聲波測(cè)井換能器在滿足一定條件的情況下能夠提供高精度的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),但也會(huì)受到多種因素的影響,以下從有利和不利兩方面進(jìn)行分析:
有利因素及高精度情況
技術(shù)進(jìn)步提升換能器性能:隨著技術(shù)不斷發(fā)展,一些高性能的聲波測(cè)井換能器被成功研制。例如中國(guó)石油成功研制的耐175℃、140Mpa高靈敏度聲波換能器,其單極換能器發(fā)射響應(yīng)高≥140dB,在(8 - 20)kH≥120dB;偶極換能器發(fā)射響應(yīng)高≥120dB,在(2 - 6)kH≥100dB;接收換能器靈敏度≥ - 204dB(60μV/Pa) ,配套的聲波測(cè)井儀器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng),測(cè)井資料質(zhì)優(yōu),儀器性能穩(wěn)定,這表明在合適的參數(shù)和技術(shù)支持下,換能器可以提供高精度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。
特定型號(hào)測(cè)井儀的高精度指標(biāo):如上海景華地質(zhì)儀器有限公司的JSS - 3聲波測(cè)井儀,其聲速測(cè)量精度可達(dá)5us/m,聲幅測(cè)量精度為2% ,該儀器使用的發(fā)射換能器為P - 42陶瓷,接收換能器為P - 51陶瓷,在規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的測(cè)量精度。
影響精度的因素及可能導(dǎo)致精度降低的情況
頻率的影響:頻率是影響超聲波換能器精度的重要因素之一。頻率越高,聲速換算值越大,測(cè)量精度越高,但同時(shí)響應(yīng)時(shí)間越短,測(cè)量距離也越短,且超聲波衰減越大。因此,如果頻率選擇不當(dāng),過(guò)高或過(guò)低都可能影響測(cè)量精度。例如在一些復(fù)雜地層中,如果頻率過(guò)高,可能由于超聲波快速衰減而無(wú)法準(zhǔn)確獲取地層信息;如果頻率過(guò)低,則可能導(dǎo)致測(cè)量距離過(guò)長(zhǎng),信號(hào)失真,從而降低測(cè)量精度。
相位、振幅和增益的影響:相位關(guān)系直接決定了超聲波傳感器的測(cè)量精度以及安裝角度的正確性;振幅越大,超聲波波形越完整,反映出的信號(hào)越強(qiáng),但振幅增大也會(huì)導(dǎo)致耗電增加,且受激光激勵(lì)條件更嚴(yán)苛;增益越高,讀取的信號(hào)越強(qiáng),回聲檢測(cè)越準(zhǔn)確,但增益過(guò)大可能導(dǎo)致信號(hào)波峰失真。在實(shí)際應(yīng)用中,如果這些參數(shù)不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整,都會(huì)影響換能器的測(cè)量精度。
封裝質(zhì)量的影響:封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能滿足超聲傳感器的使用要求,并符合工業(yè)使用環(huán)境條件。封裝質(zhì)量的好壞直接影響到超聲波換能器的穩(wěn)定性和可靠性,從而影響測(cè)量精度。如果封裝質(zhì)量不佳,可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q能器受潮、進(jìn)水、受損等問(wèn)題,進(jìn)而影響其性能和測(cè)量精度。
外界環(huán)境因素的影響:井下環(huán)境復(fù)雜多變,如井徑變化、地層壓力、溫度等因素都可能對(duì)聲波的傳播產(chǎn)生影響,從而降低換能器的測(cè)量精度。例如在井徑擴(kuò)大段,聲波測(cè)井的時(shí)差曲線會(huì)出現(xiàn)異常,在井眼擴(kuò)大段的上、下界面分別出現(xiàn)時(shí)差增大和減小的尖峰;井內(nèi)鉆井液的固有吸收和固相顆粒(或氣泡)散射衰減也會(huì)影響聲波的傳播,降低測(cè)量精度。