陣列聲波偶極換能器的相位檢測方法

田文新，毋學平，鄭　波

(中國石油測井有限公司華北事業部　河北　廊坊　065007)

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·經驗交流·

陣列聲波偶極換能器的相位檢測方法

田文新，毋學平，鄭波

(中國石油測井有限公司華北事業部河北廊坊065007)

多極子陣列聲波偶極換能器具有嚴格的方向性。在更換偶極發射換能器總成時，需要對四個方向的換能器的相位進行檢測，確定各個方向換能器相位是否正確。提供了偶極發射換能器的正確檢測方法和維修實例。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支持。

偶極發射換能器；相位檢測；示波器檢測法

0　引　言

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

1　偶極聲波的測井原理及偶極換能器簡介

1.1偶極聲波的測井原理

偶極子聲源在井內振動時，在井壁附近產生撓曲波。撓曲波是一種頻散界面波，低頻時(<1.2 kHz)，其傳播速度與地層橫波速度相等；高頻時，低于橫波速度。正交偶極陣列聲波測井技術通過測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量橫波的限制，為確保橫波速度的測量精度，偶極發射換能器應盡量降低發射頻率。通過交叉偶極子的定向性對地層進行各向異性分析，更好地了解地下裂縫的發育情況，分析地應力大小，為裂縫性儲層評價、井眼穩定性研究及指導壓裂酸化等提供更好服務[1,2]。

1.2偶極發射換能器簡介

偶極發射換能器[3]具有方向性。我們常常將其定義為X方向和Y方向。為了保證偶極發射和接收按照我們設想的方式進行，電路設計了發射和接收控制時序，控制時序是：X發射X接收、X發射Y接收、Y發射Y接收、Y發射X接收。對于接收而言，接收的偶極信號是同方向的2個接收換能器信號之差，即：X方向是X1-X2，Y方向是Y1-Y2。由于偶極測量具有嚴格的時序控制，所以偶極發射換能器的裝配位置和信號相位是不能錯的。正確的偶極換能器排列位置是：Y1正對油孔和標志線，從上向下看逆時針方向分別是：Y1、X1、Y2、X2。如圖1所示。

圖1　偶極換能器排列

1.3正確的偶極發射換能器信號相位

參照圖1正確的相位是：Y1為正信號，Y2為負信號，X1為正信號，X2為負信號。無論是偶極換能器的位置還是信號相位，只要有一個發生錯誤就會造成接收錯誤，從而引起正交偶極解釋結論的異常。

2　偶極換能器相位檢測方法

偶極發射換能器采用長條板狀壓電陶瓷結構，按壓表面會產生微弱的電壓信號[4,5]。用萬用表或者示波器能夠檢測出信號的相位。

2.1萬用表檢測法

萬用表檢測法使用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方向，如果順時針擺動說明相位為正，相反逆時針擺動說明相位為負。

2.2示波器檢測法

示波器檢測法比較直觀，將地線接到外殼上，示波器探針接觸到換能器引線的焊點上，用手指輕輕敲擊換能器表面，就會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，首波波形為負的換能器相位為負。如圖2、圖3所示：

圖2　換能器相位為正的波形圖

圖3　換能器相位為負的波形圖

3　偶極換能器相位檢測實例

24號陣列聲波儀器更換偶極發射換能器總成以后，車間檢查未發現問題。但是對現場測井資料解釋時發現全井各向異性非常強。于是我們對24號儀器在X井進行測井試驗，試驗結果顯示各向異性也是非常強，解釋結果如圖4所示。儀修工程師拆卸發射聲系，檢查引線、偶極發射變壓器、電阻和高壓二極管，沒有發現問題。重新對偶極發射換能器進行了相位檢測，發現偶極換能器信號相位出現錯誤。測試結果及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

從檢測結果分析，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，實際測量結果變成了Y2波形為正，Y1波形為負，波形相位差了180°。調整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，偶極發射換能器相位順序恢復正常。維修之前Y井試驗陣列聲波測井資料各向異性處理結果如圖4所示，全井各向異性非常強，測井資料處理結果不符合地層規律。維修之后Y井試驗陣列聲波測井資料各向異性處理結果如圖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　論

用示波器檢測偶極換能器相位的方法簡單、直觀、可靠。在更換偶極換能器總成之前，一定要對換能器進行檢測，確認各個換能器的相位。檢測好以后用記號筆標記上正、負記號。要正確無誤地按照要求進行裝配，避免因為裝配錯誤而造成的各種問題的發生。

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

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

[3] 張家田，陳寶，嚴正國.測井電子信息技術[M].北京:石油工業出版社,2010:21-25.

[4] 楚澤涵.聲波測井理論[M].北京:石油工業出版社,1985:147-193.

[5] 沈建國.聲波測井原理與技術[M].北京:石油工業出版社.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，高級工程師，1984年畢業于華北石油學校儀表自動化專業，現主要從事測井儀器維修工作。E-mail：897292032@qq.com

P631.8+11

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2096-0077(2016)04-0088-03

2015-09-22編輯：韓德林)