《固井聲波測井》PPT課件

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1、第五章固井聲波測井固井聲波測井儀是用于套管井的一種檢查和評價水泥固井工程質(zhì)量的聲波測井儀器，目前常見的有聲幅測井儀和聲波全波變密度測井儀，水泥評價測井儀—CET，是斯侖貝謝公司近幾年推出的新的固定聲波測井儀。固井聲波測井的主要任務(wù)是檢查套管和地層間水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量，包括第一膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量—水泥環(huán)和套管間的膠結(jié)情況、第二膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量—水泥環(huán)和地層間的膠結(jié)情況。同時，水泥返高、水泥抗壓強度和套管破裂等有關(guān)固井工程質(zhì)量問題都是十分重要的評價內(nèi)容。由于固井聲波測井的井眼條件和測量目的都與裸眼井聲波測井不同，

2、因此在方法原理和儀器設(shè)計上也有其自身特點。第一節(jié)聲幅測井儀5.1.1聲幅測井原理聲幅測井的基本原理是利用水泥和泥漿（或水）其聲阻抗的較大差異對沿套管軸向傳播的聲波的衰減影響來反映水泥與套管間的膠結(jié)質(zhì)量。聲幅測井儀的聲探測裝置是由位于井軸上相隔一段距離的一對聲發(fā)射器和聲接收器構(gòu)成。當(dāng)發(fā)射器發(fā)出聲波后，接收器上接收到的聲信號包括有套管波、水泥波、地層波和泥漿波的貢獻(xiàn)。上述幾種波在井中的傳播路徑見下頁圖。由于水泥對聲波具有較大的吸收系數(shù)，實際到達(dá)接收器的水泥波相對很微弱，一般可認(rèn)為接收信號中無水泥波的貢獻(xiàn)。套管

3、壁的厚度很薄，例如外徑為17.7cm的套管，其壁厚約7mm。鋼套管內(nèi)充滿泥漿，套管外是水泥，由于鋼、水泥、泥漿三種材料的聲阻抗各不相同，因此套管實際上構(gòu)成了一個內(nèi)、外壁具有不同阻抗界面的聲波系。套管波由波導(dǎo)中的不同模式組成，各模式波的軸向傳播速度不盡相同，因而在傳播過程中由于通過阻抗邊界向兩側(cè)介質(zhì)輻射能量而引起的衰減也各不相同。理論和實際測量表明，套管波的首波主要來自于沿套管的滑行縱波和一次反射縱波的貢獻(xiàn)。在井內(nèi)泥漿不變的條件下，套管波的首波向外層介質(zhì)輻射能量的多少取決于介質(zhì)的聲阻抗。例如對套管滑行縱波來

4、說，當(dāng)管外為真空時，阻抗比為∞，不向管外輻射能量；當(dāng)套管外層介質(zhì)的聲阻抗與鋼管相同時，向管外的能量最多，當(dāng)外層介質(zhì)沿徑向無限延伸，這就是相當(dāng)與鋼質(zhì)裸眼井情況，套管滑行縱波將按的規(guī)律衰減（Z為發(fā)射器和接收器間的距離）。對于套管井，固結(jié)良好時套管外圍為水泥環(huán)，固結(jié)不好時套管外圍為泥漿（或水），或者部分是水泥部分是泥漿。由于泥漿的聲阻抗與套管的聲阻抗相差較大，而水泥的聲阻抗與套管相對比較接近，因此套管波的首波幅度與水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量密切相關(guān)。在聲幅測井中，把無水泥固結(jié)的套管端稱為自由套管，自由套管中的套管波聲幅最大

5、，在有水泥固結(jié)的套管端，套管波的聲幅明顯下降。因此，對套管波的幅度或衰減測量可以顯示水泥與套管的膠結(jié)情況，以及指示水泥的返高。研究結(jié)果表明，套管波幅度除了受水泥環(huán)膠結(jié)狀況的影響外，它還會受泥漿性能、儀器源距、套管直徑、套管厚度、水泥配比、水泥環(huán)厚度以及水泥固結(jié)時間等因素的影響。因此，在聲幅測井資料的應(yīng)用中，都是采用相對幅度或相對衰減的方法來評價水泥膠結(jié)質(zhì)量。（1）相對幅度法定義：（5-1）自由套管聲幅值由水泥返高面以上的井段測得。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，解釋標(biāo)準(zhǔn)一般定為：相對幅度小于20%的井段水泥膠結(jié)良

6、好；相對幅度大于30%的井段水泥膠結(jié)不好；相對幅度為20%～30%的井段水泥膠結(jié)中等。顯然，該解釋標(biāo)準(zhǔn)中的好、中、差的界線并不是絕對的，它只是一個統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)，僅供解釋時參考。（2）膠結(jié)指數(shù)法相對幅度法是以自由套管中的聲幅作為參考值來評價水泥膠結(jié)質(zhì)量，這種方法在一定程度上消除了井內(nèi)泥漿及套管尺寸的影響，但是對所用水泥型號、配比、水泥固結(jié)時間的影響則無法消除。膠結(jié)指數(shù)法將對上述影響有所改善。定義聲幅測井的幅度衰減系數(shù)為：（dB/ft）（5-2）式中，Z為源距，ft（尺）；為自由套管波幅度；A為測量層段的套管波幅

7、度。α表征了套管外水泥固結(jié)后造成的套管波衰減。如令整個測量井段中衰減系數(shù)的最大值為，并認(rèn)為對應(yīng)的井段是完全膠結(jié)好的井段。對于衰減系數(shù)為α的井段。其膠結(jié)指數(shù)為：（5-3）對于完全膠結(jié)好的井段應(yīng)有β=1?？紤]到水泥厚度，測量誤差等因素，通常認(rèn)為β>0.8的井段為膠結(jié)良好井段。5.1.2聲幅測井下井儀器聲幅測井的下井儀器由單發(fā)單收聲系和電子線路短節(jié)組成。聲系仍采用頻率為20KHz的壓電陶瓷晶體作為發(fā)射器和接收器，在有的儀器中也采用磁致伸縮材料制作發(fā)射器。聲幅測井儀的電子線路有強電流脈沖發(fā)射電路和接收電路兩個主要

8、部分，接收電路負(fù)責(zé)對接收信號的放大和電纜驅(qū)動，為了保證套管波幅度的有效測量，接收電路應(yīng)對接收信號作為失真放大，因此接收放大器必須嚴(yán)格工作在線性區(qū)，這一點在接收信號強時特別重要。我們知道，強接收信號出現(xiàn)在自由套管的情況。在實際工作中，通常應(yīng)在室內(nèi)的校驗筒（鋼筒）內(nèi)對接收放大器的增益作嚴(yán)格調(diào)整，以確保接收信號的不失真放大。一般來說，效驗筒的外壁為空氣，這個條件比實際自由套管條件更強。在很多情況，可以把裸眼井聲速測井的井下儀器直接用