陣列聲波偶極換能器的相位檢測(cè)方法

田文新，毋學(xué)平，鄭　波

(中國石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部　河北　廊坊　065007)

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陣列聲波偶極換能器的相位檢測(cè)方法

田文新，毋學(xué)平，鄭波

(中國石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部河北廊坊065007)

多極子陣列聲波偶極換能器具有嚴(yán)格的方向性。在更換偶極發(fā)射換能器總成時(shí)，需要對(duì)四個(gè)方向的換能器的相位進(jìn)行檢測(cè)，確定各個(gè)方向換能器相位是否正確。提供了偶極發(fā)射換能器的正確檢測(cè)方法和維修實(shí)例。為儀修工程師更方便、快捷地維修陣列聲波偶極換能器提供技術(shù)支持。

偶極發(fā)射換能器；相位檢測(cè)；示波器檢測(cè)法

0　引　言

MPAL多極子陣列聲波成像測(cè)井儀器的應(yīng)用越來越廣泛，隨著測(cè)井工作量的不斷增加，儀器故障也越來越多。近幾年，偶極發(fā)射換能器頻繁出現(xiàn)故障，出現(xiàn)脫銀、裂紋、容值降低等問題。出現(xiàn)上述問題都需要更換偶極發(fā)射換能器。在更換偶極發(fā)射換能器的時(shí)候，需要確定換能器信號(hào)相位，從而確定偶極發(fā)射換能器的正確裝配位置。

1　偶極聲波的測(cè)井原理及偶極換能器簡(jiǎn)介

1.1偶極聲波的測(cè)井原理

偶極子聲源在井內(nèi)振動(dòng)時(shí)，在井壁附近產(chǎn)生撓曲波。撓曲波是一種頻散界面波，低頻時(shí)(<1.2 kHz)，其傳播速度與地層橫波速度相等；高頻時(shí)，低于橫波速度。正交偶極陣列聲波測(cè)井技術(shù)通過測(cè)量地層的撓曲波來確定地層的橫波，克服了軟地層中無法測(cè)量橫波的限制，為確保橫波速度的測(cè)量精度，偶極發(fā)射換能器應(yīng)盡量降低發(fā)射頻率。通過交叉偶極子的定向性對(duì)地層進(jìn)行各向異性分析，更好地了解地下裂縫的發(fā)育情況，分析地應(yīng)力大小，為裂縫性儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、井眼穩(wěn)定性研究及指導(dǎo)壓裂酸化等提供更好服務(wù)[1,2]。

1.2偶極發(fā)射換能器簡(jiǎn)介

偶極發(fā)射換能器[3]具有方向性。我們常常將其定義為X方向和Y方向。為了保證偶極發(fā)射和接收按照我們?cè)O(shè)想的方式進(jìn)行，電路設(shè)計(jì)了發(fā)射和接收控制時(shí)序，控制時(shí)序是：X發(fā)射X接收、X發(fā)射Y接收、Y發(fā)射Y接收、Y發(fā)射X接收。對(duì)于接收而言，接收的偶極信號(hào)是同方向的2個(gè)接收換能器信號(hào)之差，即：X方向是X1-X2，Y方向是Y1-Y2。由于偶極測(cè)量具有嚴(yán)格的時(shí)序控制，所以偶極發(fā)射換能器的裝配位置和信號(hào)相位是不能錯(cuò)的。正確的偶極換能器排列位置是：Y1正對(duì)油孔和標(biāo)志線，從上向下看逆時(shí)針方向分別是：Y1、X1、Y2、X2。如圖1所示。

圖1　偶極換能器排列

1.3正確的偶極發(fā)射換能器信號(hào)相位

參照?qǐng)D1正確的相位是：Y1為正信號(hào)，Y2為負(fù)信號(hào)，X1為正信號(hào)，X2為負(fù)信號(hào)。無論是偶極換能器的位置還是信號(hào)相位，只要有一個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤就會(huì)造成接收錯(cuò)誤，從而引起正交偶極解釋結(jié)論的異常。

2　偶極換能器相位檢測(cè)方法

偶極發(fā)射換能器采用長(zhǎng)條板狀壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，按壓表面會(huì)產(chǎn)生微弱的電壓信號(hào)[4,5]。用萬用表或者示波器能夠檢測(cè)出信號(hào)的相位。

2.1萬用表檢測(cè)法

萬用表檢測(cè)法使用500型萬用表，將萬用表量程放在2.5 V直流電壓檔，紅表筆接觸到換能器引線的焊點(diǎn)上，黑表筆接外殼。用手指輕按換能器表面，觀察萬用表指針的擺動(dòng)方向，如果順時(shí)針擺動(dòng)說明相位為正，相反逆時(shí)針擺動(dòng)說明相位為負(fù)。

2.2示波器檢測(cè)法

示波器檢測(cè)法比較直觀，將地線接到外殼上，示波器探針接觸到換能器引線的焊點(diǎn)上，用手指輕輕敲擊換能器表面，就會(huì)在示波器上看到一串聲波波形，觀察首波的相位就能判定換能器的相位。首波波形為正的換能器相位為正，首波波形為負(fù)的換能器相位為負(fù)。如圖2、圖3所示：

圖2　換能器相位為正的波形圖

圖3　換能器相位為負(fù)的波形圖

3　偶極換能器相位檢測(cè)實(shí)例

24號(hào)陣列聲波儀器更換偶極發(fā)射換能器總成以后，車間檢查未發(fā)現(xiàn)問題。但是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井資料解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)全井各向異性非常強(qiáng)。于是我們對(duì)24號(hào)儀器在X井進(jìn)行測(cè)井試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示各向異性也是非常強(qiáng)，解釋結(jié)果如圖4所示。儀修工程師拆卸發(fā)射聲系，檢查引線、偶極發(fā)射變壓器、電阻和高壓二極管，沒有發(fā)現(xiàn)問題。重新對(duì)偶極發(fā)射換能器進(jìn)行了相位檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)偶極換能器信號(hào)相位出現(xiàn)錯(cuò)誤。測(cè)試結(jié)果及Y1、Y2、X1、X2波形圖如圖5、圖6、圖7、圖8所示：

圖4　維修之前的各向異性處理圖

從檢測(cè)結(jié)果分析，X方向換能器即X1、X2波形相位是正確的，Y方向換能器即Y1、Y2波形相位正好相反，正常是：Y1波形為正，Y2波形為負(fù)，實(shí)際測(cè)量結(jié)果變成了Y2波形為正，Y1波形為負(fù)，波形相位差了180°。調(diào)整Y方向換能器的位置，將換能器總成重新裝配，定位孔螺絲重新固定，換能器引線重新定義，偶極發(fā)射換能器相位順序恢復(fù)正常。維修之前Y井試驗(yàn)陣列聲波測(cè)井資料各向異性處理結(jié)果如圖4所示，全井各向異性非常強(qiáng)，測(cè)井資料處理結(jié)果不符合地層規(guī)律。維修之后Y井試驗(yàn)陣列聲波測(cè)井資料各向異性處理結(jié)果如圖9所示，圖9合理地反映出Y井地層的各向異性特征。

圖5　Y1波形

圖6　Y2波形

圖7　X1波形

圖8　X2波形

圖9　維修之后的各向異性處理圖

4　結(jié)　論

用示波器檢測(cè)偶極換能器相位的方法簡(jiǎn)單、直觀、可靠。在更換偶極換能器總成之前，一定要對(duì)換能器進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)各個(gè)換能器的相位。檢測(cè)好以后用記號(hào)筆標(biāo)記上正、負(fù)記號(hào)。要正確無誤地按照要求進(jìn)行裝配，避免因?yàn)檠b配錯(cuò)誤而造成的各種問題的發(fā)生。

[1] 中國石油測(cè)井有限公司.MPAL多極子陣列聲波井下儀器維修手冊(cè)[Z].2009.

[2] 湯天知，陳鵬，陳文輝，等.Eilog快速與成像測(cè)井系統(tǒng)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2014:292-295.

[3] 張家田，陳寶，嚴(yán)正國.測(cè)井電子信息技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010:21-25.

[4] 楚澤涵.聲波測(cè)井理論[M].北京:石油工業(yè)出版社,1985:147-193.

[5] 沈建國.聲波測(cè)井原理與技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社.2009:36-71.

Phase Detection Method of Array Acoustic Dipole Transducer

TIAN Wenxin, WU Xueping, ZHENG Bo

(HuabeiDivision,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.,Langfang,Hebei065007,China)

The directionrequirement of multi pole array acoustic dipole transducer is strict. During the replacement of the dipole emission transducer assembly, it is necessary to detect the phase of the four directions of the transducer and determine whether the phase of the transducer is correct. The dipole transmitting transducer correct detection method and the maintenance examples are given, which provide technical support for quick maintenance of the array acoustic dipole transducer with more convenient.

dipole emission transducer; phase detection; oscilloscope detection method

田文新，男，1964年生，高級(jí)工程師，1984年畢業(yè)于華北石油學(xué)校儀表自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事測(cè)井儀器維修工作。E-mail：897292032@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2016)04-0088-03

2015-09-22編輯：韓德林)