摘要：对声波测井相控线阵声波辐射器进行了幅度加权的优化设计。分别针对辐射声束主瓣和旁瓣的最小化条件建立了相控线阵幅度加权的优化目标函数,采用拉格朗日乘子算法对目标函数进行非线性规划,并确定了最优幅度加权因子。通过数值计算对比分析了均匀幅度加权和不同幅加权条件下相控线阵声波辐射器的指向性以及辐射声束角宽的差异。结果表明,优化设计可以很好地实现相控线阵辐射旁瓣的最小化和给定旁瓣级条件下声束主瓣角宽的最窄控制,并且可以根据声波测井的不同要求提供相控线阵辐射器幅度加权的优化参数。

摘要：常规的单极子声波测井仪器无法对井旁地层的方位性质进行评价,多极子声波测井仪器有一定的方位测量能力,方位分辨率较低且反演地层性质时存在多解性。设计了一种具有方位辐射特性的声波测井相控圆弧阵声波辐射器,采用三维有限差分法对其在井旁地层中产生的声场进行了数值模拟。对模拟声场的方位特征进行的分析表明:相控圆弧阵声波辐射器产生的声波能量基本向某一周向角范围的井壁入射,进入地层的声波在一定周向角范围内传播。随着轴向源距的不断增大,相控圆弧阵声波辐射器在井旁地层中产生的声束周向角宽度逐渐变大。这种相控圆弧阵声波辐射器可用于方位反射声波测井新技术中,能评价井旁地层声学性质沿井周方向的变化,有助于复杂油气藏的识别和评价。

摘要：设计了一种八通道高速高精度并行数据采集系统。该系统具有14位分辨率,4×105次/s最高转换速度。采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现了数据采集速率和采集数据量的程控选择功能,并控制FIFO缓存波形数据。数字处理器(DSP)通过串行命令总线控制采集速率、采集深度并启动采集;通过串行高速数据总线读取采集数据并进行实时处理。整个电路控制灵活,指标先进,结构紧凑,适合高性能井下设备使用。井下测试结果表明,波形特征明显,信噪比高。

摘要：介绍了一种用于石油仪器的大功率多极子阵列声波换能器激励源的设计方案。该方案中,大规模复杂可编程器件执行DSP通过专用串行线路发送的命令,精确地控制多个激励源的激励时刻和激励宽度,实现了对声波辐射能量的最佳控制。对该方案进行了实验测试。测试结果表明,所设计的激励源能够保证控制电路系统在150℃环境温度下稳定工作,适于井下高温高压恶劣环境应用。

摘要：提出了一种可用于随钻声波测井的非对称的圆弧片状声源,旨在发展一种能够在钻井过程中精确确定反射体位置的三维反射声波远探测方法。研究了在复杂的井孔条件(钻铤偏心、各向异性和不规则井孔形状)下,该声源向地层中辐射的声场的特征,进一步分析了不同井况条件对三维随钻远探测声波测井的影响。数值模拟结果表明,在圆形井孔、钻铤居中条件下,无论快速地层还是慢速地层,圆弧片状声源均能够向地层中定向辐射声波信号,其辐射指向性图主瓣3 dB角宽窄,旁瓣级低,方位分辨率较高,适用于随钻三维反射成像测井;井壁粗糙程度、地层各向异性等因素对声场特征影响不大,说明该方法适用于粗糙井壁和各向异性地层情况;钻铤偏心和井壁一侧的破坏对辐射声场的影响较大。对本文的模型而言,在破坏深度小于3 cm或者偏心距离小于2 cm时,声场仍有较好的方位特征,该方法仍然适用。而当破坏深度大于6 cm,声场指向性图出现多个幅值较大的角瓣,可能无法利用其确定反射体的方位。本文的研究结果为三维随钻反射声波仪的设计和研发提供了必备的理论基础。

摘要：设计了一种用于石油仪器的多极子阵列声波接收电路。这种电路由信号缓冲、信号合成、模式选择、两级带通滤波电路、程控衰减与放大电路等组成,它能把接收换能器接收到的信号组合形成单、偶极及四极子声波信号,从而实现对声波信号的接收、合成、滤波和程控衰减与放大。测试结果表明,这种电路简化了声系结构设计,放大和滤波功效显著,且干扰小,结构紧凑,升级灵活,扩展方便,控制简单,指标先进,比较适合高性能井下设备使用。

摘要：换能器是声波测井仪器的重要组成部分,利用ANSYS有限元软件包可以对声波测井仪器所需的换能器进行设计.数值模拟了弯曲振子声波换能器在空气中不同机械边界条件下的振动模态,结果显示不同的机械边界条件影响相同频带内的振动模态个数和同一振动模态的频率.根据模拟结果和实验所需,设计、制作了声波测井弯曲振子换能器.对制作的弯曲振子的振动模态进行了实验室测量,并与数值模拟结果进行了对比分析,两者的基频的一致性较好.数值模拟结果可以对设计、制作和正确安装弯曲振子声源起到良好的指导作用.

摘要：自行设计和制作了两个小型的四阵元相控线阵并进行了指向性测量,通过调节施加于相邻阵元的激励信号的延迟时间,既可以改变相控线阵声波辐射器辐射能量的方向,又可以改变辐射声束主瓣的角宽,测量结果与理论计算结果的一致性良好。分别把自行制作的小型相控线阵声波辐射器和水听器置于充液微型铝质和混凝土模型井中进行了声波测井模型实验。实验结果表明,随着相邻阵元的激励信号的延迟时间的增加,相控线阵的辐射声束指向角不断变大,先后满足滑行纵波临界折射和滑行横渡临界折射条件,先后使充液井孔中的滑行纵波、滑行横波和斯通利波分别得到加强。通过恰当选择相控线阵的阵元间距和声波频率,可以明显增大相控线阵辐射声束的角宽,使其覆盖所有地层的第一临界角的范围,从而无须在井下不断调整辐射声束方向即可实现相控声波连续测井。

摘要：设计了一种具有复合功能的环形结构的多极子声波测井辐射器。基本方法是由多个作弯曲振动的压电振子构成了圆弧阵辐射器,通过改变圆弧阵上压电振子的组合方式和振动相位,使该圆弧阵成为单极子源、偶极子源和四极子声源。在实验室的消声水池内对多极子声波测井辐射器的单极子、偶极子和四极子声源的频率特征和指向性等参数进行了测量。实验结果表明,在不同组合和激励条件下,圆弧阵具有声波测井的单极子、偶极子和四极子声源的辐射特征。采用该声波辐射器可以缩短多极子声波测井仪器的长度、简化多极子声波测井波形处理步骤和提高声波测井质量。

摘要：基于流-固交界面上的伪瑞利波衰减依赖半空间流体性质这一特点,提出了一种利用伪瑞利波幅度测量液位的声学方法,并设计实验对其可行性进行了探讨。首先简要介绍了该方法的理论基础,回顾了前一篇文章的数值模拟工作所得到的重要结论;而后在水槽内进行实验,使用两个源距固定的横波换能器分别激发和接收铝制柱体表面的伪瑞利波,测量了不同液面高度下的脉冲伪瑞利波幅度及其主频偏移,并与数值模拟结果进行了比较。实验结果表明,测量所得的伪瑞利波幅度变化范围略小于数值模拟所得到的结果,但二者在反映变化规律上具有较好的一致性,即:随着液面高度的升高,脉冲伪瑞利波幅度近似呈指数下降,与此同时主频向低频偏移,偏移量近似呈线性规律增大。本文的研究结果从实验上验证了这一检测方法的可行性和有效性。