Page 118 - 《应该声学》2022年第2期

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0 引言
偶极声波测井可用于孔隙度、渗透率和流体
饱和度等地层参数的估算以及地层各向异性评
价 [1−4] ，在油气勘探开发过程中其应用越来越广。
为了提高生产效率，保障测井作业质量，必须在下井
前对偶极声波测井仪器性能 (尤其是发射声系) 进
行必要的检测，快速确定仪器发射声系在经过长距
离运输后仍能工作正常。对其发射声系性能的检测
工作一般需要采用比较笨重、复杂、昂贵的专门检
测装置，测井前线基地由于条件相对简陋而且地点
不太固定，很难配备这些装置，因而对发射声系的
检测主要在仪器生产基地进行。黄理琴
种声波测井仪器测试系统实现方案，利用声系仿真
模块生成测试信号，对仪器井下电路进行测试。该
方案仅针对仪器井下电路部分，缺乏对换能器的检
测。刘栋等 [6] 基于嵌入式系统框架研制出了可用于
声波测井仪声系的测试系统。该系统主要由声波信
号发射装置和声波接收装置两部分组成，可分别用
于对测井仪接收声系和发射声系进行较为全面的
调试和检测。该系统仍比较繁琐，不便于在测井前
线基地运用。
本文提出了一种针对偶极声波测井仪器发射
声系性能进行快速检测的方法。首先，在生产场地
对经过检测装置检验后的声波测井仪器发射声系
激发的声场进行测量，提取出声源主频、声场强度
和空间分布对称性特征，作为评价依据；在测井前
线基地，再次对仪器激发声场进行测量，提取出相
应的声场特征并与评价依据进行对比，当两者一致
时，即可认为仪器发射声系性能完好。本方法可以
在仪器下井前对发射声系性能进行高效、便捷的检
测。本文介绍了偶极声波测井仪器发射声系激发声
场的测量、声场特征提取以及发射声系性能评价依
据获取方法；针对偶极横波远探测测井仪的偶极发
射声系开展了相应的测试实验，测量了其激发的三
维声场，得到了声源主频、声源强度以及空间分布
对称性特征，可用于该仪器发射声系的性能评价。
1 偶极横波远探测测井仪器偶极发射声系
结构及声场信号采集装置
1.1 偶极横波远探测测井仪器偶极发射声系结构
偶极横波远探测测井仪偶极发射声系包含上
下换能器阵列，每个换能器阵列由 4 个正交分布的
2022 年 3 月
三叠片换能器组成，相互平行的两个三叠片换能器
构成一个偶极子声源 (即每个阵列包含两个偶极子
源)。正对三叠片换能器中心的 4 个方向依次记为
X-1、Y -1、X-2、Y -2；沿 X 方向分布的偶极子记为
X-偶极子，沿 Y 方向分布的偶极子记为 Y -偶极子。
图 1 为偶极发射声系结构图。仪器工作时，阵列中
的X-偶极子源和 Y - 偶极子源交替发射声波。特别
说明，这里的“上”和“下”指的是两个换能器阵列之
间的相对位置，上换能器阵列位于下换能器阵列的
上部，与相对接收声系的位置无关。
X-Ϧౝܦູ X-Ϧౝܦູ
ʾ૱ᑟ Y-Ϧౝܦູ ʽ૱ᑟ
٨᫼ѵ
٨᫼ѵ Y-Ϧౝܦູ
[5] 提出了一
́٨ ́٨ᮇ
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图 1 偶极横波远探测仪偶极发射声系结构示意图
Fig. 1 Dipole sonic emission system structure di-
agram of shear-wave imaging tool
1.2 声场信号采集装置
声场采集与处理装置是由传声器、信号预处理
器以及采集终端 3 部分组成。传声器主要完成声场
信号的拾取，将声信号转变为电信号后送至信号预
处理器。信号预处理器实现对接收到信号的放大。
采集终端完成数据的显示与存储。在实验过程中，
使用示波器作为采集终端。
该采集装置共有 4 条采集通道，可同时采集 4
个位置的声场信号。采用AWA6221B型声校准器对
4条通道的传声器进行校准，得到了传声器在 1 kHz
处的灵敏度；再根据传声器自带的校准文件，可以得
到其在200 Hz ∼ 6 kHz频率范围内的频响曲线。信
号预处理器的增益特性可以通过比较法 [7] 测量获
得，即对比通过预处理器和不通过预处理器采集到
的声场信号，得到信号预处理器的增益特性，图2 为
测量流程图。实验中所使用的示波器−3 dB带宽为
350 MHz，可以认为在 200 Hz ∼ 6 kHz 频率范围内
ηՂԧ ͜ܦ٨ ηՂᮕ Y  (ω) K ஝૶᧔
ၷ٨ ܫေ٨ ᬷጼቫ
Y  (ω)
Ћ͈K: नТ
图 2 信号预处理器增益特性测量流程图
Fig. 2 Gain curve measurement diagram of sound
field acquisition device