第四章 第一节井下声波电视测井原理.pptVIP

* 第四章 井下声波电视 第一节 井下声波电视测井原理 第二节 井下声波电视测井解释 第三节 井下声波电视资料应用 第四节 井下声波电视新进展 第一节 井下声波电视测井原理 本节主要内容有： 一、声成像的物理基础 二、超声换能器 三、BHTV工作原理 ㈠、声波 1 概念：它是在弹性介质中传播的压力、应力、质点位移等的变化或几种变化的综合；按频率分为次声波、声波、超声波和特超声波，成像测井主要用的是超声波；它具有传播能量大、指向性强、遇到相异介质能够反射等优点。 2 声波波型：纵波、横波、表面波、板波。 一、声成像的物理基础 3 声速：声测井经常用到的纵波、横波和表面波，其传播速度取决于介质特性，而尚未得到应用的板波，其传播速度不仅与介质特性有关，而且还与频率有关。 4 声波的描述（物理量）：描述声波的物理量可以是质点位移、质点速度、质点加速度和声压。 5 几个概念： 声场：存在声压的空间。 声阻抗率：在声场中，任意一点的声压与质点速度之比。 介质的特性阻抗：= ?*c （?为介质密度；c为声速）。 ㈡、声学量的级：指在声学中普遍使用对数标度来度量声学量，某个声学量的级定义为该量与同类基准量比值的对数。 分贝(dB):如 SPL=20lg(P/P0) dB 奈培(Np):如 SPL=20ln(P/P0) Np ㈢、界面的反射和折射 1 纵、横波界面反射和折射：服从斯涅耳定律，并能发生波型的转换。 2 平面波正入射：没有波型转换，若 井壁相对硬度 m=（?2*c2）/（?1*c1） 则 声压反射系数 R=（m-1）/（m+1） 声压折射系数 T=2/（m+1） ㈣、声衰减：指声波在非理想介质中传播时，会产生声能转变为热能和其它形式能量的现象，使声压随距离而减小。 1 声压衰减规律（指数形式）。J=e-l*a 2 声波吸收衰减的原因包括内摩擦、热传导、弛豫效应、弹性滞后；同时，得出声波吸收衰减机制的频率依赖关系为气体和液体的声吸收经常随频率的平方变化，固体的声吸收一般是频率的线性函数。 3 声波散射衰减：由尺寸可和波长相比拟且特性阻抗与周围介质相异的非均质性引起，随非均质性的波长-直径比而变化；除此之外，还与非均质性和周围介质在弹性系数、密度方面的差别有关；也与波型有关。 在井下混相流体的情况下： 声吸收衰减系数 a? ? f2 声散射衰减系数 as ? D3f2 和 as ? Df2 ㈤、脉冲-回波法 同步发生器 扫描发生器 脉冲发生器 超声换能器 超声波 障碍物 示波管 始波 回波 ㈠、压电效应和压电材料 1 压电效应与逆压电效应：某些物质在受到机械压力时能在材料中成比例的产生电场，这种现象称之为压电效应；反之，材料在电场作用下成比例地发生形变，称之为逆压电效应。 2 压电材料：一类是天然或人工制造的压电单晶如石英、硫酸锂等；另一类是多晶压电陶瓷如钛酸钡、锆钛酸铅等。 3 压电陶瓷的特性：铁电性、（物理）坚硬性、（化学）惰性、制作方便性、极化方向自由性。 4 压电陶瓷的机电耦合系数 K2 = 电能转换为机械能 / 输入电能 或 K2 = 机械能转换为电能 / 输入机械能 人们总希望换能器材料具有较高的机电耦合系数。 二、超声换能器 ㈡、平面圆片换能器 1 厚度振动的固有频率 2 活塞声源 ⑴ 定义：指一种平面状的振子，当镶嵌在无限大障板上的活塞沿其平面法线方向振动时，它上面各点的振动幅度和相位都相同，每点都起点声源的作用，它们将向介质中辐射子波，这些子波相互干涉的结果形成活塞声源的声场。 ⑵ 近场特性：出现声压振幅起伏变化的特性，要求换能器不能离井壁太近，一般 z≥zg。 ⑶ 远场特性：声压振幅随距离呈反比衰减。 ⑷ 指向特性：指任意?方向的声压振幅与轴线方向（?=0）上声压振幅之比；它与活塞尺寸和波长的相对比值有关；一般要求指向特性越尖锐越好。 ㈢、球面聚焦换能器 把压电陶瓷制成具有圆形截面的球壳体，当它以厚度模式振动时，辐射的声束将在球面曲率中心附近聚焦。 ㈣、动态聚焦换能器 利用一阵列压电陶瓷环，使每个环都和各自的发射电路及接受电路相连接，按适当的定时来激励各环，声能量可以象球面换能器那样在空间聚焦；如果改变激励各环的定时规律，那么就可以改变换能器的聚焦距离，有时也称之为电子聚焦换能器。 * * * * *