一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备.pdf

本发明提供一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备，用于石油地球物理勘探领域，该声波测井模拟实验系统包括：缩尺模型井、实验池、换能器、换能器定位装置、激励源设备和信号采集设备；换能器定位装置包括支架、横梁和两夹持单元；夹持单元包括悬臂和夹具；横梁能够沿着支架在铅垂方向上移动，以带动换能器在铅垂方向上移动；悬臂能够沿着横梁在水平方向上移动，以带动换能器在水平方向上移动；夹具能够在其嵌入的悬臂的下端旋转，以带动换能器旋转。本发明能够准确地定位换能器在缩尺模型井井孔中的偏振方向、高度和水平位置，为研究地层性质、声源类型、源距、声源偏振方向和井旁介质形态等参数对声场的影响提供实验条件。

1.  一种声波测井模拟实验系统，其特征在于，包括：缩尺模型井、实验池、换能器、换能器定位装置、激励源设备和信号采集设备；其中，
所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中；
所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；
所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。

2.  根据权利要求1所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述支架与所述横梁通过连接块连接；
所述连接块上设有垂直但不相交的两个通孔；
所述支架和所述横梁各自穿过其中一个所述通孔；
所述支架的表面设有螺纹；
所述支架穿过的所述通孔的上端面和下端面各自抵接一个螺母；
所述螺母沿所述支架表面的螺纹移动，以带动所述连接块移动，进而带动所述横梁在铅垂方向上移动。

3.  根据权利要求1所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述支架为两个，分 别立于所述实验池的两侧。

4.  根据权利要求1～3任一所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述支架的底部固定一用于稳固所述支架的基座。

5.  根据权利要求1所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，
所述悬臂的上端开设一通孔，所述横梁穿过所述通孔，使所述悬臂悬挂于所述横梁上；
所述横梁的顶壁设有多个间隔相同距离的刻度孔；
所述通孔的顶壁设有销钉孔；
穿过所述销钉孔的销钉插入所述刻度孔中，以将所述悬臂固定于所述横梁上。

6.  根据权利要求1所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述夹具包括角度调节柱，以及分别固定于所述角度调节柱两端的手柄和夹持臂；
所述角度调节柱嵌入所述悬臂的下端；
所述夹持臂夹持所述换能器；
所述手柄和所述夹持臂分别位于所述悬臂的两侧。

7.  根据权利要求6所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，
所述角度调节柱为圆柱形结构；
所述悬臂的下端开设一与所述角度调节柱相匹配的圆形通孔，所述角度调节柱嵌入所述圆形通孔中并能够在所述圆形通孔中旋转；
所述角度调节柱的侧壁设有多个角刻度孔，所述多个角刻度孔位于所述角度调节柱的同一横截面上且等分设置；
所述圆形通孔的侧壁设有销钉孔；
穿过所述销钉孔的销钉插入所述角刻度孔中，以将所述角度调节柱固定于所述悬臂的下端。

8.  根据权利要求6所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述夹持臂具有多个卡爪，所述多个卡爪共同夹持所述换能器，且所述换能器的轴线位于所述多个卡爪的中心轴上，所述换能器的信号线从所述多个卡爪的间隔孔中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备。

9.  根据权利要求6所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，所述夹持臂具有一圆柱段和一管柱段；
所述圆柱段位于所述角度调节柱和所述管柱段之间，且固定于所述角度调节柱的端部；
所述管柱段为一端开孔、具有延伸的内腔、另一端封闭的管柱型结构，所述管柱段的开孔及内腔套在所述换能器以夹持所述换能器；
所述管柱段的管壁上设有一狭缝，所述圆柱段的侧壁上设有一狭槽，所述狭缝与所述狭槽沿同一直线设置，所述换能器的信号线从所述狭缝和所述狭槽中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备。

10.  根据权利要求6所述的声波测井模拟实验系统，其特征在于，
所述两夹持单元中的一个夹持单元，其夹具的夹持臂具有多个卡爪，所述多个卡爪共同夹持所述换能器，且所述换能器的轴线位于所述多个卡爪的中心轴上，所述换能器的信号线从所述多个卡爪的间隔孔中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备；
所述两夹持单元中的另一个夹持单元，其夹具的夹持臂具有一圆柱段和一管柱段；所述圆柱段位于所述角度调节柱和所述管柱段之间，且固定于所述角度调节柱的端部；所述管柱段为一端开孔、具有延伸的内腔、另一端封闭的管柱型结构，所述管柱段的开孔及内腔套在所述换能器上以夹持所述换能器；所述管柱段的管壁上设有一狭缝，所述圆柱段的侧壁上设有一狭槽，所述狭缝与所述狭槽沿同一直线设置，所述换能器的信号线从所述狭缝和所述狭槽中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述信号采集设备或所述激励源设备。

11.  一种用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述换能器定位装置与缩尺模型井、实验池、换能器、激励源设备和信号采集设备共同组成了声波测井模拟实验系统，其中，所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中，所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述 换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。

12.  根据权利要求11所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述支架与所述横梁通过连接块连接；
所述连接块上设有垂直但不相交的两个通孔；
所述支架和所述横梁各自穿过其中一个所述通孔；
所述支架的表面设有螺纹；
所述支架穿过的所述通孔的上端面和下端面各自抵接一个螺母；
所述螺母沿所述支架表面的螺纹移动，以带动所述连接块移动，进而带动所述横梁在铅垂方向上移动。

13.  根据权利要求11所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述支架为两个，分别立于所述实验池的两侧。

14.  根据权利要求11～13任一所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述支架的底部固定连接一用于稳固所述支架的基座。

15.  根据权利要求11所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，
所述悬臂的上端开设一通孔，所述横梁穿过所述通孔，使所述悬臂悬挂于所述横梁上；
所述横梁的顶壁设有多个间隔相同距离的刻度孔；
所述通孔的顶壁设有销钉孔；
穿过所述销钉孔的销钉插入所述刻度孔中，以将所述悬臂固定于所述横梁上。

16.  根据权利要求11所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述夹具包括角度调节柱，以及分别固定于所述角度调节柱两端的手柄和夹持臂；
所述角度调节柱嵌入所述悬臂的下端；
所述夹持臂夹持所述换能器；
所述手柄和所述夹持臂分别位于所述悬臂的两侧。

17.  根据权利要求16所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，
所述角度调节柱为圆柱形结构；
所述悬臂的下端开设一与所述角度调节柱相匹配的圆形通孔，所述角度调节柱嵌入所 述圆形通孔中并能够在所述圆形通孔中旋转；
所述角度调节柱的侧壁设有多个角刻度孔，所述多个角刻度孔位于所述角度调节柱的同一横截面上且等分设置；
所述圆形通孔的侧壁设有销钉孔；
穿过所述销钉孔的销钉插入所述角刻度孔中，以将所述角度调节柱固定于所述悬臂的下端。

18.  根据权利要求16所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述夹持臂具有多个卡爪，所述多个卡爪共同夹持所述换能器，且所述换能器的轴线位于所述多个卡爪的中心轴上，所述换能器的信号线从所述多个卡爪的间隔孔中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备。

19.  根据权利要求16所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，所述夹持臂具有一圆柱段和一管柱段；
所述圆柱段位于所述角度调节柱和所述管柱段之间，且固定于所述角度调节柱的端部；
所述管柱段为一端开孔、具有延伸的内腔、另一端封闭的管柱型结构，所述管柱段的开孔及内腔套在所述换能器以夹持所述换能器；
所述管柱段的管壁上设有一狭缝，所述圆柱段的侧壁上设有一狭槽，所述狭缝与所述狭槽沿同一直线设置，所述换能器的信号线从所述狭缝和所述狭槽中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备。

20.  根据权利要求16所述的用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，其特征在于，
所述两夹持单元中的一个夹持单元，其夹具的夹持臂具有多个卡爪，所述多个卡爪共同夹持所述换能器，且所述换能器的轴线位于所述多个卡爪的中心轴上，所述换能器的信号线从所述多个卡爪的间隔孔中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述激励源设备或所述信号采集设备；
所述两夹持单元中的另一个夹持单元，其夹具的夹持臂具有一圆柱段和一管柱段；所述圆柱段位于所述角度调节柱和所述管柱段之间，且固定于所述角度调节柱的端部；所述管柱段为一端开孔、具有延伸的内腔、另一端封闭的管柱型结构，所述管柱段的开孔及内腔套在所述换能器上以夹持所述换能器；所述管柱段的管壁上设有一狭缝，所述圆柱段的侧壁上设有一狭槽，所述狭缝与所述狭槽沿同一直线设置，所述换能器的信号线从所述狭缝和所述狭槽中导出并引至所述缩尺模型井的外部以连接所述信号采集设备或所述激励 源设备。

21.  一种用于声波测井模拟实验的换能器定位组合设备，其特征在于，包括：换能器定位装置和实验池，所述换能器定位装置和所述实验池与缩尺模型井、换能器、激励源设备和信号采集设备共同组成了声波测井模拟实验系统，其中，所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中，所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。

一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探领域，具体地，涉及一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备。
背景技术
声波测井模拟实验是研究井孔声场特征的重要手段。相比于现场测试而言，在实验室内进行声波测井模拟实验具有实验材料和实验条件容易控制、实验周期短、消耗的人力物力较少等优点。
在以往的声波测井模拟实验中，由于实际的井孔模型较大，直接对其进行测量、实验操作和模型控制会遇到许多困难，为了克服这些问题，现有技术按照物理学的相似性原理，采用缩尺模型井代替实际的井孔模型进行声波测井模拟实验，缩尺模型井的参数容易控制，便于在实验室内操作，为实验室内进行声波测井模拟实验创造了有利条件。另外，目前的声波测井模拟实验往往采用超声模型实验的方法进行。
缩尺模型井和超声模型实验分别以无量纲波动方程的不变性和物理学的相似性原理为理论基础，为了获得与现场测井一致的阵列波形信号，在设计实验时，除了要综合考虑缩尺模型井的尺寸、声波波长、换能器工作的频率等因素外，还需要控制换能器在缩尺模型井井孔中的位置和偏振方向。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备，以便在声波测井模拟实验中能够方便、准确地控制换能器的位置和偏振方向。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种声波测井模拟实验系统，包括：缩尺模型井、实验池、换能器、换能器定位装置、激励源设备和信号采集设备；其中，
所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中；
所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；
所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。
相应的，本发明实施例还提供一种用于声波测井模拟实验的换能器定位装置，所述换能器定位装置与缩尺模型井、实验池、换能器、激励源设备和信号采集设备共同组成了声波测井模拟实验系统，其中，所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中，所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。
相应的，本发明实施例还提供一种用于声波测井模拟实验的换能器定位组合设备，包括：换能器定位装置和实验池，所述换能器定位装置和所述实验池与缩尺模型井、换能器、激励源设备和信号采集设备共同组成了声波测井模拟实验系统，其中，所述缩尺模型井浸没于所述实验池装盛的液体中，所述换能器位于所述缩尺模型井的井孔中；所述换能器定位装置包括：
支架，立于所述实验池的外侧；
横梁，水平架设于所述支架上，位于所述实验池的上方；
两夹持单元，各自夹持一所述换能器；
所述夹持单元包括：
悬臂，上端悬挂于所述横梁上，下端伸入所述实验池内；
夹具，嵌入所述悬臂的下端，用于夹持所述换能器；
所述横梁能够沿着所述支架在铅垂方向上移动，以带动所述悬臂和所述夹具移动，进而带动所述换能器在铅垂方向上移动；
所述悬臂能够沿着所述横梁在水平方向上移动，以带动所述夹具移动，进而带动所述换能器在水平方向上移动；
所述夹具能够在其嵌入的所述悬臂的下端旋转，以带动所述换能器旋转；
所述两夹持单元夹持的所述换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述激励源设备连接所述发射换能器；
所述信号采集设备连接所述接收换能器。
借助于上述技术方案，本发明能够控制换能器在缩尺模型井井孔中旋转和沿铅垂方向、水平方向进行移动，从而在声波测井模拟实验中方便、准确地定位换能器在缩尺模型井井孔中的偏振方向、高度和水平位置，为快速、准确地物理模拟研究缩尺模型井中激发和接收的声场特征，以及研究地层性质、声源类型、源距、声源偏振方向和井旁介质形态等参数对声场的影响提供便利条件。利用本发明可以进行多极子声波测井和反射波声波测井模拟实验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
图1是本发明提供的声波测井模拟实验系统的结构示意图；
图2A是本发明示例性声波测井模拟实验系统的剖面示意图；
图2B是本发明示例性声波测井模拟实验系统的三维示意图；
图3A是本发明示例性换能器定位装置中夹持单元的剖面图；
图3B是本发明示例性换能器定位装置中夹持单元的侧视图；
图4A是本发明示例性换能器定位装置中横梁的剖面图；
图4B是本发明示例性换能器定位装置中横梁的侧视图；
图5A是本发明示例性换能器定位装置中具有卡爪的夹具的示意图；
图5B是本发明示例性换能器定位装置中具有管柱型结构的夹具的示意图；
图6A是本发明实施例的换能器定位装置中具有卡爪的夹具的尺寸示意图；
图6B是本发明示例性换能器定位装置中具有管柱型结构的夹具的尺寸示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施方式，提出了一种声波测井模拟实验系统及换能器定位装置、组合设备。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
发明概述
下面结合图1来描述本发明提供的声波测井模拟实验系统。需要注意的是，图1所示的声波测井模拟实验系统是为了便于理解本发明的精神和原理而示出，本发明的实施方式在此方面不受任何限制。
如图1所示为本发明提供的声波测井模拟实验系统的结构示意图，该声波测井模拟实验系统包括：缩尺模型井11、实验池12、换能器13、换能器定位装置、激励源设备15和信号采集设备16。
实验池12中装盛用于模拟地层水的液体(例如水或油)；缩尺模型井11浸没于实验池12装盛的液体中；换能器13位于缩尺模型井11的井孔中，分别为发射换能器13和接收换能器13；发射换能器13连接激励源设备15；接收换能器13连接信号采集设备16。
考虑到接收换能器13所检测到的信号可能会较弱，可先将接收换能器13连接前置信号放大器，对信号放大之后再发送给信号采集设备16，或者，直接在信号采集设备16中增设前置信号放大器，实现对信号的放大功能。
换能器定位装置包括支架141、横梁142和两个夹持单元。其中，支架141立于实验池12的外侧，用于支撑整个换能器定位装置；横梁142水平架设于支架141上，并位于实验池12的上方，用于悬挂夹持单元；两个夹持单元各自夹持一个换能器13。
夹持单元包括悬臂144和夹具145。其中，悬臂144的上端悬挂于横梁142上，下端伸入实验池12内；夹具145嵌入悬臂144的下端，用于夹持换能器13。
横梁142能够沿着支架141在铅垂方向上移动，以带动悬臂144和夹具移动，进而带动换能器13在铅垂方向上移动；悬臂144能够沿着横梁142在水平方向上移动，以带动夹具移动，进而带动换能器13在水平方向上移动；夹具145能够在其嵌入的悬臂144的下端旋转，以带动换能器13旋转。
在本发明提供的声波测井模拟实验系统中，换能器定位装置能够控制换能器13在井孔中上下左右移动和旋转，实现对换能器13高度、水平位置和偏振方向的准确定位。
利用本发明提供的声波测井模拟实验系统进行声波测井模拟实验，能够快速、准确地物理模拟研究缩尺模型井11中激发和接收的声场特征，以及研究地层性质、声源类型、源距、声源偏振方向和井旁介质形态等参数对声场的影响。利用本发明提供的声波测井模拟实验系统可以进行多极子声波测井和反射波声波测井模拟实验。
示例性系统和装置
如图2A、2B所示，分别为本发明示例性声波测井模拟实验系统的剖面示意图和三维示意图，该声波测井模拟实验系统包括：实验池21、换能器定位装置22、缩尺模型井、换能器、激励源设备和信号采集设备，为了便于说明具体结构，图2A、2B中仅显示出了实验池21和换能器定位装置22。
该声波测井模拟实验系统中，缩尺模型井浸没于实验池21装盛的液体中，换能器位于缩尺模型井的井孔中，分别为发射换能器和接收换能器。
如图2B所示，可在实验池21的两侧壁上对称地装设提手结构211，以便手动搬移实验池21。
如图2A、2B所示，换能器定位装置22包括：两个支架221、一个横梁222和两个夹持单元。
两个支架221分别立于实验池21的两侧。为保证实验过程中支架221稳定不动，可选地， 可在支架221的底部固定一基座225，基座225可以是厚重的钢板或其他能够稳固支架221的重物。
横梁222水平架设于支架221上，并位于实验池21的上方。其中，横梁222与支架221通过连接块226连接。连接块226上设有垂直但不相交的两个通孔；支架221和横梁222各自穿过其中一个通孔。支架221的表面设有螺纹；支架221穿过的通孔的上端面和下端面各自抵接一个螺母227。当旋转螺母227使其沿支架221表面的螺纹移动时，连接块226随之移动，并依次带动横梁222和夹持单元在铅垂方向上移动，进而带动换能器在铅垂方向上移动，变换高度。
可选地，可在支架221的表面明确标记螺纹的螺距，以便根据螺母227移动的螺纹牙数准确计算出换能器在井孔中高度的调整幅度。
考虑到是通过调整连接块226的高度进而调整横梁222的高度，这就需要保证连接块226和横梁222的相对位置固定不变，为此，在具体实施时，可以利用一销钉同时穿过横梁222以及横梁222所穿过的连接块226上的通孔，以将连接块226固定于横梁222上。
两夹持单元各自夹持一个换能器，夹持单元具体包括悬臂223和夹具224，图3A、3B分别为夹持单元剖面图和侧视图。
如图3A、3B所示，悬臂223的上端开设通孔K1，横梁222穿过该通孔K1，使得悬臂223悬挂于横梁222上，通孔K1的顶部设有销钉孔K2。
图4A、4B分别为横梁222的剖面图和俯视图。如图4A、4B所示，横梁222的顶壁设有多个刻度孔K3。利用销钉穿过销钉孔K2并插入刻度孔K3中，即可将悬臂223固定于横梁222上。通过将穿过销钉孔K2的销钉移动至不同的刻度孔K3中，可实现悬臂223沿着横梁222在水平方向的移动，同时夹具224带动换能器在水平方向上移动，以改变换能器在井孔中的水平位置，即改变发射换能器与接收换能器之间的源距。
可选地，令横梁222的刻度孔K3间隔相同的距离，以便通过销钉移动的刻度孔K3的数目准确计算出换能器在井孔中水平移动的距离。
具体实施时，可在横梁222的顶壁上，针对两个夹持单元各设置一排刻度孔，这两排刻度孔分别靠近横梁222的两端。此外，为了适应实验池、缩尺模型井和换能器的尺寸大小，还可以将这两排刻度孔设置为分别具有不同数量的刻度孔K3。例如，针对一个夹持单元在横梁222的顶壁上设置一排刻度孔，具有21个刻度孔K3；针对另一个夹持单元在横梁222的顶壁上设置另一排刻度孔，具有42个刻度孔K3。
如图3A、3B所示，夹具224由手柄31、角度调节柱32和夹持臂33组成。其中，角度调 节柱32为圆柱形结构。手柄31和夹持臂33分别固定于角度调节柱32的两端。
悬臂223的下端开设一圆形通孔K4，圆形通孔K4与角度调节柱32的圆柱形结构相匹配，角度调节柱32嵌入圆形通孔K4。角度调节柱32的侧壁设有多个角刻度孔K5，这些角刻度孔K5位于角度调节柱32的同一横截面上。圆形通孔K4的侧壁设有销钉孔K6。利用销钉穿过销钉孔K6并插入角刻度孔K5中，可以将角度调节柱32固定于悬臂223的下端。通过旋转手柄31可使得角度调节柱32在圆形通孔K4中旋转，夹持臂33随之旋转，进而带动换能器旋转，改变换能器的偏振方向。实验过程中，当需要改变换能器的偏振方向时，可旋转手柄31使销钉孔K6对准角度调节柱32上合适的角刻度孔K5，然后利用销钉将角度调节柱32固定于合适的旋转方位，换能器也随之固定于该旋转方位，发射或接收具有特定偏振方向的声波。
可选地，令角度调节柱32侧壁上的多个角刻度孔K5沿其所在的横截面(为圆形)等分设置，以便通过销钉孔K6旋转过的角刻度孔K5的数目准确计算出换能器旋转过的角度。
夹持臂33用于夹持换能器。在声波测井模拟实验中，不同尺寸的缩尺模型井需要配合不同尺寸或形态的换能器，为了适应夹持不同尺寸或不同形态换能器的需要，本发明提供了如图5A、5B所示的两种不同类型的夹具224。
如图5A所示，夹具224的夹持臂33具有多个卡爪，这多个卡爪都关于同一中心轴对称设置且能够同时张开和回缩，用于夹住换能器，由于所有卡爪关于同一中心轴对称，因此在夹住换能器的同时，能令换能器的轴线位于该中心轴上，保证换能器居中夹持。另外，卡爪有一定的弹性，可以适量张开，以适应夹持不同外径的换能器。利用如图5A所示的夹具224时，可将换能器的信号线从卡爪之间的间隔中导出并引至缩尺模型井的外部以连接激励源设备或信号采集设备。
如图5B所示，夹具224的夹持臂33包括一圆柱段331和一管柱段332。其中，圆柱段331位于角度调节柱32和管柱段332之间，且固定于角度调节柱32的端部。管柱段332为一端开孔、具有延伸的内腔、另一端封闭的管柱型结构，管柱段332的开孔及内腔通过套在换能器上来达到夹持换能器的目的。管柱段332的内腔部位的管壁上设有一狭缝K7，圆柱段331的侧壁上设有一狭槽K8，狭缝K7与狭槽K8沿同一直线设置，二者具有相同的周向角度且相连通，均用于导出换能器的信号线并引至缩尺模型井的外部以连接信号采集设备或激励源设备。
需要说明的是，在具体实施时，管柱段332的开孔和内腔的直径应略大于或等于换能器的外径，若开孔和内腔的直径过小，则换能器无法伸入其中，若开孔和内腔的直径过大，则换能器难以居于内腔的中轴线上，容易导致偏振方向偏移。具体实施时，换能器可以不 完全伸入管柱段332的内腔中，例如可以仅套住换能器圆柱形结构的一部分。
实验过程中，可以根据实验的需要，为发射换能器和接收换能器选择合适的夹具224，例如，可以都采用图5A所示的夹具224，或者都采用图5B所示的夹具224，或者分别采用如图5A、5B所示的夹具224。
需要说明的是，本发明对夹具224的尺寸大小不做限定，即下文只是对夹具224的结构做出说明，凡在本发明的精神和原则之内，选择任何尺寸大小的夹具224均应包含在本发明的保护范围之内。可选地，具体实施时，为了满足夹持不同尺寸换能器的需要，可以分别设计多种不同尺寸大小的图5A、5B所示的夹具224，实验时根据需要选择不同尺寸的夹具224。
实施例
本实施例为本发明示例性系统的具体实施例。
参考图2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A、6B，对本实施中各个元件的尺寸和结构设计进行说明。
实验池21由不锈钢材料制成，长宽高分别为92cm、61cm、41cm。
两个支架221的高度均为56cm。
横梁222的长度为116cm，距离横梁222的两端28cm各有一排直径为3mm、间隔5mm的刻度孔，其中一排的刻度孔总数为21个，另一排的刻度孔总数为42个，这两排刻度孔分别对应两个夹持单元。
每个夹持单元中，悬臂223的长度为33cm。
本实施例提供两种不同结构的夹具224，每一种各有长短两种尺寸。
其中一种夹具224的结构如图5A所示，长短两种尺寸分别为图6A中的(a)、(b)。
如图6A所示，(a)、(b)分别为长、短两套夹具224，其结构属于图5A所示的卡爪类型。其中，(a)夹具224的总长度为27cm，夹持臂33的长度为20cm，卡爪的长度5cm。(b)夹具224的总长度为14cm，夹持臂33的长度为7cm，卡爪的长度5cm。(a)、(b)夹具224的角度调节柱32和手柄31的总长度为7cm，同一横截柱面的圆周方向上等分设置有16个角刻度孔，每转过一个角刻度孔，换能器的偏振方向改变22.5°，手柄31具有两个对称的切面，便于手工或者利用工具对角度调节柱32进行旋转。
另一种夹具224的结构如图5B所示，长短两种尺寸分别为图6B中的(c)、(d)。
如图6B所示，(c)、(d)分别为长、短两套夹具224，其结构属于图5B所示的圆柱段+管柱段类型。其中，(c)夹具224的总长度为27cm，夹持臂33的长度为20cm，管柱段 332的内腔深度为10cm，狭缝K7和狭槽K8的周向角度均为54°，狭缝K7和狭槽K8相连通，用于导出换能器的信号线。(d)夹具224的总长度为22cm，夹持臂33的长度为15cm，管柱段332的内腔深度为10cm，狭缝K7和狭槽K8的周向角度均为54°。(c)、(d)夹具224的角度调节柱32和手柄31的总长度为7cm，同一横截柱面的圆周方向上等分设置有16个角刻度孔，每转过一个角刻度孔，换能器的偏振方向改变22.5°，手柄31具有两个对称的切面，便于手工或者利用工具对角度调节柱32进行旋转。
本实施例提供的声波测井模拟实验系统的使用方法如下：
1、进行声波测井模拟实验之前，在实验池21内装入模拟地层水的液体，并把缩尺模型井浸没于液体中。
2、按照如图2A、2B所示的结构，组装支架221、横梁222和夹持单元。
3、根据缩尺模型井的井孔直径，选择合适尺寸的换能器和夹具224，利用夹具224夹持住换能器之后，将换能器放置于井孔中。
4、根据实验需求，确定换能器在井孔中的高度、水平位置和旋转方位。
5、通过旋转螺纹，调整横梁222在支架221上的高度，使得换能器在井孔中处于实验所需的高度；通过调整悬臂223在横梁222上的水平位置，使得换能器在井孔中处于实验所需的水平位置，并利用销钉将悬臂223固定于对应的刻度孔K3中；通过旋转手柄31，使得换能器在井孔中处于实验所需的旋转方位，使得销钉孔K6对准角度调节柱32上的角刻度孔K5，利用销钉将角度调节柱32固定于悬臂223的下端。
6、将发射换能器的信号线连接激励源设备；将接收换能器的信号线连接信号采集设备。
7、实验过程中，当需要改变换能器的偏振方向时，计算需要转过多少角度，并将其转换为需要转过多少个角刻度孔K5；从销钉孔K6中拔下销钉，旋转手柄31，带动角度调节柱32旋转，直到转过所需数目的角刻度孔K5，将销钉再次插入销钉孔K6中，固定角度调节柱32，达到调整换能器的偏振方向的目的。
利用本实施例提供的声波测井模拟实验系统，能够方便、准确地控制换能器在缩尺模型井井孔中旋转和上下左右移动，从而方便、准确地定位换能器在缩尺模型井井孔中的偏振方向、高度和水平位置，有利于快速、准确地通过物理模拟研究缩尺模型井中激发和接收的声场特征，以及研究地层性质、声源类型、源距、声源偏振方向和井旁介质形态等参数对声场的影响。此外，本发明中的换能器定位装置22组装方便、简单，可根据实验需要移动位置，为室内进行声波测井模拟实验提供了非常便利的条件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。