一种可变方位的高灵敏度噪声测井仪及噪声监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测井技术的领域，涉及一种可变方位的高灵敏度噪声测井仪及噪声监 测方法。
【背景技术】
[0002] 目前，随着工业不断增长以及国内的生活水平进一步的提高这些都加大了我国对 能源的需求，而在这些能源中，石油扮演着不可或缺的重要角色，在交通运输业、工业和农 业中。
[0003] 在石油测井过程中需要大量的井下信息，如地层特性、井眼的信息等，可通过测井 方法来获取这些井下信息。传统的有线测井，如将探针安装在地层传感器上通过一个电缆 线将其放入井眼内。将探针从井眼内上提，测量井眼周围的地层特性信息。而传统的噪声测 井就是在一定的压力梯度下，通过流体在狭窄的孔道里流动时会产生湍流噪声，研究噪声 的频率特征和幅度特性，从而确定井下油与水的流动所发出的噪声的情况。
[0004] 现有的噪声测井的装置，在方位上测得不是很准确，无法准确测得测井信息，导致 在抽取到井底的石油内含有水，且抽到石油不够纯。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可变方位的高灵敏度噪声测井 仪及噪声监测方法，利用单个接收换能器对目标进行定向，提高了噪声测井的效率和精确 度。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种可变方位的高灵敏度噪声测井仪，包括接收换能器、电子仓、数据收发模块和 电源;所述的接收换能器包括压电陶瓷圆筒，沿压电陶瓷圆筒周方向其内、外壁上等间距覆 盖有四组银电极，压电陶瓷圆筒内、外壁上位置对应的两个银电极形成一组，每组的两个银 电极连在一起，各组银电极之间的压电陶瓷圆筒极化方向与压电陶瓷圆筒的半径方向平 行，各组银电极之间的压电陶瓷圆筒极化后形成四组沿压电陶瓷圆筒圆周方向间隔交替的 正电极和负电极，压电陶瓷圆筒内部为正电极、外部为负电极，通过正电极与负电极形成四 对信号输出端；
[0008] 所述的电子仓中包括四路分别与接收换能器四对信号输出端连接的信号处理通 道，还包括有A/D转换电路、单片机控制电路和CAN总线;各路信号处理通道均包括前置预处 理电路，低通滤波电路，可变增益放大电路和电压放大电路，单片机控制电路分别与A/D转 换电路连接、CAN总线及各路信号处理通道的可变增益放大电路连接，接收换能器接收到的 声音信号经声-电转换得到电信号，微弱的电信号通过前置预处理电路，可变增益放大电 路，电压放大电路，A/D转换电路处理后送到CAN总线，通过数据收发模块传送到井上的地面 系统。
[0009] 进一步，所述的接收换能器外部覆盖有橡皮囊，接收换能器内部装有支架，支架前 端设有密封架，支架后端装有管卡，所述支架，密封架和压电陶瓷圆筒形成一个密封仓，一 端连接接收换能器的内部电缆穿过密封仓与电子仓连接。
[0010] 进一步，所述压电陶瓷圆筒内、外壁上位置对应的两个银电极通过覆盖在压电陶 瓷圆筒顶部或底部边缘上的银桥连接在一起。
[0011] 进一步，所述压电陶瓷圆筒内、外壁上的四组银电极通过丝网印刷形成。
[0012] 进一步，所述预处理电路增益为20,可变增益放大电路为30。
[0013] -种噪声监测方法，将噪声测井仪放入井底由接收换能器的内部的4个正电极与 相对应的外部4个负电极依次连在一起，引出4路声压信号，将井下接收换能器接收到的4路 信号传送到地面系统，通过地面系统将接收到的4路声压信号;再由声压梯度求得水平与垂 直方向的振速信号，通过声强流公式，合成8个方向的噪声信号。对合成的8个方向噪声信号 的数据进行数据的分析处理，如果其中一路信号相比其他信号幅度变化在3dB~10dB，则判 断为有泄露的发生；如果8路信号的其中一路信号的幅度变化低于3dB，则判断为没有泄露 发生，并可以得到哪一个方向的信号的噪声最大和最小。
[0014] 进一步，设接收换能器输出的4路声压信号为P(t)，并由声压梯度与振速之间的关 系求出速度的水平信号Vx(t)，速度的垂直信号V Y(t)，Vx(t)与VY(t)具有偶极子指向性，具 体方法如下：
[0015]当接收换能器中输出4路信号为是？1，？2，？3，？4，分别位于坐标轴上，压电陶瓷圆 筒的半径为r，液体的密度为P，则井中的噪声的声压值为P = PX+P2+P3+P4，该噪声信号的水 平速度》
〖_，该噪声的信号的垂直速度夕
纟)，声 压信号p(t)与振速信号V(t)的乘积为声强流，在各向同性噪声场中，声压与振速是相互独 立的，矢量接收换能器的偶极子的指向性能够进行电子的旋转，当电子旋转后矢量接收换 能器的组合指向性|^)=匕~°心) +以#@)=~)%_-0，其中，炉为引导方位，改变供啲值能 够旋转组合指向性VC; @为VC的极大值方向；声压和振速进行适当的组合，声矢量接收换能 器能够形成多种指向性，其中，由于单边指向性的公式7 =(~+ 电子旋转其引导方向炉将产生相应的I，现取两个相隔β角度的波束输出A =(〃匕)％和 A = ,计算I:与12的相关运算并经过归一化处理可得:d， 式中，％=約+及，当釣与#2取不同的值时，通过上式得到不同方向的倍频窄波束指向性 图。
[0016] 本发明可变方位的高灵敏度噪声测井仪，利用单个接收换能器对目标进行定向， 而且在一定的条件下与目标源的频率范围无关，具有很强的抗干扰性，与传统的探测设备 相比，减少了重量和尺寸。将该装置放入井底由接收换能器的内部的4个正电极与相对应的 外部4个负电极依次连在一起，就可以引出4路声压信号，并且这4路沿着坐标轴不同方向的 信号的声压信号，由相应的公式合成三路信号分别是:声压信号P，垂直的速度信号Vy，水平 的速度信号Vx，通过将这三路信号进行处理理论合成八个方向，确定八个方向的噪声的波 束的转变，这样提高了噪声测井的效率和精确度。
[0017] 解决了现有噪声测井装置的没有方向性，并且适合在低频工作，同时不会出现严 重的信号失真的现象，抗干扰性强，也适合与气体钻井的工作范围，该噪声测井装置在矢量 探测和高灵敏上发挥最佳的优势的问题，结构简单，灵敏度高，体积小，功耗低等特点。
【附图说明】
[0018]图1为本发明噪声测井仪连接系统示意图；
[0019]图2为本发明噪声测井仪的剖面图；
[0020] 图3为换能器的结构示意图；
[0021] 图3(a)为压电陶瓷圆筒的示意图；
[0022] 图3(b)为压电陶瓷圆筒的内部信号输出示意图；
[0023] 图4为噪声声矢量倍频窄波束的8方向的指向性图；
[0024] 图4(a)为倍频窄波束的0度指向性图；
[0025]图4(b)为倍频窄波束的45度指向性图；
[0026] 图4(c)为倍频窄波束的90度指向性图；
[0027] 图4(d)为倍频窄波束的135度指向性图；
[0028] 图4(e)为倍频窄波束的180度指向性图；
[0029] 图4(f)为倍频窄波束的225度指向性图；
[0030] 图4(g)为倍频窄波束的270度指向性图；
[0031 ]图4 (h)为倍频窄波