向井外地层中扫描辐射三维声场的方法

摘要

本发明是反射声波成像测井或井间声波勘探中向井旁地层中扫描辐射三维声场的方法，由三个以上的圆弧阵声波辐射器在井下沿井轴线方向排列成组合圆弧阵，对圆弧阵声波辐射器的阵元沿井轴线方向、井径周方向分别进行激发，调整各个阵元的激励信号的延迟时间，使得合成主波束沿垂向、水平偏转；不断改变组合圆弧阵不同阵元的组合，增加或减小组合圆弧阵声波辐射器的相邻圆弧阵激励信号的延迟时间，实现向井外地层全方位扫描辐射三维声场。用于井下声波仪器在井眼中不同深度点的测量或地层连续扫描声波测量，尤其对于地层构造比较复杂的小型化的复杂油气藏勘探，其结果准确，提高了可靠性和精确度。

主权项

1、一种在井内向井外地层中扫描辐射三维声场的方法，其特征在于：三个以上的圆弧阵声波辐射器在井下沿井轴线方向排列成组合圆弧阵，对圆弧阵声波辐射器的阵元沿井轴线方向分别进行激发，调整各个阵元的激励信号的延迟时间，使得合成主波束沿垂向偏转；对圆弧阵声波辐射器的阵元沿井径周方向分别进行激发，同时调整各个阵元激励信号的延迟时间，使得合成主波束沿水平周向偏转；对组合圆弧阵各圆弧阵声波辐射器的三个以上阵元分别或同时进行激发，使组合圆弧阵的辐射声束周向偏转角和垂向偏转角组合；不断改变组合圆弧阵不同阵元的组合，增加或减小组合圆弧阵声波辐射器的相邻圆弧阵激励信号的延迟时间，实现向井外地层全方位扫描辐射三维声场；巡回使上述圆弧阵中各个阵元按幅度和相位加权参与振动，使声波向周向方向上扫描辐射，周向扫描辐射的角度范围为360°，所述圆弧阵周向指向性函数D₁的计算公式为： $D_1(\alpha ,\theta ,{\alpha }_0,{\theta }_0,\omega )=\frac{1}{N_s}\sqrt{N_s+2\underset{i=2}{\overset{N_s}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Sigma }}\cos (Z_i-Z_j)}---\left(1\right)$ 其中Z_i＝ka[cosθcos(α-α_i)-cosθ₀cos(α₀-α_i)]，N_s为圆弧阵(一个扇面)的阵元数，α_i为阵元i的矢径与x轴的正半轴的夹角，α_i＝i2π/N，Z_j＝ka[cosθcos(α-α_j)-cosθ₀cos(α₀-α_j)]，N_s为圆弧阵(一个扇面)的阵元数，α_j为阵元j的矢径与x轴的正半轴的夹角，α_j＝j2π/N，c为声速，ω为角频率， $k=\frac{\omega }{c}$ 为波数；θ为空间单位向量与xoy平面的夹角，θ₀为主极大方向与xoy平面的夹角，α为空间单位向量的投影与x轴的正半轴的夹角，α₀为主极大方向的投影与x轴的夹角；所述辐射声波的垂向偏转方向由下式确定： $\tau =\frac{d\sin {\theta }_0}{c}$ (2)，其中，τ为相邻圆弧阵所加激励信号的延迟时间，θ₀为相控辐射器主声束的方向的垂向偏转角，c为声源所在介质的纵波波速；所述组合圆弧阵的垂直指向性函数D₂的计算公式为： $D_2(\alpha ,\theta ,{\alpha }_0,{\theta }_0,\omega )=\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{kMd}}{2}(\sin \theta -{\sin \theta }_0)\right)}{M\sin \left(\frac{\mathrm{kd}}{2}(\sin \theta -\sin {\theta }_0)\right)}---\left(3\right)$ 其中：M为圆弧阵的数量，θ₀为组合圆弧阵辐射声波的垂向偏转方向，k为波数。