利用回波时间对井径大小成像。

　　2　系统结构

　　高性能超声电视成像仪器的基本结构如图1所示,包括激励与接收模块、放大与检测模块、控制与传输模块、同步模块和电源模块等5个功能模块。

　　2. 1　激励与接收模块

　　仪器共有3个换能器,其中T1和T2为工作换能器,频率分别为500 kHz和1MHz,换能器频率高则图像分辨率高,而频率低则信号穿透泥浆的能力强[2]。在生产测井时,需依据井中泥浆密度和井径大小情况,合理选择工作换能器。

　　泥浆换能器T3用于实时测量泥浆的声速,它只在工作换能器旋转一圈的开始时激励一次,检测其回波时间t,由公式v=l/t(l为超声波传输距离,已知)可以得出泥浆中的声速v,从而可以对井眼的大小进行校正。换能器的激励和接收由同一个换能器完成,信号选择器将相应的被激励换能器的接收信号送入放大与检测模块进行信号的处理。