实验4滑行波观察及声波时差测量.doc

滑行波观察及声波时差测量 一、实验目的 1、在实验室内的声波实验装置上观察滑行波的产生以及观察后续波的整个波列。 2、计算玻璃钢筒的速度 3、加深理解声波时差测井原理。 二、工作原理 在实验装置——玻璃钢筒内盛以变压器油，在长的圆筒内放置声波发射探头“T”和接收 探头“R1、R2”，当发射探头发出声波脉冲时，由于变压器油的声速(约为1425米／秒)低于 玻璃钢筒的声速(约为2630米／秒)，因而有可能在变压器油和玻璃钢筒的交界面上产生滑行波纵波，在接收探头和发射探头间距足够大时，此滑行波纵波将作为接收探头接收到的一系列波的纵波，并可在声波测井仪面板上的示波器屏蔽上观察到。 三、实验装置 1．玻璃钢筒 模拟井筒由声波测井仪外壳--玻璃钢材料加工制成，由它来模拟实际测井时的地层井筒。外径，Ф1O3mm,内径，Ф90mm ,总长度，1500mm. 声波声系如图1所示。它主要由1个声波发射探头、2个声波接收探头、3个声波探头支架、1个声系支架和3个声系扶正架组成。 发射探头用于将高压电信号转换为的强声波信号。接收探头用于接收从井筒中传来的各种声波，并将其转换为电信号输出。 声系支架是用硬塑料管加工制成，用于固定声波探头、声系扶正架，电线等。为了确保声波不会沿该管传播，在其上交错地刻有许多槽，使声波在沿管传播过程中不断反射，降低其能量，使其不能到达接收探头。 玻璃钢筒内注入有足够量的变压器油，声波发射探头“T”和接收探头(R1、R2)放置於变压器油中，相互间隔一定的距离，采用单发双收。这样当发射探头发射声脉冲时，由于变压器油声速V油低于玻璃钢筒的声速V筒，因此，有可能在变压器油和玻璃钢筒的交界面上产生滑行纵波。当发射探头“T”和接收探头(Rl、R2)之间距离选择足够大时，此时，滑行波将作为接收探头接收到的一系列首波，并可在测井仪器的地面仪器面板示波器屏幕观察到。 2．声系 发射探头(T)和接头探头(Rl、R2)在声波测井仪器中称为声系。 发射探头的作用是将电能转换成声能发射声波，接收探头的作用是接收声波，将声能转换成电能。 由于晶体结构上的特点，当在晶体的两侧界面上不断施加压缩或拉伸力时，晶体界面的两侧间将产生交变电压，其极性和大小，随外力的变化而变化。我们把晶体界面受外力作用的变化而产生交变电压现象称之为晶体的压电效应。 晶体的压电效应是可逆的——这是压电晶体的固有特性。即当在晶体的界面两侧加以交变电压时，晶体将沿一定方向产生伸长或缩短的形变，当我们对晶体施加以机械力时，它又会有交流电脉冲输出。晶体的这种性质称之为晶体的逆压电效应。 发射探头即是利用了晶体的逆压电效应，将电能转换成声能。发射探头呈圆筒状，在其径向界面两侧加一脉冲电压，则探头沿径向方向伸长或压缩，产生机械振动，发射出声波。 接收探头则是利用了晶体的压电效应，将声能转换成电能，其结构与发射探头相同。当声波信号到达时，接收探头的径向界面受到压缩或拉伸力的作用，在内外界面之间产生交变电压，然后输送到电子线路，加以测量。 天然晶体成本比较高，目前广泛采用的是人工制造的晶体。声波测井仪器中的发射探头 和接收探头均采用人工制造的——锆钛酸铅压电晶体。在制作过程中由于配方和工艺的不同，发射探头有较大的发射功率，接收探头有较高的接收灵敏度。 图2 发射探头和接收探头均呈圆筒状(如图2所示)选择探头直径和高度的原则也基本相 同。) 发射探头的高度决定所发射声波范围(用发射高a表示)。探头越高，发射范围越小，反之亦然。一般是根据对发射声波的范围要求来确定探头的高度。接收探头的高度则要求短一些，使其有更大的接收灵敏度。发探头的直径决定发射的声波频率。直径越大，声波频率越低，反之亦然。从声速测井的需要和大量的实验证明，希望频率低些好，因频率越低，声波在介质中传播时能量衰减就越小，接收到的滑行波的幅就越大，这样便于准确的测量。但频率也不能太低，太低了则发射探头的直径增大，这又受到下井仪器规格的限制。目前使用的声波探头直径为50mm，发射的声波频率为20千周／秒。发射探头与接收探头直径一样。探头的固有频率均相同，这样能够提高接收信号的幅度。 3．源距和间距的选择 (1)源距的选择 为了使滑行波首先到达接收探头，要求源距选择的大些，但源距太大不但接收到的声波 信号变弱，同时井下仪器要增加长度，不利于下井仪器的设计规格和测井工作的进行。因此 在保证滑行波首先到达接收探头的前提下，选择最小的源距是仪器设计必须考虑的。所谓最 小源距用“Lmin”表示，是指在声速最慢的地层段，使滑行波首先到达接收探头时所对应的源距，它的大小除与地层的最慢声速(V地min)有关外，还与井径D、探头直径d等因素有关。其关