一種可變方位的高靈敏度噪聲測(cè)井儀及噪聲監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)井技術(shù)的領(lǐng)域，涉及一種可變方位的高靈敏度噪聲測(cè)井儀及噪聲監(jiān) 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著工業(yè)不斷增長(zhǎng)以及國(guó)內(nèi)的生活水平進(jìn)一步的提高這些都加大了我國(guó)對(duì) 能源的需求，而在這些能源中，石油扮演著不可或缺的重要角色，在交通運(yùn)輸業(yè)、工業(yè)和農(nóng) 業(yè)中。
[0003] 在石油測(cè)井過(guò)程中需要大量的井下信息，如地層特性、井眼的信息等，可通過(guò)測(cè)井 方法來(lái)獲取這些井下信息。傳統(tǒng)的有線測(cè)井，如將探針安裝在地層傳感器上通過(guò)一個(gè)電纜 線將其放入井眼內(nèi)。將探針從井眼內(nèi)上提，測(cè)量井眼周圍的地層特性信息。而傳統(tǒng)的噪聲測(cè) 井就是在一定的壓力梯度下，通過(guò)流體在狹窄的孔道里流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流噪聲，研究噪聲 的頻率特征和幅度特性，從而確定井下油與水的流動(dòng)所發(fā)出的噪聲的情況。
[0004] 現(xiàn)有的噪聲測(cè)井的裝置，在方位上測(cè)得不是很準(zhǔn)確，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得測(cè)井信息，導(dǎo)致 在抽取到井底的石油內(nèi)含有水，且抽到石油不夠純。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可變方位的高靈敏度噪聲測(cè)井 儀及噪聲監(jiān)測(cè)方法，利用單個(gè)接收換能器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定向，提高了噪聲測(cè)井的效率和精確 度。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種可變方位的高靈敏度噪聲測(cè)井儀，包括接收換能器、電子倉(cāng)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和 電源;所述的接收換能器包括壓電陶瓷圓筒，沿壓電陶瓷圓筒周方向其內(nèi)、外壁上等間距覆 蓋有四組銀電極，壓電陶瓷圓筒內(nèi)、外壁上位置對(duì)應(yīng)的兩個(gè)銀電極形成一組，每組的兩個(gè)銀 電極連在一起，各組銀電極之間的壓電陶瓷圓筒極化方向與壓電陶瓷圓筒的半徑方向平 行，各組銀電極之間的壓電陶瓷圓筒極化后形成四組沿壓電陶瓷圓筒圓周方向間隔交替的 正電極和負(fù)電極，壓電陶瓷圓筒內(nèi)部為正電極、外部為負(fù)電極，通過(guò)正電極與負(fù)電極形成四 對(duì)信號(hào)輸出端；
[0008] 所述的電子倉(cāng)中包括四路分別與接收換能器四對(duì)信號(hào)輸出端連接的信號(hào)處理通 道，還包括有A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路和CAN總線;各路信號(hào)處理通道均包括前置預(yù)處 理電路，低通濾波電路，可變?cè)鲆娣糯箅娐泛碗妷悍糯箅娐?，單片機(jī)控制電路分別與A/D轉(zhuǎn) 換電路連接、CAN總線及各路信號(hào)處理通道的可變?cè)鲆娣糯箅娐愤B接，接收換能器接收到的 聲音信號(hào)經(jīng)聲-電轉(zhuǎn)換得到電信號(hào)，微弱的電信號(hào)通過(guò)前置預(yù)處理電路，可變?cè)鲆娣糯箅?路，電壓放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路處理后送到CAN總線，通過(guò)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊傳送到井上的地面 系統(tǒng)。
[0009] 進(jìn)一步，所述的接收換能器外部覆蓋有橡皮囊，接收換能器內(nèi)部裝有支架，支架前 端設(shè)有密封架，支架后端裝有管卡，所述支架，密封架和壓電陶瓷圓筒形成一個(gè)密封倉(cāng)，一 端連接接收換能器的內(nèi)部電纜穿過(guò)密封倉(cāng)與電子倉(cāng)連接。
[0010] 進(jìn)一步，所述壓電陶瓷圓筒內(nèi)、外壁上位置對(duì)應(yīng)的兩個(gè)銀電極通過(guò)覆蓋在壓電陶 瓷圓筒頂部或底部邊緣上的銀橋連接在一起。
[0011] 進(jìn)一步，所述壓電陶瓷圓筒內(nèi)、外壁上的四組銀電極通過(guò)絲網(wǎng)印刷形成。
[0012] 進(jìn)一步，所述預(yù)處理電路增益為20,可變?cè)鲆娣糯箅娐窞?0。
[0013] -種噪聲監(jiān)測(cè)方法，將噪聲測(cè)井儀放入井底由接收換能器的內(nèi)部的4個(gè)正電極與 相對(duì)應(yīng)的外部4個(gè)負(fù)電極依次連在一起，引出4路聲壓信號(hào)，將井下接收換能器接收到的4路 信號(hào)傳送到地面系統(tǒng)，通過(guò)地面系統(tǒng)將接收到的4路聲壓信號(hào);再由聲壓梯度求得水平與垂 直方向的振速信號(hào)，通過(guò)聲強(qiáng)流公式，合成8個(gè)方向的噪聲信號(hào)。對(duì)合成的8個(gè)方向噪聲信號(hào) 的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，如果其中一路信號(hào)相比其他信號(hào)幅度變化在3dB~10dB，則判 斷為有泄露的發(fā)生；如果8路信號(hào)的其中一路信號(hào)的幅度變化低于3dB，則判斷為沒(méi)有泄露 發(fā)生，并可以得到哪一個(gè)方向的信號(hào)的噪聲最大和最小。
[0014] 進(jìn)一步，設(shè)接收換能器輸出的4路聲壓信號(hào)為P(t)，并由聲壓梯度與振速之間的關(guān) 系求出速度的水平信號(hào)Vx(t)，速度的垂直信號(hào)V Y(t)，Vx(t)與VY(t)具有偶極子指向性，具 體方法如下：
[0015]當(dāng)接收換能器中輸出4路信號(hào)為是？1，？2，？3，？4，分別位于坐標(biāo)軸上，壓電陶瓷圓 筒的半徑為r，液體的密度為P，則井中的噪聲的聲壓值為P = PX+P2+P3+P4，該噪聲信號(hào)的水 平速度》
〖_，該噪聲的信號(hào)的垂直速度夕
纟)，聲 壓信號(hào)p(t)與振速信號(hào)V(t)的乘積為聲強(qiáng)流，在各向同性噪聲場(chǎng)中，聲壓與振速是相互獨(dú) 立的，矢量接收換能器的偶極子的指向性能夠進(jìn)行電子的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電子旋轉(zhuǎn)后矢量接收換 能器的組合指向性|^)=匕~°心) +以#@)=~)%_-0，其中，爐為引導(dǎo)方位，改變供啲值能 夠旋轉(zhuǎn)組合指向性VC; @為VC的極大值方向；聲壓和振速進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，聲矢量接收換能 器能夠形成多種指向性，其中，由于單邊指向性的公式7 =(~+ 電子旋轉(zhuǎn)其引導(dǎo)方向爐將產(chǎn)生相應(yīng)的I，現(xiàn)取兩個(gè)相隔β角度的波束輸出A =(〃匕)％和 A = ,計(jì)算I:與12的相關(guān)運(yùn)算并經(jīng)過(guò)歸一化處理可得:d， 式中，％=約+及，當(dāng)釣與#2取不同的值時(shí)，通過(guò)上式得到不同方向的倍頻窄波束指向性 圖。
[0016] 本發(fā)明可變方位的高靈敏度噪聲測(cè)井儀，利用單個(gè)接收換能器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定向， 而且在一定的條件下與目標(biāo)源的頻率范圍無(wú)關(guān)，具有很強(qiáng)的抗干擾性，與傳統(tǒng)的探測(cè)設(shè)備 相比，減少了重量和尺寸。將該裝置放入井底由接收換能器的內(nèi)部的4個(gè)正電極與相對(duì)應(yīng)的 外部4個(gè)負(fù)電極依次連在一起，就可以引出4路聲壓信號(hào)，并且這4路沿著坐標(biāo)軸不同方向的 信號(hào)的聲壓信號(hào)，由相應(yīng)的公式合成三路信號(hào)分別是:聲壓信號(hào)P，垂直的速度信號(hào)Vy，水平 的速度信號(hào)Vx，通過(guò)將這三路信號(hào)進(jìn)行處理理論合成八個(gè)方向，確定八個(gè)方向的噪聲的波 束的轉(zhuǎn)變，這樣提高了噪聲測(cè)井的效率和精確度。
[0017] 解決了現(xiàn)有噪聲測(cè)井裝置的沒(méi)有方向性，并且適合在低頻工作，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán) 重的信號(hào)失真的現(xiàn)象，抗干擾性強(qiáng)，也適合與氣體鉆井的工作范圍，該噪聲測(cè)井裝置在矢量 探測(cè)和高靈敏上發(fā)揮最佳的優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，體積小，功耗低等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明噪聲測(cè)井儀連接系統(tǒng)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明噪聲測(cè)井儀的剖面圖；
[0020] 圖3為換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3(a)為壓電陶瓷圓筒的示意圖；
[0022] 圖3(b)為壓電陶瓷圓筒的內(nèi)部信號(hào)輸出示意圖；
[0023] 圖4為噪聲聲矢量倍頻窄波束的8方向的指向性圖；
[0024] 圖4(a)為倍頻窄波束的0度指向性圖；
[0025]圖4(b)為倍頻窄波束的45度指向性圖；
[0026] 圖4(c)為倍頻窄波束的90度指向性圖；
[0027] 圖4(d)為倍頻窄波束的135度指向性圖；
[0028] 圖4(e)為倍頻窄波束的180度指向性圖；
[0029] 圖4(f)為倍頻窄波束的225度指向性圖；
[0030] 圖4(g)為倍頻窄波束的270度指向性圖；
[0031 ]圖4 (h)為倍頻窄波