聲波水泥膠結固井質量測井方法
2023-12-11 13:32:12
專利名稱：聲波水泥膠結固井質量測井方法
技術領域：
本發明屬於石油地球物理勘探測井技術領域，特別是用於測量套管井的水泥膠結固井質量。
目前國內外聲波固井質量測井是先使聲波在水泥膠結層中傳播，然後接收從中傳播的聲波信號，再依據所接收的聲波信號幅度的變化來測定套管井的水泥膠結質量。對於套管井的第Ⅰ膠結面(套管與水泥膠結層之間的界面)，用首波幅度的大小來判斷它的水泥膠結質量並以曲線的形式表示出來。中國西安石油勘探儀器總廠生產的聲幅固井測井儀僅僅可以測量首波幅度，美國斯侖貝謝(Schlumberger)公司和西方阿特拉斯(Westen-Atlas)公司研製和生產的數控測井儀可以測量首波和續至波的幅度值，都是以接收聲波信號幅度的大小來表徵套管井Ⅰ、Ⅱ次膠結面的水泥膠結質量的好壞。在套管井水泥膠結質量測井過程中，所測量的聲波幅度值不僅受Ⅰ、Ⅱ次膠結面水泥膠結質量的影響，還要受到套管直徑和厚度、水泥膠結層厚度和水泥性能標號、聲波發射換能器的發射功率和接收換能器的接收靈敏度的不一致性、井下儀器在井中的傾斜和偏心、以及井下溫度和壓力引起泥漿聲阻抗和電子線路性能變化等因素的影響。因而前述測井方法的誤差都較大。中國科學院聲學研究所等申請人在中國專利局申請了題為《聲波全面評價水泥膠結固井質量的方法》的專利申請，其申請號為88103343，審定公告日為1992年8月19日，審定號為CN1017915B。該專利申請以另一種方法評價套管井的水泥膠結固井質量。但該方法在實際運行中有難以克服的障礙有效信號在雜散幹擾聲波作用下很難檢測出和分辨出，第Ⅱ膠結面是非常不規則的，因而其反射聲波信號的幅度值不足以說明水泥膠結的品質。
本發明的目的是提供一種更精確地測定套管井水泥膠結固井質量的方法。該方法通過多個參數來描述水泥膠結固井質量，並能消除諸如套管直徑和厚度，井下儀器在井中的傾斜等一系列測井環境對測量結果的影響。
本發明以如下方式實現。一定順序排列的發射換能器和接收換能器置於含有泥漿的井中，由電信號源激勵發射換能器，該換能器產生超聲信號，超聲信號在套管和水泥膠結層中傳播，由接收換能器接收並記錄前述聲波全波列，並存儲在地面儀的計算機儲存儲器裡。在本發明中使用兩個發射換能器和兩個接收換能器，按照發射換能器T1-接收換能器R1-接收換能器R2-發射換能器T2的順序沿井筒方向排列，所用信號頻率為20千赫茲。發射接收時序為T1發射R1接收，T1發射R2接收，T2發射R1接收，T2發射R2接收。接收換能器將收到的聲波轉換成電模擬信號，其全波列傳送至地面儀，經模數轉換後存儲在計算機的存儲器裡，再經如下計算處理而求出測井結果。
第一步從計算機存儲器取出T1發射R1接收時的全波列SF11，由計算機的處理程序對SF11的首波採樣值進行比較，找出兩個最大採樣值，運用拋物線插值法進行運算，求得準縱波首波峰值S11，並確定在該值點的聲波在套管中傳播的維縱波的旅行時間T11。將S11，T11再存入內存。
第二步依據T1發射R2接收的波列，應中第一步中的計算方法求出首波峰值S12。
第三步依據第一步和第二步的結果，求波峰比值B1依據公式B1＝ (S12)/(S11)第四步當T2發射R1接收時，依據前述方法計算首波峰值S21。
第五步當T2發射R2接收時，同樣計算出首波峰值S22。
第六步依據第四、第五步的S21和S22求出聲幅比B2B2＝ (S21)/(S22)第七步計算等效減係數α，α＝- 1/(2γ) InB1·B2其中B1和B2前邊已經計算出，γ是兩個接收換能器之間的距離。
第八步將連續測量計算出的T11，B1，S11，α各點值逐點連接起來形成曲線，依據曲線的漲落就可以判斷1次水泥膠結面的膠結質量。
本發明的優點如下。本發明用首波幅度曲線，首波傳播時間曲線，首波幅度比曲線，等效衰減係數曲線共四條曲線描述水泥膠結固井測井時Ⅰ次膠結面的膠結質量。依據聲學原理推導出的等效衰減係數α，只是套管固有聲衰減係數和Ⅰ次界面聲散射係數的函數，從而消除了套管直徑和厚度，水泥膠結層厚度和水泥性能標號，聲波發射換能器的發射功率和接收換能器的接收靈敏度的不一致性，井下儀器在井中的傾斜和偏心以及井下溫度壓力引起泥漿聲阻抗和電子線路性能變化等因素的影響。以波峰值點確定準縱波傳播時間，減少了測量誤差，等於用準縱波的傳播速度判斷Ⅰ次界面的水泥膠結質量。
圖1是本發明使用裝置的工作狀態圖。
圖2是本發明從井下儀通過電纜傳輸至地面的聲波波形圖。
本發明的實施例。
參照圖1，它是本發明所使用裝置的工作狀態示意圖。其(1)是地層，(2)是水泥膠結層，(3)是套管，下井儀懸掛在井中，在本實施例中，下井儀(4)有四個探測換能器，接收換能器是(R1)和(R2)，發射換能器是(T1)和(T2)，其排列方式如圖(1)所示，下井儀(4)由電纜(5)吊著，電纜(5)繞過井口滑輪(6)連接至地面儀的預處理面板(7)，再通過接口(8)連接至計算機主機(9)，主機(9)分別連接CRT顯示儀(11)、繪圖儀(10)和鍵盤(12)。圖2是通過電纜(5)傳輸的波形圖。其中的收發序列是T1發射R1接收，T1發射R2接收，T2發射R1接收，T2發射R2接收，如此循環。使用的超聲波頻率是20千赫茲。兩次T1或T2間的間隔是20毫秒，後一次T1與前一次T2之間的時間間隔是283.8毫秒。
第一實施例是模擬測量旅行時間。實施條件套管內徑為127毫米，套管壁厚8毫米，聲系源距1米，套管四周充滿清水，這裡依照本發明方法測量並計算出首波旅行時間為184微秒。而當套管周圍固化上500號水泥，仍用本發明方法測算出旅行時間為220微秒。說明水泥膠結質量好則使聲波傳播速度變慢。
第二實施例。
選擇雙發雙收聲波下井儀，聲系的源距為1米，間距為0.4米。將聲系置於3米長的充滿水的鋁筒內，按照聲系在鋁筒內不同的偏心位置，依據前述本發明的方法測量並計算出如表1的結果數據。
以方均根誤差來表示測量結果，可以得到如下表示式。
S11＝0.35V±0.09V S12＝0.27V±0.03VS21＝0.31V±0.05V S22＝0.54V±0.07Vα＝0.78NP/m±0.05NP/m將S11，S12，S22，S21和α的相對方均根誤差分別以百分比來表示，分別是26%，11%，13%，16%和6%。可見等效聲衰減係數α的相對方均根誤差最小。
權利要求
1.一種聲波水泥膠結固井質量測井方法，按一定排列順序將發射換能器(T1，T2)和接收換能器(R1，R2)置於含有泥漿的井中，由電信號源激勵發射換能器(T1，T2)使之產生超聲信號，超聲信號沿套管(3)，水泥膠結層(2)以及地層(1)傳播，由接收換能器(R1，R2)接收並把它們傳送至地面儀，地面儀進行處理並計算出最後結果，其特徵在於使用兩個發射換能器(T1，T2)和兩個接收換能器(R1，R2)，按照發射換能器(T1)-接收換能器(R1)-接收換能器(R2)-發射換能器(T2)的順序沿井筒方向排列，發射接收時序為T1發射R1接收，T1發射R2接收，T2發射R1接收，T2發射R2接收，接收和處理的信號是全波列(SF11)，地面儀收到信號後經模數轉換存儲在計算機主機(9)的存儲器裡，再經如下計算求出測量結果；第一步從存儲器裡取出(T1)發射(R1)接收時的全波列(SF11)，由計算機處理程序對(SF11)的首波採樣值進行比較，找出兩個最大採樣值，運用拋物線插值法進行運算，求得準縱波首波峰值S11，並確定在該值點的旅行時間T11，將S11，T11再存入內存；第二步依據T1發射R2接收的全波列(SF12)，應用第一步中的計算方法求出首波峰值S12；第三步依據第一步和第二步的結果應用公式B1= (S12)/(S11) 求出波峰比值B1；第四步當T2發射R1接收時，依據前述同樣的方法計算出首波峰值S21；第五步當T2發射R2接收時，計算出首波峰值S22；第六步依據第四、第五步的結果S21，S22，應用公式B2= (S21)/(S22) 求出波峰比值B2；第七步計算等效衰減係數α，依據公式α=- 1/(2Y) lnB1·B2其中B1和B2前邊已經計算出，Y是兩個接收換能器(R1和R2)之間的距離；第八步逐點測算出T11，B1，S11，α的值，連續起來形成曲線，依據曲線漲落可判斷Ⅰ次水泥膠結面的膠結質量。
全文摘要
本發明屬於石油聲波測井技術領域。採用雙發雙收下井儀，設定發射和接收換能器沿井眼排列位置。設定激發和接收聲波的時序，將接收的聲波全波列記錄並存儲到計算機裡，然後計算出首波聲幅S，聲幅比B，首波傳播時間T及等效聲衰減係數α等四項參數，由它們共同評價I次界面水泥膠結質量。從而較大地消除了套管材質，下井儀的傾斜和偏心，儀器電參數的不同和變化等條件對所測量數據的影響，從而提高了測量可靠性。可代替現有的聲幅固井質量測井方法。
文檔編號E21B47/00GK1098472SQ9310949
公開日1995年2月8日 申請日期1993年8月6日 優先權日1993年8月6日
發明者法林, 黃火榮, 從常喜 申請人:西安石油勘探儀器總廠