用超聲脈衝反射法測量射孔孔眼深度的方法
2023-05-07 05:14:11 3
專利名稱：用超聲脈衝反射法測量射孔孔眼深度的方法
技術領域：
本發明涉及一種地球物理測井方法，它是利用超聲脈衝反射法測量井下射孔孔眼的深度。
油氣井射孔是石油勘探與開發中的一項關鍵技術，也是油氣井完井作業系統工程之一，射孔質量的優劣直接關係到油田產量的大小和油氣採收率的高低，射孔質量的全面檢驗尤其是射孔穿深的準確評價一直是人們關注的問題。多年來，人們對射孔孔眼深度測量問題進行了大量研究，主要是利用實驗室的模擬射孔和測量結果來預測井下的情景，具體做法是將待實驗巖石用鋼管套起來形成射孔靶並施以單軸壓力和靜壓力以分別模擬巖石所受徑向壓力和上覆壓力，用各種槍身和射孔彈對射孔靶射擊，將射過孔的靶鋸開，測量和分析射孔孔眼的形狀和深度及其與巖性之間的關係。人們發現，射孔孔眼深度與射孔靶的性質、巖石所受的上覆壓力、井內流體靜壓力等因素有關，射孔孔眼深度隨上覆壓力的增加而減小。為了預測井下實際的射孔孔眼深度，人們在實驗室內測量巖石所受的靜壓力與巖石聲波速度、密度之間的關係，然後利用聲波測井資料和密度測井等資料推測射孔孔眼深度。但是，精度、可靠程度等均無法評價。迄今國內外尚沒有直接測量井下射孔孔眼深度的成功理論和有效手段。
本發明的目的是要提供一種直接測量井下射孔孔眼深度的方法。
本發明的目的是這樣實現的，應用超聲脈衝反射方法，將一個超聲波探頭下入井底，通過控制電路和步進電機，使探頭邊旋轉邊上升，同時發射脈衝超聲波對套管壁進行掃查，利用接收到的反射波和散射波波列來確定孔眼深度，所採用的超聲波探頭是主頻小於1MHz，發出的聲束直徑小於射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶自發自收探頭。根據套管內壁的反射波能量，首先識別套管壁上有無孔眼如果套管內壁反射波的能量較強，則表示套管壁上沒有孔眼，反之則表示套管壁上有孔眼存在，在判定有孔眼的前提下，對整個反射波波列進行數據採集、處理，進而計算得到孔眼深度值D＝Vf*tb/2，其中Vf為射孔孔眼中流體的聲速，th為孔底反射信號到達的時間，從接收到的反射波波形的尾部向前尋找得到。而孔底反射信號的確定則根據孔底反射脈衝波應有足夠的能量和孔底反射脈衝波的主頻應接近於入射脈衝波的主頻這兩點判據。
本發明所述的測量射孔孔眼深度的方法，通過超聲波對目的層段套管內壁全覆蓋掃描，只記錄套管內壁反射波的時域波形，檢測接收時域中的能量，可方便快速地判斷套管上有無孔眼，當發現套管內壁有孔眼時，再記錄整個反射波波形，判斷孔眼深度。因此，本方法能夠有效地節約存儲空間，減小數據傳輸系統的負擔。同時利用開窗法和頻率限定法從接收時域波形的尾部向前尋找孔底反射信號到達時間，判斷準確、易於實現。
圖1是依據本發明所述的射孔孔眼深度測量示意圖。
圖2是依據本發明所述射孔孔眼深度測量方法專用總體控制程序流程圖。
圖3是依據本發明所述射孔孔眼深度測量方法數據採集流程圖。
下面結合附圖來進一步描述本發明。
圖中，1--射孔孔眼，2--超聲波探頭，3--電動馬達及控制電路，4--套管，5--水泥環，6--地層。
選擇一種主頻小於1MHz、發出的聲束直徑小於射孔孔眼1直徑(約10mm)的聚焦寬頻帶探頭2，與高精度步進電機及控制電路3相連接，並下入井中；與探頭連接的自發自收信號源須滿足以下要求激勵強度可調，阻抗特性可調，輸出脈衝寬度在1μs--10μs範圍內可調，具有程控和自激兩種工作模式。在控制器的控制下，步進電機驅動超聲波探頭邊旋轉邊上升，同時，探頭不斷地發出超聲脈衝信號，對套管4內壁進行掃查，探頭同時接收反射回來的聲波，並送入採集、處理系統，所有過程都由計算機控制。
權利要求
1.一種利用超聲脈衝反射法直接測量射孔孔眼深度的方法，其特徵在於a.超聲波探頭在井下旋轉上升過程中發射脈衝超聲波，對套管內壁進行掃查；b.由套管內壁反射波的能量來識別套管壁上有無孔眼，若套管內壁反射波較強，則表示套管壁上沒有孔眼，反之則表示套管壁上存在孔眼，在判斷有孔眼的前提下，對整個反射波波形進行數據採集、處理；c.從接收到的反射波波形的尾部向前尋找孔底反射信號到達時間tb，而孔底反射信號的尋找是根據孔底反射脈衝波應有足夠的能量和孔底反射脈衝波的主頻應接近於入射脈衝波的主頻這兩個判據；d.根據公式D＝Vf*tb/2計算出孔眼深度，其中Vf為射孔孔眼中流體的聲速。
2.根據權利要求1所述的射孔孔眼深度測量方法，其特徵在於所說的超聲波探頭是主頻小於1MHz、聲束的直徑小於射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶超聲波探頭。
全文摘要
本發明公開了一種利用超聲脈衝反射法直接測量射孔孔眼深度的方法,它是超聲波探頭在井下旋轉上升過程中發射脈衝超聲波對井壁進行掃查,利用接收到的反射波波列來確定孔眼深度,而孔眼深度值為孔眼中流體的聲速與孔底反射信號到達時間之乘積的二分之一。該方法所採用的探頭是主頻小於1MHz、聲束的直徑小於射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶超聲波探頭。本方法中探頭的運動、控制、超聲脈衝信號的發射接收、反射波的數據採集、處理、計算等過程均由專用程序控制。
文檔編號E21B47/04GK1250133SQ99121428
公開日2000年4月12日 申請日期1999年9月30日 優先權日1999年9月30日
發明者喬文孝, 鞠曉東 申請人:石油大學(華東)