阵列声波偶极换能器的相位检测方法

田文新，毋学平，郑　波

(中国石油测井有限公司华北事业部　河北　廊坊　065007)



·经验交流·

阵列声波偶极换能器的相位检测方法

田文新，毋学平，郑波

(中国石油测井有限公司华北事业部河北廊坊065007)

多极子阵列声波偶极换能器具有严格的方向性。在更换偶极发射换能器总成时，需要对四个方向的换能器的相位进行检测，确定各个方向换能器相位是否正确。提供了偶极发射换能器的正确检测方法和维修实例。为仪修工程师更方便、快捷地维修阵列声波偶极换能器提供技术支持。

偶极发射换能器；相位检测；示波器检测法

0　引　言

MPAL多极子阵列声波成像测井仪器的应用越来越广泛，随着测井工作量的不断增加，仪器故障也越来越多。近几年，偶极发射换能器频繁出现故障，出现脱银、裂纹、容值降低等问题。出现上述问题都需要更换偶极发射换能器。在更换偶极发射换能器的时候，需要确定换能器信号相位，从而确定偶极发射换能器的正确装配位置。

1　偶极声波的测井原理及偶极换能器简介

1.1偶极声波的测井原理

偶极子声源在井内振动时，在井壁附近产生挠曲波。挠曲波是一种频散界面波，低频时(<1.2 kHz)，其传播速度与地层横波速度相等；高频时，低于横波速度。正交偶极阵列声波测井技术通过测量地层的挠曲波来确定地层的横波，克服了软地层中无法测量横波的限制，为确保横波速度的测量精度，偶极发射换能器应尽量降低发射频率。通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向异性分析，更好地了解地下裂缝的发育情况，分析地应力大小，为裂缝性储层评价、井眼稳定性研究及指导压裂酸化等提供更好服务[1,2]。

1.2偶极发射换能器简介

偶极发射换能器[3]具有方向性。我们常常将其定义为X方向和Y方向。为了保证偶极发射和接收按照我们设想的方式进行，电路设计了发射和接收控制时序，控制时序是：X发射X接收、X发射Y接收、Y发射Y接收、Y发射X接收。对于接收而言，接收的偶极信号是同方向的2个接收换能器信号之差，即：X方向是X1-X2，Y方向是Y1-Y2。由于偶极测量具有严格的时序控制，所以偶极发射换能器的装配位置和信号相位是不能错的。正确的偶极换能器排列位置是：Y1正对油孔和标志线，从上向下看逆时针方向分别是：Y1、X1、Y2、X2。如图1所示。

图1　偶极换能器排列

1.3正确的偶极发射换能器信号相位

参照图1正确的相位是：Y1为正信号，Y2为负信号，X1为正信号，X2为负信号。无论是偶极换能器的位置还是信号相位，只要有一个发生错误就会造成接收错误，从而引起正交偶极解释结论的异常。

2　偶极换能器相位检测方法

偶极发射换能器采用长条板状压电陶瓷结构，按压表面会产生微弱的电压信号[4,5]。用万用表或者示波器能够检测出信号的相位。

2.1万用表检测法

万用表检测法使用500型万用表，将万用表量程放在2.5 V直流电压档，红表笔接触到换能器引线的焊点上，黑表笔接外壳。用手指轻按换能器表面，观察万用表指针的摆动方向，如果顺时针摆动说明相位为正，相反逆时针摆动说明相位为负。

2.2示波器检测法

示波器检测法比较直观，将地线接到外壳上，示波器探针接触到换能器引线的焊点上，用手指轻轻敲击换能器表面，就会在示波器上看到一串声波波形，观察首波的相位就能判定换能器的相位。首波波形为正的换能器相位为正，首波波形为负的换能器相位为负。如图2、图3所示：

图2　换能器相位为正的波形图

图3　换能器相位为负的波形图

3　偶极换能器相位检测实例

24号阵列声波仪器更换偶极发射换能器总成以后，车间检查未发现问题。但是对现场测井资料解释时发现全井各向异性非常强。于是我们对24号仪器在X井进行测井试验，试验结果显示各向异性也是非常强，解释结果如图4所示。仪修工程师拆卸发射声系，检查引线、偶极发射变压器、电阻和高压二极管，没有发现问题。重新对偶极发射换能器进行了相位检测，发现偶极换能器信号相位出现错误。测试结果及Y1、Y2、X1、X2波形图如图5、图6、图7、图8所示：

图4　维修之前的各向异性处理图

从检测结果分析，X方向换能器即X1、X2波形相位是正确的，Y方向换能器即Y1、Y2波形相位正好相反，正常是：Y1波形为正，Y2波形为负，实际测量结果变成了Y2波形为正，Y1波形为负，波形相位差了180°。调整Y方向换能器的位置，将换能器总成重新装配，定位孔螺丝重新固定，换能器引线重新定义，偶极发射换能器相位顺序恢复正常。维修之前Y井试验阵列声波测井资料各向异性处理结果如图4所示，全井各向异性非常强，测井资料处理结果不符合地层规律。维修之后Y井试验阵列声波测井资料各向异性处理结果如图9所示，图9合理地反映出Y井地层的各向异性特征。

图5　Y1波形

图6　Y2波形

图7　X1波形

图8　X2波形

图9　维修之后的各向异性处理图

4　结　论

用示波器检测偶极换能器相位的方法简单、直观、可靠。在更换偶极换能器总成之前，一定要对换能器进行检测，确认各个换能器的相位。检测好以后用记号笔标记上正、负记号。要正确无误地按照要求进行装配，避免因为装配错误而造成的各种问题的发生。

[1] 中国石油测井有限公司.MPAL多极子阵列声波井下仪器维修手册[Z].2009.

[2] 汤天知，陈鹏，陈文辉，等.Eilog快速与成像测井系统[M].北京:石油工业出版社,2014:292-295.

[3] 张家田，陈宝，严正国.测井电子信息技术[M].北京:石油工业出版社,2010:21-25.

[4] 楚泽涵.声波测井理论[M].北京:石油工业出版社,1985:147-193.

[5] 沈建国.声波测井原理与技术[M].北京:石油工业出版社.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，高级工程师，1984年毕业于华北石油学校仪表自动化专业，现主要从事测井仪器维修工作。E-mail：897292032@qq.com

P631.8+11

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2096-0077(2016)04-0088-03

2015-09-22编辑：韩德林)