专利名称：用于测井系统的声学隔离器的利记博彩app
技术领域：
本发明适用于声学测井，更具体而言本发明涉及一种用于声学测井系统的声学隔离器。
背景技术：
用声学测井工具测量有套管的(cased)和没有套管的(uncased)钻孔的侧壁材料的特性是众所周知的。基本上，这种工具测量声波脉冲经过一段已知距离的侧壁材料的传播时间。在一些研究中，声波脉冲通过大地后的幅值和频率是被关注的。
在它的最简单的形式中，声学测井仪(acoustic logger)包含一个或多个发射机传感器(transmitter transducers)用来周期性地向钻孔的周围地层发射声波信号。和发射器间隔一个已知的距离的一个或多个接收机传感器在声波通过周围地层后接收信号。信号传输和信号接收之间的时间差别用传感器之间的距离来除得到地层速度(formationvelocity)。如果传感器没有和钻孔侧壁接触，必须通过钻孔流体(borehole fluid)对时间延迟进行补偿。
在这里的全部公开，除非其它限制，“速度”这个词应被当作声波场通过弹性介质时的传输速度。
声波场采用不同的模式传输通过弹性介质。这些模式包括压缩的(compressional)或是P波，其中微粒沿着声波传播方向运动；横向剪切(transverse shear)或是S波，如果是各向同性介质，这种波可以沿两个正交方向偏振，微粒移动垂直于声波传播方向；Stonley波，即沿着钻孔的流体固体(fluid-solid)边界传输的导波；和传输通过钻孔流体(borehole fluid)本身的压缩波。也存在非对称的弯曲波，这将在后面讨论。
P波传输通过流体和固体。剪切波不能在流体中存在。传输通过钻孔流体的压缩波可以在钻孔侧壁材料中模式转换为剪切波，这是由于介质的剪切波速度比钻孔流体(borehole fluids)的压缩波的速度快而产生的折射所造成的。如果不是这样，那么侧壁材料中的剪切波只能通过直接激发产生。
在其它参数中，各种不同的传播模式通过他们的相对速度被加以鉴别。压缩波和剪切波的速度是传播介质的弹性系数和密度的函数。S波的速度，为了实际应用，应是P波的大约一半。Stonley波的速度可以比S波稍慢。传输通过钻孔流体的压缩(compressional)波场通常比地层剪切波慢，但是对于钻到某些软地层(soft formations)类型的钻孔，钻孔流体速度也许会比侧壁地层(sidewall formation)的S波速度快。弯曲波速度据说接近S波的速度，并且是声波激发频率的反比函数。有些作者将弯曲波称作赝瑞利(pseudo-Raleigh)波。
在测井中，一项对不同声波传播模式的研究提供了有关地层的弹性常数的诊断信息，岩石纹理，流体常数，渗透性，岩石龟裂，水泥和井筒(well casing)粘合质量以及其他数据。典型地，声学测井工具的输出显示采用时域记录波形序列的形式，正如在钻孔中许多不同深度水平所看到的，每个波形序列包含许多交叠的事件代表所有波形场传输模式。为了数值分析，必须隔离各自的波形场模式。S波被特别关注。但是由于S波的到达时间晚于P波的到达时间，S波的事件经常被P波的后来的周期污染(contaminated)，并且被其它延迟到达的波场干扰。因而，已知的测井工具被设计成可以对不需要的波形加以压缩，这种压缩是通过硬件的敏感设计或是在后面的过程中使用合适的软件得以实现的。单极信号和双极信号都可以通过使用合适结构的传感器加以发射和接收。由于系统测量信号的传输时间，关键的是发射器和接收器之间的空间关系在探测过程中要基本保持为常数。对单极信号，发射器和接收器之间的距离应该基本保持常数。对双极信号，发射器和接收器之间的距离和转动取向在探测过程中都应维持恒定。
众所周知的，声学发射器和声学接收器被放置在测井探测器方向相反的两端。探测器机身一般来说是合适的金属，诸如不锈钢或是类似的声导体。因而，为了阻止探测器上不需要的声波能量对通过地层的有用的声波能量的影响，需要在探测器上的发射器和探测器之间插入声学隔离器。
除此之外，使用盘管(coiled tubing)或是钻探管(drill pipe)的声学工具的展开(deployment)已经在轴向和转动方向上增加了声学探测器的负荷。例如，高偏移(highly deviated)或是水平的井孔中，探测工具可以用钻探管展开。钻探管在展开或是抽取探测工具时，可以缓慢的旋转来减少管子与钻孔壁的摩擦阻力。即使是在测井序列(loggingsequence)中，残余的轴向和/或转动方向负荷也可以通过声学测井工具传输。
现有的隔离器，大都使用索绳(wireline)展开(deployment)的方式，这种隔离器当在管子中传送测井仪遇到高负荷时，在轴向或转动方向上会脆弱或过分变形。例如，在1965年6月22日颁发给Schuster的US3191141描述了一个放置在一个发射器和一个接收器之间的有槽套管(slotted sleeve)隔离器。有槽布置为声波能量提供了一个蜿蜒的传播路径，延迟和衰减声波。有槽套管(slotted sleeve)对于那些只有单极发射器的工具来说通常足够了，但对于双极或是其它形式的多极发射是不够用的。而且，槽形结构在高轴向负荷情况下很脆弱。
1989年10月10日颁发给A.Wignall等人的US4872526，颁发给Roberts等人的US5728978，和颁发给Lester等人的US5229553都使用了多个俘获弹性体(captured elastomeric)(通常是橡胶)、用来使穿过工具的信号衰减的部件。弹性体部件在管道传送的测井的高负荷下会在轴向和转动方向上发生不可接受的形变。，这种形变的结果导致测井结果不可接受的错误，特别是来自多极源(multi-pole sources)。
需要一种声学隔离器，其柔韧度足够使其在偏移的钻孔中通过，但其强度足够保证测井工具的发射器和接收器之间的轴向和转动维度上的稳定性。
发明内容
本发明给出的系统和方法用于衰减声学测井工具中的穿过工具(throngh-tool)的声学信号。
本发明的一个方面是一种用于衰减穿过的声学信号的声学隔离器，包括多个U型链接单元，每个链接单元有两组耳部(ears)。多个轭部用于配合耳部组之间的合作。多个销(pins)用于连接多个U型链接单元和多个轭部从而提供有限的弯曲柔量(flexural compliance)。
另一方面是一种系统用于决确定一个井孔的周围地层的声学特性，包括一个管状单元从一个表层位置延伸到被研究地层的深孔。一个声学测井工具被附加在接近管状单元的底端，在那里声学测井工具有一个发射器部分；一个接收器部分；和一个销拴连接声学隔离器用来衰减穿过工具(through-tool)的声学信号。
在一个实施例中，一种对井孔周围地层进行声学研究的方法包括向井孔内传送一个声学测井工具。至少一个声波源被激活用于在地层和测井工具中产生声学信号。穿过工具的声学信号的衰减通过使用一个声学隔离器，它包括多个U型链接单元通过多个轭部协同地销拴在一起。通过地层的信号和衰减的穿过工具的信号是用至少一个接收器接收，这个接收器位于声学隔离器上与声源相对的另一边上的接收器部分中。
为了更加详细的理解本发明，参考以下描述的优选实施例以及相关图示，其中相似的单元用相似的数字表示图1是根据本发明的一个优选实施例的一个井孔内的测井系统的结构示意图；图2是根据本发明的一个优选实施例的一个井孔内的声学测井工具的结构示意图；图3A是根据本发明的一个优选实施例的隔离器组件的一部分的结构示意图；
图3B是根据本发明的一个优选实施例的图3A部分的分解图；图4是使用现有的隔离器接收声学信号的图表；以及图5是使用根据本发明的一个优选实施例的声学隔离器接收声学信号的图表。
具体实施例方式
本发明给出了一种系统和方法用于衰减下井工具中的声波，为了获得地下的地层信息，其中一些地下地层据信含有碳氢化合物沉积。
如这里所述，工具轴(tool axis)指的是工具的纵向轴，它基本平行于井孔的中心线。角度偏移指的是相对于工具轴的角度。旋转指的是绕工具轴的旋转。
图1表示一个传统的钻机1，一个节接的管子6从钻机传送到井孔2中。井孔2可以是偏斜的，包括基本水平的部分(未示出)。一个声学测井工具10被附加在接近节接的管子6的底部。如本领域所常见的，其它测井工具(未示出)可以和声学测井工具10相连，附着在声学测井工具10的上面和/或下面。节接的管子6的坚挺程度足以将声学测井工具传送到偏移的井孔中而不会被卡住。像这样，测井工具10经历基本上轴向的负荷。此外，节接的管子6在展开过程中可以旋转，由此减少发生在井孔2的侧壁的摩擦或者相对于地层30以优选的方式确定测井工具的方向。
图2中所示的声学测井工具10包含一个发射器部分5。一个接收器部分3，以及放置在发射器部分5和接收器部分3之间的一个声学隔离器4。值得一提的是，图2所示的发射器部分5和接收器部分3的位置是示例性的，而且它们可以很容易在隔离器4的任一边上进行位置互换。发射器部分5可以有单极22和/或双极23类型的源，它们置于发射器外壳51上，用来向井孔2周围的地层30发射声学信号21。这种源的实例在这里合并(incorporated)参考的US5229553中有所描述。通过地层30传播的信号21由位于接收器部分3中，接收器外壳52上的单极接收器24和/或双极接收器25接收。多个单极和/或双极接收器可以位于接收器部分3中预定的轴向间隔的位置上。双极接收器25可以被置于相对于双极源23的预定的转动取向上。
如图2所示，声学隔离器部分4被置于发射器部分5和接收器部分3之间并且分别和发射器器外壳51和接收器外壳52相连，用于衰减传输通过发射器和接收器部分3，5的工具外壳52，51的声学信号。如前所述，这些穿过工具(through-tool)的信号可能污染和/或干扰穿过地层的信号21从而导致地层30的特性解释发生错误。声学隔离器4包含预定数量的级连的万向接头7。参考图3A和3B，每个万向接头7包含一个内轭单元(inner yoke member)12，两个带有耳部17，18的外链接单元(outer link member)11，以及销13用来连接耳部17，18和轭部12。耳部17的形成基本上和耳部18相垂直。轭部12有一个穿孔27用于允许电线通过以实现发射器部分和接收器部分之间的电通讯。而且，轭部12有4个侧面36a-d，其中36a，c基本上相互平行，36b，d基本上相互平行。而且，侧面36a，c基本和侧面36b，d相互垂直。每一个侧面都有对钻孔(counter-bored holes)35，对钻孔都有肩部(未示出)用来放置销13。链接单元11的耳部17，18有相应的钻孔38，大小可以放得下销13。
组装时，轭部12被俘获在两个链接单元11的耳部17和18之间，如图3B，使得轭部12上的孔35和链接单元11上的耳部17和18上的孔38对准。典型地，4根销13被插入到每一组对准孔38，35中，并且由一个固定器件保持位置固定，例如与孔38内直径表面中的一个合适的槽(未示出)相吻合的固定环14.端帽31，32如图2所示一端有一组耳部17用于连接隔离器节点7，另一端一个合适的连接器例如一个螺纹连接用于连接接收器部分和发射器部分3，5。电线(未示出)被馈送通过多节点的中心孔26，27，并且馈送通过合适的电连接器以将工具的发射器部分5和工具的接收器部分3相连。
耳部17，18的端面40，41，如图3A，B所示，相对于一般的万向接头相比较基本上是平的，其中相应的表面被弯曲从而允许链接单元的自由转动。类似地，链接单元11本体的表面43，44基本是平的。当组装时，表面40，41和43，44之间被缝隙20隔开。正如本领域专业人员所熟悉的，平表面之间的相互作用为万向接头相对于由销拴连接确定的两个轴的销拴连接提供了一个有限的灵活性。有限的灵活性可以加以调整，通过合适地调整耳部17，18的尺寸来提供小的或大的缝隙20。轴向和扭转负荷能力基本由销13和耳部17，18的尺寸决定，需要的长度和旋转稳定性由销13和孔35和38之间的余隙(clearances)和容差(tolerance)决定。注意到本技术领域中普通的标称加工公差足以建立利用本发明的发射器和接收器的轴向和旋转对准。本发明可以增大或缩小尺寸以针对本领域中通用的不同的孔尺寸适应不同的工具尺寸。
节点7有限的灵活性运动为通过工具的声学剪切模传输的实质性衰减提供了充足的适应性。声波纵模通过跨过多个销拴连接的加长的路径和声学传输得以实质上衰减。图4和5示出了与现有的隔离器例如US5229553中描述的隔离器相比，一个示例性的有10个接头部分7的隔离器的衰减改善。图4示出对于接收器部分中的一个含有8个相互之间具有间隔的接收传感器阵列，其接收信号幅度S1-S8作为时间的函数。接收到的信号峰值由P1-P8表示，其中为了避免混淆，P2-P7在图4和5中被省略。特别注意的是峰值P1-P8相互之间随时间错斜的，这表明对于接连隔开的传感器导致的传输时间的增加。图5表示在使用了本发明的隔离器之后，同样的8个传感器所接收到的信号。图表使用的幅值和时间标度和图4相同。可以清楚地看到，接收信号的幅值，例如以P1示例，在使用了本发明所述的隔离器之后得到了大幅衰减。峰值P2-P8已经被衰减得不容易分辨。
在一个优选实施例中，隔离器接头7由金属材料制成。选择地，如本领域所熟知，隔离器接头7可以由光纤加强型复合(fiberreinforced composite)材料制成。然而在另一个实施例中，接头可以是使用金属和复合材料的一种混合体。
这里说明并描述了本发明的一个具体的实施例，本领域的技术人员都知道本发明存在许多数值上的可以进行变化和修改的地方，下面的权利要求意欲对所有的这些变化和修改加以保护。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种声学隔离器，用于衰减穿过工具的声学信号，包含a.一个链接单元，具有一组耳部；b.一个轭部单元，适于被插入到所述耳部组之间；以及c.一个连接销，将轭部单元和所述链接单元的耳部组相连，使得当穿过工具的声学信号通过所述连接销从所述链接单元传送到所述轭部单元时被衰减。
2.权利要求1中所述声学隔离器，还包含一对端帽，用于连接一个发射器部分和一个接收器部分至所述隔离器。
3.权利要求1所述声学隔离器，其中每个链接单元和每个轭部单元具有一个轴向孔，用来通过至少一根电线。
4.权利要求1中的声学隔离器，其中该声学隔离器由(i)金属材料(ii)复合材料中的至少一种制成。
5.权利要求1中的隔离器，其中每一个耳部的端表面基本上是平的，用于提供所述隔离器的预定的有限灵活性运动。
6.一种用于确定井孔周围的地层的声学特性的系统，包括a.一个管状单元，在井孔中向一个关心的井下地层延伸；b.一个发射器，位于所述管状单元中；c.一个接收器，位于所述的管状单元中，和所述发射器空间相隔；以及d.一个声学隔离器，位于所述的管状单元中所述发射器和所述接收器之间，所述的声学隔离器包括一个第一链接，通过一个连接销和一个第二链接耦合，使得声学信号从所述第一链接通过所述连接销传到所述第二链接时被衰减。
7.权利要求6所述的系统，其中发射器包括至少一个声源。
8.权利要求7所述的系统，其中所述至少一个声源是(i)单极源，以及(ii)多极源的其中之一。
9.权利要求8所述的系统，其中多极源是一个二极源。
10.权利要求6所述的系统，其中接收器包括至少一个声学接收器。
11.权利要求10所述的系统，其中所述至少一个声学接收器是(i)单极接收器(ii)多极接收器的其中之一。
12.权利要求11所述的系统，其中多极接收器是一个二极接收器。
13.权利要求6所述的系统，其中声学隔离器由(i)金属材料(ii)复合材料中的至少一种制成。
14.权利要求6所述的系统，其中声学隔离器适于在所述发射器部分和所述接收器部分之间提供电连接。
15.权利要求6所述的系统，其中管状单元是(i)索绳(ii)盘曲管(iii)节接的管绳的其中之一。
16.一种用于对井孔周围的地层进行声学勘查的方法，包括a.传送一个管状单元到井孔中，该管状单元具有附加在其上的一个发射器和一个接收器，其中接收器和发射器空间相隔；b.在发射器中激活一个声源，用来产生声学信号；c.使用位于管状单元内发射器和接收器之间的声学隔离器，衰减沿着管状单元从发射器向接收器传输的声学信号，此声学隔离器包含一个第一链接，通过一个连接销和一个第二链接相耦合，使得声学信号在从所述第一链接通过所述连接销传到所述第二链接时被衰减；以及d.使用接收器接收所述通过地层和通过声学隔离器的信号，此接收器位于所述声学隔离器上与发射器相反的一侧上。
17.权利要求16所述的方法，其中声源是(i)单极源(ii)多极源中的至少一种。
18.权利要求16所述的方法，其中声学接收器是(i)单极接收器(ii)多极接收器中的至少一种。
19.权利要求16所述的方法，其中声学隔离器由(i)金属材料(ii)复合材料中的至少一种制成。
权利要求
1一种用于衰减穿过工具的声学信号的声学隔离器，包括a.多个U型链接单元，每一个链接单元有两组耳部；b.多个轭部单元；以及c.多个销，用于连接所述的多个U型链接单元和所述多个轭部单元。
2.权利要求1中的装置，还包括一对端帽，用于将一个发射器部分和一个接收器部分与所述隔离器相连。
3.权利要求1中的隔离器，其中每个链接单元和每个轭部单元有一个轴向孔用来通过至少一根电线。
4.权利要求1中的声学隔离器，其中声学隔离器由(i)金属材料，以及(ii)复合材料，中的至少一种制成。
5.权利要求1中的隔离器，其中每一个耳部的端表面基本上是平的，用于为所述的隔离器提供一个预定的有限灵活运动。
6.一种用于确定井孔周围的地层的声学特性的系统，包括a.一个管状单元，从一个表面位置到一个关心的井下地层在井孔中延伸；b.一个声学测井工具，被附加在接近所述管状单元的底端，所述的声学测井工具具有i.一个发射器部分；ii.一个接收器部分；以及iii.一个销拴连接声学隔离器，用于衰减穿过工具的声学信号。
7.权利要求6所述的系统，其中发射器部分包括至少一个声源。
8.权利要求7所述的系统，其中所述的至少一个声源是(i)单极源，以及(ii)多极源的其中之一。
9.权利要求8所述的系统，其中多极源是一个二极源。
10.权利要求6所述的系统，其中接收器部分包括至少一个声学接收器。
11.权利要求10所述的系统，其中所述的至少一个声学接收器是(i)单极接收器(ii)多极接收器的其中之一。
12.权利要求11所述的系统，其中多极接收器是一个二极接收器。
13.权利要求6所述的系统，其中声学隔离器由(i)金属材料(ii)复合材料中的至少一种制成。
14.权利要求6所述的系统，其中声学隔离器适于在所述的发射器部分和所述的接收器部分之间提供电连接。
15.权利要求6所述的系统，其中管状单元是(i)索绳(ii)盘曲管(iii)节接的管绳的其中之一。
16.一种用于对井孔周围的地层进行声学勘查的方法，包括a.向井孔内传送一个声学测井工具；b.激活至少一个声波源，用于在地层和测井工具中产生声学信号；c.使用衰减穿过工具的声学信号，该声学隔离器包含多个U型链接单元，通过多个轭部单元协同地销栓在一起；以及d.使用至少一个接收器接收所述的通过地层的信号和衰减的穿过信号，此接收器位于所述的声学隔离器上与所述声源相反的一边上的接收器部分中。
17.权利要求16所述的方法，其中至少一个声源是(i)单极源(ii)多极源中的至少一种。
18.权利要求16所述的方法，其中至少一个声学接收器是(i)单极接收器(ii)多极接收器中的至少一种。
19.权利要求16所述的方法，其中声学隔离器由(i)金属材料(ii)复合材料中的至少一种制成。
全文摘要
一种用于衰减穿过工具的声学信号的声学隔离器，包括多个U型链接单元(11)，每一个链接单元有两组耳部(17，18)；多个轭部单元(12)，适于装配在协同的耳部组之间；多个销(13)，用于连接所述的多个U型链接单元(11)和所述多个轭部单元(13)，提供有限的灵活性适应。该隔离器可由金属或复合材料制成。
文档编号G10K11/00GK1739043SQ200480002265
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者查尔斯·雷丁, 赫伯特·贝姆格拉本, 查尔斯·哈特曼, 窦格拉斯·J·派特森 申请人:贝克休斯公司