用於井下固井劑評估的系統和方法
2023-11-02 00:23:47
用於井下固井劑評估的系統和方法
【專利摘要】提供了通過確定在位於井眼(11)中的地層(12)與套管(13)之間的介質(20)內傳播的剪切波(26)的剪切速度來進行固井劑評估的系統和方法。該方法可以包括將超聲波換能器陣列(21)定位在井眼中的套管內。該方法還可以包括，以推動模式，利用套管內的超聲波換能器陣列在介質中產生剪切波。該方法還可以包括，以查詢模式，利用超聲波換能器陣列測量剪切波在介質中的剪切速度。剪切速度可以用來判斷介質是固體還是液體。
【專利說明】用於井下固井劑評估的系統和方法
【背景技術】
[0001] 聲學檢測可以用來檢測井眼完井過程中使用的套管和介質。油田聲學檢測可以例 如涉及超聲波的使用。
[0002] 在井眼完井的情況下，穿透地層的井眼可包括地層壁，其中設置有套管。在地層壁 和套管之間的環狀空間（或環隙）中可以填充各種材料構成的介質，例如固井劑、鑽井液、 泥漿和/或其它環狀空間固體。在將介質設置在環狀空間中之後，可以使用聲學測試方法 來評估介質的完整性。介質可能在不同地層之間施加區域隔離，以避免流體（例如水、氣、 油）從地層通過套管的環狀空間流動。介質布置和完整性還可能影響井的構造，以便例如 確保套管的機械支撐和/或提供防腐蝕的保護。
[0003] 可以使用固井劑評估來確定例如在環狀空間中形成介質的各種材料的位置和/ 或存在性。可以使用各種工具，例如使用聲波的工具，來探查套管外的介質。這些工具可以 基於介質的剪切阻抗（大致為介質密度與聲波的剪切速度的乘積）、介質的壓縮阻抗（大致 為介質的密度和聲波的縱向速度的乘積）、和/或它們的組合來進行探查。這樣的評估可以 用於探測可能出現的潛在問題，例如當介質和套管之間的結合失效時、當介質沒有完全設 置好時、當在介質中使用輕質和/或低密度固井劑時、以及其它條件不夠理想從而可能在 介質中留下一些環狀空間固體的實踐場景。
【發明內容】
[0004] 提供
【發明內容】
是為了引入下面的詳細描述中將進一步描述的一些概念的選擇。發 明內容部分並不意圖標識所要求保護的主題的關鍵或必要特徵，也不期望用來輔助限制所 要求保護的主題的範圍。
[0005] 在一個實施例中，提供了一種通過確定位於井眼中的地層壁和套管之間的介質的 剪切速度來進行固井劑評估的方法。該方法可包括：將超聲波換能器陣列放置在井眼中套 管內。該方法還可以包括：以推動模式，利用套管內的超聲波換能器陣列在介質中產生剪切 波。該方法還可以包括：以查詢模式，利用超聲波換能器陣列測量剪切波在介質中的剪切速 度。
[0006] 該方法還可以涉及測量介質中顆粒運動的剪切速度，以及基於所測量的剪切速度 來確定介質是固體還是液體。可選地，該方法還可以包括產生表示多個位置處的介質狀態 的圖像。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 參考附圖描述了用於固井劑評估的方法和裝置的實施例。在所有附圖中，使用相 同的附圖標記來表示相同的特徵或構件。
[0008] 圖1是示出了具有聲波測井配置的井場的一個示例的示意圖。
[0009] 圖2示出了根據本公開的一個實施例的可以用來產生剪切波點源的超聲波換能 器陣列的一個示例的示意圖，該剪切波點源在套管周圍的介質中產生偶極波前型式。
[0010] 圖3示出了根據本公開的一個實施例的可以用來產生快速移動的輻射點力的超 聲波換能器陣列的一個示例的示意圖，該快速移動的輻射點力在套管周圍的介質中產生圓 錐形波前型式。
[0011] 圖4示出了圖2所示的一個示例的示意圖，其中，單個散射體位於環隙中以及由入 射剪切波使散射體移位時對應的超聲波波形。
[0012] 圖5是圖解在特定位置處兩個時間點記錄的"查詢"超聲波波形的一個示例的曲 線圖。
[0013] 圖6是圖解在相距δ X的兩個位置處所構造的位移波形的示例性圖表的曲線圖， 並且示出了剪切波到達時間，分別示為h和t2。
[0014] 圖7示出了根據本公開的一個實施例的固井劑評估方法的流程圖。
[0015] 圖8示出了根據本公開的一個實施例的另一種固井劑評估方法的流程圖。
[0016] 圖9示出了根據本公開的一個實施例的另一種固井劑評估方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 在下面的描述中，給出了許多細節以便於理解本公開。然而，本領域技術人員應當 理解，本公開可以在無需這些細節的情況下實踐，並且可對所描述的實施例做出許多修改 或變更。
[0018] 本公開涉及使用聲學成像來進行固井劑評估。這樣的成像可以用來評估套管和設 置了套管的井眼周圍的地層之間的環隙中的介質的質量。
[0019] 如這裡所提到的，設置了套管的井眼是指地質地層中鑽出的井眼，在井眼中布置 了填充流體的套管，在套管和地層之間的環隙中布置了介質。井眼可以是開採井，即，開採 油氣流向地表的井；或注入井，即從地表向其中注入流體以到達地質地層的井。
[0020] 如這裡所提到的，剪切波可以指當介質在受到剪切或橫向內力而不改變介質的體 積時在介質中產生的橫波。如果介質是彈性的，每一層在剪切之後都將恢復其原始形狀，相 鄰層可以經受剪切，並且這種移位可以作為波在介質中傳播。剪切波的速度（V)等於剪切 模量（G)(介質常數）與介質密度（P)之比的平方根，
【權利要求】
1. 一種用於對井眼（11)中位於地層（12)的壁與套管（13)之間的介質（20)進行固井 劑評估的方法，包括： 將超聲波換能器陣列（21)放置（2000)在井眼（11)中套管（13)內； 以推動模式，利用超聲波換能器陣列（21)在介質（20)中產生（2002)剪切波（26)，該 剪切波（26)引起介質（20)中的顆粒運動；以及 以查詢模式，利用超聲波換能器陣列（21)測量（2006)介質（20)中的顆粒運動的剪切 速度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述推動模式包括： 利用井眼（11)中套管（13)內的超聲波換能器陣列（21)產生聲波束，以在介質（20) 中產生垂直於超聲波換能器陣列（21)的點力，使得介質（20)中的剪切波（26)具有偶極波 前型式。
3. 根據權利要求2所述的方法，還包括： 調製（1002)聲波束，以在介質（20)中產生選定頻率的剪切波，其中，所述選定頻率等 於套管的共振頻率或套管的共振頻率的諧波頻率。
4. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其中，所述推動模式還包括： 驅動（1002)超聲波換能器陣列（21)，使得所產生的點力沿垂直於超聲波換能器陣列 (21)的路徑以高於剪切波（26)的剪切速度的速度移動，從而產生在介質（20)中移動的圓 錐形剪切波。
5. 根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述推動模式包括： 以與套管的共振頻率或套管的共振頻率的諧波頻率之差在一閾值範圍內的頻率驅動 超聲波換能器陣列中的至少一個元件。
6. -種用於固井劑評估的方法，包括： 將超聲波換能器陣列（21)布置（3000)在井眼（11)中套管（13)內，該套管（13)通過 設置在形成於地層（12)的壁與套管（13)之間的環隙中的介質（20)固定在井眼中； 通過使用超聲波換能器陣列（21)，在介質（20)中產生（3002)剪切波（26)，該剪切波 的頻率與套管的共振頻率或其諧波頻率之差在一閾值範圍內，並且該剪切波（26)引起介 質（20)內的顆粒運動； 測量（3004)介質（20)中的顆粒運動的剪切速度；以及 基於剪切速度確定（3006)介質（20)是固態還是液態。
7. 根據權利要求6所述的方法，還包括： 測量（1010、1004)介質（20)中多個位置處的顆粒運動的剪切速度而獲得多個剪切速 度；以及 基於所述多個剪切速度，產生（1012)代表介質（20)的圖像，該圖像指示所述多個位置 處的介質（20)是固態還是液態。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述圖像包括代表介質（20)的二維圖像和代表 介質（20)的三維圖像中的一種。
9. 根據權利要求6至8中任何一項所述的方法，其中，在介質（20)中產生（3002)剪切 波包括： 將超聲波換能器陣列（21)的輸出聚焦到介質（20)中，使得產生點力；以及 以選定的頻率調製超聲波換能器陣列（21)的輸出的幅度，所述選定的頻率與套管的 共振頻率或套管的共振頻率的諧波頻率相差5%或更小的閾值範圍。
10. 根據權利要求9所述的方法，還包括：驅動超聲波換能器陣列（21)而使得沿著垂 直於超聲波換能器陣列（21)的路徑移動點力。
11. 根據權利要求6至10中任何一項所述的方法，還包括驅動超聲波換能器陣列（21) 中的具有固定焦點的至少一個元件，或者使用具有該固定焦點的單元件式換能器。
12. 根據權利要求6至11中任何一項所述的方法，其中，大約每秒零米的剪切速度表示 環隙中的介質為液態，而大於或等於每秒一百米的剪切速度表示環隙中的介質為固態。
【文檔編號】G01V1/44GK104126118SQ201280070192
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】B·弗勒利克 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司