【正文】 approximation of oil and water mixture, we can use capacitive moisture content to logging, it is a kind of measurement in well hold water rate of fluid important method, using the dielectric properties with water oil determination of water content of differences. With the continuous mining Wells, appear more and more horizontal well, capacitive measurement may appear in large error. Acoustic logging application, make errors, thin rings have reduced the piezoelectric transducers is developed in recent years of new transducer parts, it has small volume, light weight, precision and high resolution, the advantages of high frequency response in vertical Wells, get a good application. This paper analyses the transient response of thin shell transducer, develops its equivalent circuit and determines the relation between an electricdriving signal and a radiated acoustic signal. By using the residue principle, the transient function s of the temporal and frequency domains for the transducer are determined analytically for any electricaldriving signal. Deduces liquidsolid interface of reflection coefficient, when in different medium transducer, reflection coefficient is different, so set up reflection coefficient and the corresponding relations opu oil Wells. This is easy to utilize thin rings transducer horizontal location measurement transducer the opu. Key word: soniclogging, piezoelectrictransducer, transient function, reflection coefficient 4 前言 聲波測井技術(shù)起始于 20 世紀(jì) 40 年代，經(jīng)過 70 多年的發(fā)展，并且在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和數(shù)字處理技術(shù)迅速發(fā)展的帶動(dòng)下，加快了對(duì)聲波測井技術(shù)的不斷優(yōu)化，可以或得更多的油井聲學(xué)性質(zhì)，提高了聲波測井在油井中測量的準(zhǔn)確度。該技術(shù)采用了聲波的速度 及 幅度在巖石、巖層孔隙、含油氣水等介質(zhì)中傳播時(shí)的全波記錄得出的不同物理地質(zhì)特征來研究和解決地質(zhì)問題，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)油氣、煤、金屬與非金屬、放射性、地?zé)?、地下水等礦產(chǎn)資源。 聲波測井已經(jīng)成為地球物理測井科學(xué)的重要領(lǐng)域，是發(fā)展最快和應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代測井方法之一。利用數(shù)字信號(hào)處理理論計(jì)算了 油井 中聲場傳播模型，對(duì) 電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)薄圓環(huán) 壓電換能器產(chǎn)生聲信號(hào)作為點(diǎn)聲源 ， 分析計(jì)算得出了縱波、橫波和反射波的信號(hào)模型， 計(jì)算 并 推導(dǎo)出薄 圓環(huán) 換能器和接收器傳輸函數(shù)， 建立 聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)之后， 著重研究 分析了 液 固界面的反射系數(shù)在不同的介質(zhì)中的變化情況，根據(jù)反射系數(shù)與面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定 油井中的 油水含油率。 著重研究 分析了 液 固界面的反射系數(shù)在不同的介質(zhì)中的變化情況，得出反射系數(shù)與面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且用 matlab仿真軟件確定了反射系數(shù)與油井含油率的對(duì)應(yīng)曲線圖。 80 多年來，測井技術(shù)經(jīng)歷了從模擬測井到數(shù)字測井、數(shù)控測井、成像測井的發(fā)展歷程，目前已發(fā)展成為十大石油學(xué)科之一。同時(shí)，測井技術(shù)還是進(jìn)行煤炭、金屬等礦產(chǎn)資源勘探的重要手段，并被擴(kuò)展到工程及其它領(lǐng)域。借鑒國 外在聲波測井儀器研制方面的成功技術(shù) ,開發(fā)新一代偶極聲波測井儀器是提高我國測井裝備水平的重要途徑。主要表現(xiàn)為：地面記錄系統(tǒng)向高性能大型復(fù)合型方向發(fā)展；聲、電、核、磁等各系列的井下儀器全面向成像化方向發(fā)展，尤其是核磁成像測井技術(shù)，發(fā)展特別迅速；測井資料處理解釋技術(shù)向解決實(shí)際問題的個(gè)性化方向發(fā)展；測井軟件技術(shù)則向大型綜合性方向發(fā)展。 早期測量油井含水率主要方法 目前生產(chǎn)井主要通過測量井內(nèi) 持水率及流體密度來識(shí)別流體。這類測量所得的數(shù)據(jù)可以識(shí)別井內(nèi)流體的類型，從而確定油井的含油率。由于油氣等碳?xì)浠衔锱c水具有不同的介電常數(shù)。 微波含水率測井是利用高頻電磁波的諧振狀態(tài)來測量原油中的水分。 開關(guān)電導(dǎo)法測井是以電導(dǎo)為基礎(chǔ)，由于油的電導(dǎo)趨于零，水的電導(dǎo)較大，當(dāng)油、水以各種不同的百分含量流過探頭的電極時(shí)，探頭都會(huì)有相應(yīng)的輸出電壓，這樣得出各種百分比的對(duì)應(yīng)值，從而確定油水的含油率。 聲波測井技術(shù)在油井測量中遇到的問題 在油田勘探開發(fā)中，測井技術(shù)是確定和評(píng)價(jià)油層的重要手段，也是解決一系列地質(zhì)問題的有效途徑， 但是 油井計(jì)量主要存在以下問題： 油井產(chǎn)液量普遍波動(dòng)較大，且沒有規(guī)律可循，低產(chǎn)油井還存在產(chǎn)液間歇現(xiàn)象，間歇時(shí)間長短不一，短時(shí)計(jì)量很難得出真實(shí)的產(chǎn)量，采用兩相計(jì)量分離器配玻璃管量油的方法已難以適應(yīng)。由于采用高液量生產(chǎn)和油層壓裂等措施，增加了油井產(chǎn)液中的砂和雜質(zhì)，含水率高又使儀表易結(jié)垢，齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)已不適用。 在聲波測井發(fā)展到目前這種狀態(tài)，無論是研究新的測井方法，還是結(jié)合其他學(xué)科，對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行 應(yīng)用拓展和 改進(jìn)， 都是極為艱難的。提高測井的效率也是需要解決的一個(gè)問題。這都是未來聲波測井的發(fā)展要求及方向。 圖 21 薄圓環(huán)換能器柱面坐標(biāo)系 當(dāng) 平均半徑為 br ，壁厚為 tl 沿著 半徑 方向進(jìn)行極化，設(shè)它的密度為 ? 。由于它的質(zhì)點(diǎn)位移具有軸對(duì)稱性，切向應(yīng)力為零，所以在薄圓環(huán)內(nèi)不能形成應(yīng)力波，若此換能器的外壁自由，則可得簡化方程： bTtU r2 r2 ?? ??? （ 21） zTU r ????? z22 t? （ 22） 其中 ?T 、 zT 分別是薄圓環(huán)切向和軸向的 正應(yīng)力， rU 和 zU 分別是相應(yīng)徑向和軸向的 質(zhì)點(diǎn)位移 分量。 換能器所受力對(duì)位移矢量的影響 薄圓環(huán)換能器所受力對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響 當(dāng)薄圓環(huán)處于耦合液體中，并使它的兩端與周圍耦合液體隔離，只讓其外壁與液體相接觸，當(dāng)換能器在液體中徑向振動(dòng) 時(shí)，他會(huì)交替引起 液體的膨脹與收縮運(yùn)動(dòng)，在聲波測井儀中，聲源通常是放在耦合液體中，因而會(huì)向外輻射聲波。所以，它受聲場的反作用力，該反作用力與薄圓環(huán)換能器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，用 rF 表示，除此之外，薄圓環(huán)的振動(dòng)還會(huì)引起摩擦力阻 fF ，它與質(zhì)點(diǎn)的位移速度和液體的摩擦力阻 mR 成正比，方向與振動(dòng)方向相反 ，如下 : ? ? dtdUjXRdtdUrkkrjrkrRFrrrbbbbr????????????????r22222211k (25) 式中 mmb HR ???r2? ， m??和m 分別是耦合液體的密度和聲速， rXRr和 分別是輻射阻和輻射抗。 薄圓環(huán)換能器聲輻射面積 HA br2?? ,則它所受外力： ? ? dtdUjXRRFFF rrmf ?????? rr （ 27） 由于薄圓環(huán)換能器的軸對(duì)稱性， 質(zhì)點(diǎn)位移和伸縮變量的關(guān)系為： brUrS ?1 （ 28） 由于薄圓環(huán)換能器高度 brH? ，則可以忽略軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)之間的耦合，且軸向應(yīng)力 2T =0，所以，薄圓環(huán)換能器的振動(dòng)可以簡 化為一維沿徑向的自由度振動(dòng)。當(dāng)換能器加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，相當(dāng)于給機(jī)電網(wǎng)絡(luò)的電端輸入一個(gè)信號(hào)，這時(shí)，換能器振動(dòng)時(shí)，耦合液體對(duì)換能器的 反作用就是通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)反映出來。 接收換能器：用于接收聲波的換能器或者接收探頭。 聲波接收器 聲場 —— → 電場 ：鐵磁材料的磁狀態(tài)改變時(shí)， 其 尺寸也發(fā)生相應(yīng)的改變，這種效應(yīng)稱之為磁致伸縮效應(yīng)。如圖 31 所示，左邊部分的回路是抽象簡化的電學(xué)網(wǎng)絡(luò)，右邊部分的回路是換能器的力學(xué)網(wǎng)絡(luò)，它們通過中間的機(jī) 電轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)力學(xué)與電學(xué)之間彼此的轉(zhuǎn)換。以下我們將分析和計(jì)算電學(xué)網(wǎng)絡(luò)的工作過程。 如果 聲波換能器的激發(fā) 電路可用一個(gè)開路電壓 ??tU 和一個(gè)輸出電阻 0R 來表示，則薄球殼壓電換能器的等效電路如圖 31 所示。對(duì)于 脈沖電壓 驅(qū)動(dòng)信 號(hào) VU 10? ，對(duì)于其他類型的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 0U 為任意常數(shù)。 [2] 薄圓環(huán)接收器的沖擊響應(yīng)的拉普拉斯變換表達(dá)式： ? ? cbsass sdsH ???? ?? 23 （ 47） 對(duì)（ 47）式進(jìn)行傅里葉變換可得接收 器的傳輸函數(shù)表達(dá)式： cbjaj djjwH ???? ?? ??? ?23)( （ 48） 對(duì)于三次方程 023 ???? cbsass 有 實(shí)用數(shù)學(xué)手冊 [4]： 23 23 ?????????????? qpD 圖 41 接收器的機(jī)電等效電路圖 16 32abp ?? 3272 3 abacq ??? 3 2 Dqx ??? , 3 2 Dqy ??? (49) 1） 0?D 時(shí)，有三個(gè)不相等的實(shí)根 321 , sss ，為 換能器的過阻尼模式 )(31 yxas ??? 232 yxas ??? ayxs 3523 ??? ? ?? ?? ? )()()()( 131211321 sHSHsHssssss sdsH ??????? （ 410） ? ?? ? ? ?yxayx dyxadK ??? ??? 3627 124 21 ? ?? ? dyxa yxaK ???? 18 322 ? ? ? ? dyxaa ayxK ?? ??? 1824 103 23 ? ? ? ? ? ?3123 1 1 1 2 1 31 2 3()? ? ?? ? ? sts t s th t h t h t h tK e K e K e （ 411） 2） 0?D 時(shí) ，且 ? ? ? ?23332 3 0? ? ?qp時(shí)，三個(gè)實(shí)根中有兩個(gè)相等 321, sss ? ，為 換能器的臨界阻尼模式 ? ?yxas ??? 31 ? ? 232 yxas ??? ? ? 233 yxas ??? 17 ? ?? ? dyx yxaK ? ??? 9 3211 ? ?? ?221 27 412 yx ayxK ? ??? ? ?? ?yx yxaK ? ??? 9 3222 ? ?? ?? ? ?