СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ АКУСТИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКОВ
METHODS AND SYSTEMS FOR CALIBRATION OF ACOUSTIC RECEIVERS

Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и системам для исследования подземных пластов с использованием акустических измерений, проводимых в стволе скважины. В частности, настоящее изобретение относится к способам и системам для калибровки акустических приемников, используемых для сбора акустических измерений вдоль ствола скважины.
Предшествующий уровень техники
Генерация и запись акустических волн в стволе скважины является важнейшим измерением, применяемым при каротаже в нефтяных скважинах. Для проведения акустических измерений в настоящее время имеются различные скважинные приборы и способы. Некоторые приборы включают в себя единичный источник звуковых волн и два или более приемников, однако большинство приборов в настоящее время включают в себя два или более акустических источников и много приемников, размещенных в виде матрицы. Хотя имеющиеся в настоящее время акустические приборы полезны для получения большого объема информации, относящейся к исследуемому пласту и параметрам скважины, акустические измерения в скважине, в основном, необходимы для оценки медленности пласта волны сжатия и волны сдвига.
Медленность пласта в отношении волны сжатия обычно оценивается с использованием времен распространения, полученных посредством первого процесса обнаружения движения. В случае использования прибора с одним источником и двумя приемниками медленность пласта оценивается вычитанием времен прихода между двумя приемниками и делением на расстояние между приемниками. Однако эта оценка подвержена погрешностям вследствие наклона прибора, эрозии ствола скважины, эффектов на границе залежи и т.д. Дополнительные акустические источники и приемники и более надежные методы, например STC (анализ медленность-время-когерентность), помимо прочего, используются для уменьшения погрешностей, вносимых такими эффектами окружающей среды.
Волны сжатия можно обнаружить с помощью монопольных измерений. Однако в медленных пластах волны сдвига не обнаружимы с помощью монопольных измерений. Направленные или дипольные акустические источники облегчают обнаружение волны сжатия и волны сдвига. Тем не менее, монопольное и квадрупольное загрязнение дипольных измерений является основной проблемой с акустическими каротажными приборами с использованием матриц приемников. Акустические приемники часто имеют разную чувствительность, а разная чувствительность к одной и той же волне приводит к большей вероятности недипольного загрязнения. Даже аналогично или идентично изготовленным приемникам свойственно выдавать разные амплитуды и времена приема (т.е. рассогласование по амплитуде и фазе). Поэтому обычно приходится калибровать акустические каротажные приборы, обнаруживая и корректируя рассогласование по амплитуде и фазе различных приемников, установленных на каротажных приборах, для улучшения оценки медленности и расчета мод в скважине.
Обычно обслуживающий персонал по отдельности калибрует каждый приемник перед каждой операции каротажа, пытаясь скорректировать рассогласование по амплитуде и фазе. Такие калибровки могут помочь, каждый приемник калибруется до того, как он будет установлен на прибор, с помощью приемников, подверженных воздействию атмосферных условий. Однако много факторов могут объединиться, что вызовет значительные вариации чувствительности, несмотря на обычные усилия по калибровке. Некоторые факторы, приводящие к вариациям чувствительности, включают в себя положение и выравнивание приемников, скважинную электронику, факторы окружающей среды, например давление и температуру, и пр. Обычно приемники подвержены условиям, значительно отличающимся от условий калибровки на поверхности, и в настоящее время трудно или невозможно учесть изменения, обусловленные окончательным размещением и выравниванием приемников на каротажном приборе. В ходе эксплуатации приемники заключены в маслонаполненные зонды, но в ходе калибровки они находятся в воздухе. Поэтому, хотя некоторые поставщики приемников гарантируют малые (≤5%) вариации чувствительности для отдельных приемников, после того, как приемники установлены на акустический прибор, вариации чувствительности обычно уже не соответствуют предписанным параметрам.
Поэтому многие акустические каротажные приборы используют дюжины приемников или более. По мере возрастания потребностей в точных каротажных данных возрастает количество приемников, используемых в каротажных приборах. Соответственно калибровка каждого отдельного приемника становится очень долговременным и дорогостоящим делом. Все же, согласно рассмотренному выше, даже дорогостоящие и требующие много времени методы, известные в настоящее время, имеют ограниченную эффективность. Современные методы калибровки пренебрегают многими важными факторами, включая окончательное размещение приемников на каротажном приборе и фактические условия эксплуатации.
Настоящее изобретение призвано преодолеть или, по меньшей мере, уменьшить последствия одной или более из вышеописанных проблем.
Изложение существа изобретения
Настоящее изобретение отвечает вышеописанным и другим потребностям. Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и системы для калибровки акустических приемников, которые позволяют облегчить калибровку акустических приемников на месте. Известные способы предусматривают калибровку акустических приемников до их установки на прибор. Согласно настоящему изобретению предусматривается калибровка акустических приемников, когда приемники уже установлены на приборе. Калибровка акустических приемников, установленных на приборе, обеспечивает более точные каротажные данные.
Согласно некоторым аспектам изобретения способы и системы облегчают калибровку акустических приемников благодаря реализации процедуры коррекции и компенсации рассогласования по амплитуде и фазе между разными приемниками. Можно проверять и корректировать отклик акустических приемников, чтобы гарантировать правильную работу, и отбрасывать недипольные моды, когда нужны дипольные измерения. Способ может включать в себя вычисление различных поправочных коэффициентов для разных частотных диапазонов и учитывать разные источники акустической передачи.
Согласно одному аспекту изобретения поправочные коэффициенты для амплитуды и фазы для одного или нескольких отдельных акустических приемников определяются из стационарных измерений на низких, средних и высоких частотах, созданных в акустической камере, в которую помещен прибор. Необработанные сигналы формы волны, обусловленные множественными ориентациями прибора, усредняются и усекаются. Для каждого акустического передатчика и частоты каротажа получают множественные кадры, которые усредняют по всем ориентациям прибора для вычисления поправочных коэффициентов для одного или более акустических приемников.
Согласно некоторым аспектам изобретения измерения волны сдвига компенсируются с помощью низкочастотных поправочных коэффициентов, а измерения высокочастотных волн сжатия компенсируются с помощью средне- и высокочастотных поправочных коэффициентов. Процедура калибровки выявляет функциональные возможности и чувствительность каждого приемника, назначает наиболее чувствительный приемник как эталонный и вычисляет поправки на коэффициент усиления и задержку для остальных приемников на основании различий между эталонным приемником и остальными приемниками.
Согласно некоторым аспектам изобретения применение процесса калибровки гарантирует максимальный уровень рассогласования по амплитуде между приемниками около 1,0 дБ и максимальное рассогласование по фазе между приемниками около 1,5 градусов. Благодаря обеспечению максимальных уровней рассогласования между приемниками отношение дипольных измерений к монопольным будет, в целом, ≥30 дБ, что гарантирует возможность пренебречь монопольными, квадрупольными и секступольными модами в дипольных измерениях.
Дополнительные преимущества и существенные признаки изобретения будут изложены в нижеследующем описании и могут быть изучены специалистами в данной области на основании этих материалов или практического применения изобретения. Преимущества изобретения обеспечиваются средствами, упомянутыми в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах представлены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые раскрыты в нижеследующем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид в сборе акустического прибора и акустической камеры согласно изобретению;
Фиг.2 - вид сбоку акустической камеры, в которой размещен акустический прибор, согласно изобретению;
Фиг.3 - схему соединения электронных блоков, связанных с акустическим прибором и акустической камерой, согласно изобретению;
Фиг.4A - кадр формы волны на первой приемной станции акустического прибора до применения каких-либо поправочных коэффициентов к приемникам;
Фиг.4B - кадр формы волны на первой приемной станции акустического прибора после применения поправочных коэффициентов к приемникам согласно изобретению;
Фиг.5 - множество форм волны, иллюстрирующих процедуру усреднения формы волны, согласно изобретению;
Фиг.6A - вид с торца частично в разрезе акустического прибора, заключенного в акустическую камеру в первой ориентации, согласно изобретению;
Фиг.6B - вид с торца частично в разрезе акустического прибора, заключенного в акустическую камеру во второй ориентации, согласно изобретению;
Фиг.6C - вид с торца частично в разрезе акустического прибора, заключенного в акустическую камеру в третьей ориентации, согласно изобретению;
Фиг.6D - вид с торца частично в разрезе акустического прибора, заключенного в акустическую камеру в четвертой ориентации, согласно изобретению;
Фиг.7A-7D - метод окна, который можно применять к форме волны, согласно изобретению;
Фиг.8A - диаграмму волны, иллюстрирующую результаты применения поправочных коэффициентов к несогласованным сигналам приемников на низкой частоте, согласно изобретению;
Фиг.8B - спектральный график, иллюстрирующий результаты применения поправочных коэффициентов к несогласованным сигналам приемников на низкой частоте, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9A - диаграмму волны, иллюстрирующую результаты применения поправочных коэффициентов к несогласованным сигналам приемников на средней или высокой частоте, согласно изобретению;
Фиг.9B - спектральную диаграмму, иллюстрирующую результаты применения поправочных коэффициентов к несогласованным сигналам приемников на средней или высокой частоте, согласно изобретению;
Фиг.10 - диаграммы среднего давления и стандартного отклонения для приемной станции до и после применения поправочных коэффициентов к несогласованным сигналам приемников согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Ниже описаны варианты осуществления изобретения. В этом описании рассмотрены не все признаки фактической реализации изобретения. Очевидно, что при разработке любого варианта осуществления приходится принимать многочисленные решения, зависящие от реализации, для достижения конкретных целей разработчиков, например для согласования с системными и коммерческими ограничениями, которые изменяются от одной реализации к другой. Кроме того, очевидно, что такие усилия по разработке могут быть сложными и занимать много времени, но тем не менее не будут рутинным делом для специалистов в данной области, пользующихся этим раскрытием.
Настоящее изобретение предусматривает калибровку акустических приемников акустического прибора, когда акустические приемники установлены на акустическом приборе. В известных приборах акустические приемники калибровали отдельно от прибора и при атмосферных условиях. Достижение высокой точности прежде затруднялось тем, что окончательное размещение приемника на приборе и другие факторы невозможно точно учесть на расстоянии от прибора. Согласно настоящему изобретению предложены способы и системы для калибровки акустических приемников на месте. Способы и системы, в частности, весьма пригодны для калибровки на месте звуковых каротажных приборов, используемых в стволах скважины. Однако представленные в описании способы и системы этим не ограничиваются. Способы и системы можно применять к любому способу калибровки. Кроме того, хотя ниже описаны конкретные способы, которые облегчают калибровку акустических приемников, когда акустические приемники установлены на акустическом приборе, конкретные способы не являются ограничивающими. Настоящее изобретение предусматривает любой способ калибровки акустических приемников, когда акустические приемники установлены на приборе.
В описании и в формуле изобретения термин «низкий», используемый для определения частоты, означает ниже около 7 кГц, термин «средний» относится к частоте в пределах от 7 до 16 кГц. «Высокая» частота означает частоту свыше около 16 кГц или от 16 кГц до 25 кГц. «Промежуточный» означает место между двумя или более компонентами. Слова «включающий в себя» и «имеющий», используемые в описании изобретения, включая формулу, имеют то же значение, что и слово «содержащий».
На фиг.1 показана система 100 калибровки акустического прибора согласно настоящему изобретению. Система 100 калибровки акустического прибора содержит акустический прибор, например звуковой прибор 102. Звуковой прибор 102 может быть любым акустическим прибором и не ограничивается показанной конфигурацией. Система 100 калибровки акустического прибора также содержит акустическую камеру, которая является звуковой трубкой 104 типа цилиндрического волновода. Короче говоря, звуковой прибор 102 можно вставлять в звуковую трубку 104. Звуковая трубка 104 может иметь диаметр, превышающий диаметр звукового прибора 102. Поэтому звуковая трубка включает в себя совокупность прокладок 106, размещенных вокруг звукового прибора 102 в одном или нескольких осевых положениях для поддержки звукового прибора 102, по существу, концентрично с цилиндрической звуковой трубкой 104.
Звуковой прибор 102 содержит электронный блок 108 и корпус 110 компенсатора для облегчения сбора и калибровки данных. Звуковой прибор 102 также включает в себя один или несколько акустических приемников и один или несколько акустических передатчиков или источников. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.1, звуковой прибор 102 включает в себя матрицу звуковых приемников 112, размещенных в 13 рядах или станциях. Каждая из 13 приемных станций включает в себя совокупность азимутально размещенных звуковых приемников 112. На каждой из 13 приемных станций имеется 8 азимутально размещенных звуковых приемников 112. Однако специалистам в данной области очевидно, что можно использовать и другие конфигурации звуковых приемников. Матрица звуковых приемников 112 является иллюстративной и используется для иллюстрации принципов изобретения, которые более подробно описаны ниже.
Один или несколько акустических передатчиков содержат первый или верхний монопольный передатчик 114 и второй или нижний монопольный передатчик 116. Муфта 118, размещенная на первом или верхнем конце (120), облегчает изоляцию звукового прибора 102 в звукопоглощающей звуковой трубке 104. Звуковая трубка 104 имеет, в общем случае, цилиндрическую форму и имеет первый или открытый конец 122 и второй конец 124, закрытый заглушкой 126.
До калибровки звуковых приемников 112 звуковой прибор 102 предпочтительно вставляется в звуковую трубку 104, при этом изолируется открытый конец 122 с помощью муфты 118 (фиг.2). Средство подачи жидкости, например нагнетательный шланг, связано по жидкости связи с наливной линией 128 звуковой трубки 104. На наливной линии 128 размещен наполнительный клапан 130. Когда наполнительный клапан 130 открыт, вода течет по наливной линии 128 и поступает в звуковую трубку 104. Вода заполняет все промежутки между звуковым прибором 102 и звуковой трубкой 104.
Помимо наливной линии 128 звуковая трубка 104 может включать в себя вторую линию 132 с размещенным на ней клапаном 134 выпуска воздуха. Соответственно, когда звуковая трубка 104 заполняется водой, клапан 134 выпуска воздуха может быть открыт, чтобы воздух, захваченный в звукопоглощающей звуковой трубке 104, мог выходить. Вторая линия также может включать в себя манометр 136 для показания давления в звуковой трубке 104.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2, звуковая трубка 104 расположена под углом (α) к горизонтали. Угол (α) облегчает выпуск любого воздуха, содержащегося в звукопоглощающей звуковой трубке 104, через клапан выпуска воздуха 134. Угол (α) предпочтительно равен около 30 градусов согласно показанному варианту осуществления, но можно использовать и другие углы, включая угол, совпадающий с горизонталью.
Наливная линия 128 также связана по жидкости с насосом 138, когда клапан 140 насоса открыт. Поэтому насос 138 может накачивать звуковую трубку 104, когда клапан 140 насоса открыт, а наполнительный клапан 130 и клапан выпуска воздуха 134 закрыты. Согласно некоторым вариантам осуществления звуковая трубка 104 накачивается, по меньшей мере, до 300 psi после того, как звуковой прибор 102 вставлен, и внутренние промежутки заполнены водой. Согласно другим вариантам осуществления звуковая трубка 104 накачивается до около 500 psi. Накачка звуковой трубки 104 до около 500 psi повышает точность калибровки, поскольку среда калибровки высокого давления более точно представляет условия эксплуатации звукового прибора 102, чем местные атмосферные условия, в которых часто калибруются звуковые приемники.
На фиг.3 показана электрическая схема акустической системы 100 калибровки. Приемная матрица 142, содержащая звуковые приемники 112 и верхний и нижний монопольные передатчики 114, 116, находится в звуковой трубке 104. Первый кабель связи, например кабельный соединитель 144 31×31 контакт, проходит от звукового прибора 102 за пределы звуковой трубки 104. Кабельный соединитель подключает звуковой прибор 102 к электронному блоку 146 и телеметрическому блоку 148. Электронный блок 146 и телеметрический блок 148 можно использовать для связи между звуковым прибором 102 и наземным модулем управления, например компьютером 150. Второй кабель связи, например кабельный соединитель 152 31×10 контактов, проходит от телеметрического блока 148 для соединения звукового прибора 102 с компьютером (150). Между кабельным соединителем 152 31×10 контактов и компьютером 150 может размещаться переходник 154 10×10 контактов.
Компьютер 150, электронный блок 146 или электронный блок 108 может содержать команды процесса калибровки, выполнение которых автоматически приводит к калибровке одного или нескольких звуковых приемников 112 (фиг.1). Команды обработки могут содержать методы калибровки, некоторые из которых более подробно описаны ниже.
Звуковые приемники 112 (фиг.1) установлены на звуковом приборе 102, звуковой прибор вставлен в звукопоглощающую звуковую трубку 104, и звуковые приемники 112 калибруются. Для облегчения калибровки звуковых приемников 112 генерируется однородное поле акустического давления. Чтобы лучше калибровать звуковые приемники 112, однородное поле акустического давления можно генерировать путем накачки звуковой трубки 104, как описано выше. После этого акустические волны генерируются в звукопоглощающей звуковой трубке 104 и измеряются каждым из совокупности звуковых приемников 112.
Согласно фиг.4A каждый из восьми азимутально размещенных приемников 112, обозначенных R1-R8, на любой приемной станции может измерять форму волны. Форма волны может генерироваться верхним или нижним монопольным передатчиком 114, 116. На фиг.4A показана единичная форма волны, отдельно принимаемая каждым из приемников R1-R8 при любой калибровке. Амплитуда, измеренная каждым из приемников R1-R8, варьируется для одной и той же волны, генерируемой передатчиком, в пределах 20%. Кроме того, время приема волны каждым из приемников R1-R8 варьируется в пределах 60 мкс. Например, при рассогласовании по коэффициенту усиления в 2 дБ и рассогласовании по фазе в 20 градусов дипольно-монопольное отношение будет много меньше 30 дБ. Поэтому без калибровки дипольные измерения скорее всего будут загрязнены недипольными модами. Исследования показали, что дипольно-монопольное отношение не менее 30 дБ гарантирует возможность пренебрежения недипольными модами. Кроме того, дипольно-монопольное отношение не менее 30 дБ гарантируется, если рассогласование по коэффициенту усиления скорректировано до менее 1,0 дБ и рассогласование по фазе скорректировано до менее 1,5 градусов. Поэтому согласно одному способу настоящего изобретения приемники R1-R8 на каждой приемной станции калибруются так, чтобы рассогласование по коэффициенту усиления и фазе не превышало 1,0 дБ и 1,5 градусов соответственно.
Чтобы калибровать рассогласование по коэффициенту усиления и фазе до не более 1,0 дБ и 1,5 градусов, алгоритм генерирует поправочные коэффициенты для одного или нескольких приемников при одном или нескольких частотных условиях. Когда соответствующие поправочные коэффициенты применяются к формам волны, генерируемым приемниками R1-R8, каждая из скорректированных измеренных форм волны находится в пределах рассогласования 1,0 дБ и 1,5 градусов (фиг.4B).
Согласно обычным методам калибровки звуковые приемники не только калибруются отдельно от соответствующих звуковых приборов, но и обычно калибруются на одной частоте и базируются на одном акустическом передатчике. Однако звуковые приемники часто проявляют разную чувствительность к разным передатчикам и разным частотам. Поэтому согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения звуковые приемники 112 (фиг.1) калибруются с помощью множественных поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и фазы. Например, согласно некоторым аспектам настоящего изобретения один или несколько звуковых приемников 112 калибруются с помощью поправочного коэффициента для коэффициента усиления и фазы для трех разных частот, генерируемых двумя разными передатчиками. Поэтому один или несколько звуковых приемников 112 могут иметь шесть поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и шесть поправочных коэффициентов для фазы. Шесть поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и фазы генерируются из шести разных возможных комбинаций двух передатчиков, по отдельности генерирующих три разные частоты с разными интервалами. Однако можно также вычислять меньше или больше поправочных коэффициентов на основании разных количеств передатчиков и комбинаций частот. Тем не менее согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения шесть поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и фазы вычисляются для одного или нескольких звуковых приемников. Три поправочных коэффициента для коэффициента усиления и фазы, вычисленные для каждого из двух разных передатчиков, затем усредняются для получения всего трех поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и фазы, по одному для каждой из трех частот. Два передатчика могут включать в себя верхний и нижний монопольные передатчики 114, 116, описанные выше, и три разные частоты могут включать в себя низкую, среднюю и высокую частоту.
Один алгоритм для вычисления поправочных коэффициентов для коэффициента усиления и фазы для калибровки звуковых приемников 112 описан ниже со ссылкой на фиг.5-9. Во избежание калибровки отдельных звуковых приемников 112 (фиг.1) на основании измерений, которые могут не представлять истинную чувствительность приемников, совокупность форм волны усредняется для каждого звукового приемника 112. Кроме того, поскольку ориентация звукового прибора 102 может быть не в точности концентричной со звуковой трубкой 104, формы волны могут генерироваться из совокупности поворотных ориентаций звукового прибора 102 в звукопоглощающей звуковой трубке 104 и включаться в процедуру усреднения.
Одна процедура усреднения показана на фиг.5, где показана совокупность необработанных форм волны, принимаемых одним звуковым приемником 112, размещенным на каждой из 13 приемных станций. Необработанные формы волны обозначены как целое 156 делятся на кадры. Кадры делятся по ориентации прибора. На фиг.6A показан звуковой прибор 102, размещенный в звуковой трубке 104 в первой ориентации. Первый столбец 158 первой диаграммы (фиг.5) соответствует измерениям, проведенным приемниками 112 в первой ориентации (фиг.6A). Первый столбец 158 также представляет формы волны, измеренные приемниками 112, поскольку волны генерируются на одной частоте одним из звуковых передатчиков, которые являются низкой частотой, генерируемой нижним монопольным передатчиком 116. Совокупность кадров форм волны измеряется приемниками 112 для создания репрезентативной выборки чувствительности приемника. Например, согласно некоторым вариантам осуществления измеряются, по меньшей мере, 30 кадров формы волны, а согласно варианту осуществления, показанному на фиг.5, измеряются 60 кадров формы волны. Совокупность кадров формы волны, представленная первым столбцом 158, усредняется на строке 160 усреднения для создания средней формы 162 волны для приемников 112 при первой ориентации звукового прибора.
Аналогично, второй столбец 164 первой диаграммы, (фиг.5) соответствует измерениям, проведенным приемниками 112 согласно некоторым параметрам первого столбца 158, но когда звуковой прибор 102 размещен во второй ориентации (фиг.6B). Формы волны второго столбца 164 также усредняются для создания второй средней формы волны 166. Третий и четвертый столбцы 168, 172 имеют такой же вид, что и первый и второй столбцы 158, 164, но при третьей и четвертой ориентациях звукового прибора 102, показанных на фиг.6C и 6D соответственно. Каждая из форм волны третьего и четвертого столбцов 168, 172 усредняется для создания третьей и четвертой усредненных форм 170, 174 волны. Однако специалистам в данной области очевидно, что можно создать любое количество столбцов, в том числе только один, и каждый может соответствовать отдельной ориентации звукового прибора 102. Согласно фиг.6A-6D имеются четыре ориентации прибора, повернутых относительно друг друга на 90 градусов.
После создания четырех усредненных форм волны 162, 166, 170, 174 (или любого количества других) можно усреднять сами усредненные формы волны для создания главной средней формы 176 волны. Главная средняя форма 176 волны является очень точным средним для волн, регистрируемых одним из звуковых приемников на каждой из 13 приемных станций.
Однако главная средняя форма 176 волны является лишь представителем одного звукового приемника на каждой приемной станции и для вышеупомянутого первого набора параметров (нижний монопольный передатчик 116, генерирующий низкочастотные волны). Другие варианты созданы для других параметров и других звуковых приемников. Например, как описано выше, согласно одному аспекту настоящего изобретения имеются пять дополнительных фигур, аналогичных фиг.5: по одной для средних и высоких частот, генерируемых нижним монопольным передатчиком 116, и по одной для низких, средних и высоких частот, генерируемых верхним монопольным передатчиком 114. Кроме того, дополнительные фигуры, аналогичные фиг.5 (набор из 6 фигур согласно данному варианту осуществления, предусматривающему 6 комбинаций передатчик/частота), созданы для каждого азимутально размещенного звукового приемника 112, находящегося на каждой из 13 приемных станций, показанных на фиг.1.
Главную среднюю форму 176 волны (и любую другую созданную главную среднюю форму волны) можно обрабатывать методом окна для исключения всех, кроме наиболее интенсивных, модуляций волны (фиг.7A-7D). Согласно фиг.7A низкочастотные главные усредненные формы 176 волны пропускают через полосовой фильтр, после чего каждую главную усредненную форму 176 волны линейно интерполируют с периодом дискретизации 1 мкс. Прямоугольное окно 178 генерируется для интерполированных форм волны (фиг.7A), для каждой приемной станции. Затем прямоугольные окна 178 применяются к главной средней форме 176 волны. Например, прямоугольное окно 178 для первой приемной станции (фиг.7B) применяется к главной средней форме 176 волны, связанной с одним приемником R1 (фиг.7C), для создания формы волны, обработанной методом окна (фиг.7D). Эту процедуру обработки методом окна можно затем применять ко всем генерируемым главным средним формам 176 волны. Для звукового прибора 102 в результате получается 104 отдельных формы волны, обработанных методом окна (13 приемных станций, на каждой из которых находится 8 азимутальных звуковых приемников) для каждой из 6 комбинаций передатчик/частота. Согласно фиг.7D после процедуры обработки методом окна остается только три наиболее ярко выраженных измерения волны: первая впадина (E1), первый пик (E2) и вторая впадина (E3). Понятно, что согласно некоторым вариантам осуществления используются другие средства обработки методом окна и согласно другим метод окна вообще не используется. Например, низкочастотные главные усредненные формы 176 волны можно обрабатывать методом окна согласно вышеописанному способу, тогда как средне- и высокочастотные главные усредненные формы волны можно обрабатывать методом окна для исключения всех, кроме первой впадины E1 (фиг.9A-9B). Кроме того, средне- и высокочастотные главные усредненные формы волны можно подвергать полосовой фильтрации до всякой обработки методом окна.
После генерации форм волны, обработанных методом окна (или, в отсутствие обработки методом окна, главных средних форм 176 волны), для каждого звукового приемника 112 и каждой комбинации передатчик/частота отдельные формы волны, обработанные методом окна, проверяются на каждой приемной станции для определения, какой из звуковых приемников на каждой приемной станции проявляет наибольшую чувствительность для каждой комбинации передатчик/частота. Согласно некоторым вариантам осуществления звуковой приемник на каждой приемной станции, который определен как имеющий наибольшую чувствительность, назначается эталонным приемником, с которым связана эталонная форма волны. Однако назначение эталонного приемника и соответствующей формы волны не ограничивается наиболее чувствительным приемником. Можно делать другие выборы, исходя из любых других критериев. Соответственно форма волны, обработанная методом окна, для одного приемника на каждой приемной станции назначается эталоном для каждой комбинации передатчик/частота. Каждая форма волны, обработанная методом окна, которая не назначена эталонной формой волны, сравнивается с эталонной формой волны для генерации поправочного коэффициента для коэффициента усиления и фазы, соответствующего каждому неэталонному приемнику для данной комбинации передатчик/частота. Например, форма волны, обработанная методом окна (фиг.7D), выбрана в качестве эталонной формы волны и соответствует первому звуковому приемнику, находящемуся на первой приемной станции. Эталонная форма волны для первого звукового приемника перенесена на диаграмму (фиг.8A), где также показана несогласованная форма волны, обработанная методом окна, связанная со вторым звуковым приемником, находящимся на первой приемной станции.
2R
3R
2C
3C
Различия между несогласованной формой волны, обработанной методом окна, и эталонной формой волны анализируются для вычисления поправочного коэффициента для коэффициента усиления и фазы для второго звукового приемника. Согласно некоторым вариантам осуществления для низких частот поправка на коэффициент усиления вычисляется делением разности между первым пиком (R) эталонной формы волны и второй впадиной (E) эталонной формы волны на разность между первым пиком (E) несогласованной формы волны, обработанной методом окна, и второй впадиной (E) несогласованной формы волны, обработанной методом окна, следующим образом:
2R
2C
Поправочный коэффициент для задержки или фазы для низкочастотных поправок вычисляется как разность между временем первого пика (E) эталонной формы волны и временем первого пика (E) несогласованной формы волны, обработанной методом окна, следующим образом:
2R
2C
2R
2C
где TE и TE - моменты времени, когда E и Eдостигают максимума.
MLLF
MULF
Если поправочные коэффициенты для коэффициента усиления и задержки вычислены отдельно на конкретной частоте или наборе частот для каждого из совокупности передатчиков, поправки на коэффициент усиления и задержку предпочтительно усредняются для получения одной поправки на коэффициент усиления и задержку для данной частоты или набора частот. Например, если первая поправка на коэффициент усиления (g) для конкретного приемника вычислена на основании низкой частоты, генерируемой нижним монопольным передатчиком 116 и вторая поправка на коэффициент усиления (g) также вычислена на основании низкой частоты, но генерируемой верхним монопольным передатчиком 114, среднее этих двух поправок назначается низкочастотной поправкой на коэффициент усиления для конкретного приемника. Соответственно:
и
для акустического прибора с двумя передатчиками.
LF
LF
На фиг.8A показана диаграмма скорректированной форма волны, полученная применением вычисленных поправок на коэффициент усиления и задержку (g, τ) к несогласованной форме волны, обработанной методом окна. Показано, что скорректированная форма волны гораздо ближе к эталонной форме волны, т.е. получен желаемый результат. Первый и второй приемники «видят» одни и те же волны и поэтому желательно, чтобы каждый приемник измерял и регистрировал приблизительно одинаковые формы волны. Свойства пласта (например, медленность пласта) оцениваются на основании акустических форм волны и тем точнее, чем точнее формы волны, и точность форм волны повышается после калибровки приемников вышеописанным способом.
На фиг.8B показана спектральная диаграмма, которая иллюстрирует эталонную форму волны, несогласованную форму волны, обработанную методом окна, и скорректированную форму волны как функцию частоты. Показано рассогласование по амплитуде в 0,35 дБ на 1,2 кГц, что дает дипольно-монопольное отношение >30 дБ и поэтому гарантирует возможность пренебрежения недипольными модами.
Для каждого неэталонного приемника и для каждой желательной комбинации передатчик/частота производится аналогичное или идентичное вычисление поправочного коэффициента согласно вышеописанным принципам. Кроме того, каждый из вычисленных поправочных коэффициентов можно нормализовать к максимальному значению 1,0 во избежание насыщения электроники звукового прибора.
1R
1C
Однако расчет поправочных коэффициентов может отличаться от уравнений (1) и (2) для некоторых комбинаций частота/передатчик. Например, для средне- и высокочастотных коррекций поправку на коэффициент усиления для неэталонного приемника можно вычислить, разделив значение амплитуды эталонной формы волны в первой впадине (E) на значение амплитуды несогласованной формы волны, обработанной методом окна, в ее первой впадине (E), следующим образом:
1R
1C
Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления, поправочный коэффициент для задержки или фазы для средне- и высокочастотных коррекций вычисляется как разность между временем первой впадины (E) эталонной формы волны и временем первого пика (E) несогласованной формы волны, обработанной методом окна, следующим образом:
На фиг.9A и 9B показан реальный пример во временной и частотной областях соответственно применения поправочных коэффициентов, вычисленных согласно уравнениям (3) и (4), к приемнику, подчиняющемуся высокочастотным параметрам. Согласно фиг.9B рассогласование по амплитуде составляет 0,5 дБ на 14 кГц, и рассогласование по амплитуде на более высоких частотах, например, связанных с каротажными измерениями сцепления цемента (от 20 кГц до 25 кГц), даже меньше 0,5 дБ. Благодаря применению указанного способа для калибровки акустических приемников на месте акустические измерения одной и той же волны от разных приемников становятся значительно однороднее.
Соответственно благодаря применению описанных здесь принципов акустические приемники можно калибровать, когда они установлены на акустическом приборе, вставляя акустический прибор в акустическую камеру, усредняя формы волны, принятые каждым из акустических приемников, для создания средней формы волны, связанной с каждым акустическим приемником, назначая одну или несколько средних форм волны эталонными формами волны, вычисляя поправочные коэффициенты для одного или нескольких неэталонных приемников путем измерения разностей между неэталонными формами волны и эталонными формами волны и применяя поправочные коэффициенты к неэталонным приемникам. При желании средние формы волны можно обрабатывать методом окна и можно вычислять средние формы волны согласно множественным ориентациям звуковых приборов. Можно вычислять несколько поправочных коэффициентов для одного или нескольких звуковых приемников, включая поправочные коэффициенты для коэффициента усиления и фазы для разных частотных диапазонов и разных источников передачи.
После калибровки звуковых приемников с применением вычисленных поправочных коэффициентов может быть желательно проверить эффективность поправочных коэффициентов. Поэтому согласно некоторым способам вычисляются и отображаются на диаграмме средние и нормализованные стандартные отклонения до и после корректировки звуковых приемников. На фиг.10 показан фактический статистический анализ среднего и стандартного отклонения измерений акустического давления на приемнике до и после калибровки приемника. Можно видеть, что стандартное отклонение для калиброванных приемников значительно ниже, чем для некалиброванных приемников, и это значит, что с использованием поправочных коэффициентов измерения выполняются точнее.
Кроме того, эффективность калибровки можно проверить согласно некоторым способам, с использованием данных, полученных от приемников, для нахождения значений медленности в обсадной колонне и волны Стоунли посредством обработки STC. Для проверки точности значения, формируемые из собранных данных, можно сравнивать со значениями, спрогнозированными путем численного анализа.
Хотя описание относится к звуковому прибору со множественными приемниками на каждой из множества станций, описанные здесь принципы можно использовать для любого акустического прибора, имеющего матрицу акустических приемников. Например, аналогичные поправочные коэффициенты можно вычислять для матрицы осевых приемников, в которой имеется только один приемник на каждой приемной станции, применяя показатели ослабления волны в известных жидкостях и измеряя расстояния между акустическими приемниками.
Предпочтительные варианты осуществления были выбраны и описаны для наиболее наглядного объяснения принципов изобретения и его практического применения. Описание предназначено для того, чтобы специалисты в данной области могли наилучшим образом использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, отвечающими конкретному использованию.