第四节 声波幅度测井.docx

第四节 声波幅度测井声波在介质中传播，其幅度会逐渐衰减，声波幅度的衰减在声波频率一定的情况下，是和介质的密度、弹性等因素有关的。测量井下声波信号的幅度的声幅测井，目前主要用于检查固井后水泥和套管的胶结情况。它是通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层特点以及水泥胶结情况的一种测井方法。一、 岩石的声波幅度测井声阻抗是介质密度和传播速度的乘积，声耦合率是两种介质的声阻抗比。两种介质的声阻抗相差越大，则声耦合率越差，声波能量就不容易透过界面，传到第二介质的能量就少。阻抗相接近时，能量就容易透过界面在第二种介质中传播。声波在地层中传播，能量和幅度有两种衰减形式，一是因为地层吸收声波能量而使幅度衰减，另一种是存在声阻抗不同的两种介质的界面反射，使声波幅度发生变化。这两种变化往往同时存在，究竟哪种变化为主要跟就具体情况分析。如在裂缝发育及疏松岩石井段，声波的衰减主要是由于地层的吸收能量所致；在下套管井中，各种波的幅度变化主要和套管、水泥环、地层之间界面所引起的声波能量分布有关。因此在裸眼井测量声波幅度可以划分裂缝带和疏松岩石地层，在套管井中测量声波幅度变化，可以检查固井质量。二、水泥胶结测井(CBL) 在下套管的井中注水泥后，套管与井壁之间的环形空间内应充满注入的水泥。如果固井质量不好，套管与井壁之间的环形空间会残留泥浆。为了检查水泥与套管是否胶结良好，因此提出了水泥胶结测井。1.水泥胶结测井基本原理CBL下井仪器如图3-10所示，采用单发单收声系，源距为3ft(0.91m)。可以近似认为，发射换能器发出声波，其中以临界角入射的声波，在泥浆与套管的界面上折射，产生沿这个界面在套管中传播的滑行波（即套管波），套管波又以临界角折射进入井内泥浆到达接收换能器被接收。 仪器测量记录套管波的第一峰的幅度值（以mV为单位），即水泥胶结测井曲线。这个幅度值的大小除了决定于套管与水泥胶结程度外，还受套管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居中情况的影响。 若套管与水泥胶结良好，这时套管与水泥环的声阻抗差较小，声耦合较好，套管波的能量容易通过水泥环向外传播。因此，套管波能量有较大的衰减，测量记录到的水泥胶结测井值就很小；若套管与水泥胶结不好，套管外有泥浆存在，套管与管外泥浆的声阻抗差很大，声耦合较差，套管波的能量不容易通过套管外泥浆传播到地层中去。因此套管波能量衰减较小，水泥胶结测井值很大，从而利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井质量。2.影响水泥胶结测井曲线的因素（1）测井时间的影响。灌注的水泥存在凝固过程，这是水泥强度不断增大的过程，套管波的衰减与水泥强度有关，强度小衰减少，在为凝固、封固好的井段测井会出现高幅度值，因此要待凝固后测井。测井过晚，会因为钻井液沉淀固结，井壁坍塌造成无水泥井段声幅低值的假象，一般在固井后2448h之间测量最好。（2）水泥环厚度的影响。实验证明，水泥环厚度大于2cm，水泥环厚度对水泥胶结测井曲线的影响是个固定值，小于2cm时，水泥环厚度越薄，曲线幅度值越高，因此，应用声波幅度测 图3-11 水泥胶结测井曲线实例井检查固井质量时，应参考井径曲线进行。（3）井筒内钻井液气侵会使声波能量发生较大的衰减。造成水泥胶结测井曲线幅度降低的现象，在这种情况下，容易把没胶结好的井段误认为胶结良好。3.CBL测井曲线应用图3-11给出了水泥胶结测井曲线，从图中可以见到：（1）在水泥面返离位置以上曲线幅度最大，在套管接箍处出现幅度变小的尖峰，这是因为声波在套管接箍处能量损耗增大的缘故。（2）深度由浅变深、曲线首次由高幅度向低幅度变化处为水泥面返高位置。（3）在套管外水泥胶结良好处，曲线幅度为低值。水泥胶结测井已广泛用于检查固井质量，并已总结出一套解释方法，如根据模拟井实验表明，可用声波相对幅度的大小来判断固井质量： 声波相对幅度 （3-18）：目的层井段的声波幅度。：套管外全是泥浆的井段的声波幅度。通常，相对幅度越小，固井质量越好；反之相对幅度越大，固井质量越差。根据实验结果和实际经验，可将固井质量划分为三个等级：胶结质量良好，相对幅度40%根据相对幅度定性判断固井质量固然是水泥胶结测井解释的依据，但不能机械地生搬硬套，还要参考井径等曲线，同时还要了解固井施工情况，如水灰比、水泥上返速度和使用的添加剂类型等，必须综合各方面的资料，才能得出准确可靠的判断。CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面）的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间是否胶结良好，即第二界面的问题是无法解决的。但由于水泥胶结测井方法简单，易于解释，仍然是判断固井质量的常用方法。三、变密度测井(VDL) 为了更好地检查下套管井第一界面、第二界面的胶结程度，提出了变密度测井。变密度测井采用单发单收声系，源距为5ft(1.52m)，实际上为声波波列测井，可以接收到套管波、水泥环波、地层波以及泥浆直达波。.变密度测井测量原理 VDL利用单发单收声系进行全波列测量，在1ms的时间间隔内，能够测量套管波、水泥环波，地层波等。在测量时把信号幅度的正半周保留，将负半周去掉，正半周的信号输入到调辉管，将声波幅度的大小转变为光辉度的强弱，信号为零幅度时用灰色表示，正幅度用黑色表示，黑色的深浅表示信号幅度的大小；负半周用白色表示，在照相记录仪上就显示出随深度变化的黑、白相间的条纹，即显示为声波信号的强度时间记录。见图3-12。.曲线分析 经过模拟实验发现，在不同的固井质量情况下，套管波与地层波的幅度变化有一定的规律。如图3-13，当套管外无水泥，只有泥浆时，此时第一界面声耦合不好，致使大部分声能量沿套管传播，极小部分传到地层，甚至传不到地层，这是套管波的幅度很大，而地层波的幅度很小，甚至看不到地层波（图a）。当水泥环与套管及地层胶结良好时，声耦合好，声波能量基本上传到地层，此时套管波幅度小，而地层波的幅度较大（图b）。当第一界面胶结良好，而水泥环与地层胶结不好时，声波大部分能量传到水泥环中，由于水泥环吸收强，致使声波幅度明显衰减，此时所有波的幅度都很低（图c）。当套管偏斜时，一侧与水泥胶结良好，而另一部分与没有水泥，地层称为窜槽，声波能量一部分沿套管传播，另一部分传入地层，此时既有地层波的显示，也有套管波的显示。另外，在VDL测井图（辉度图）中，套管接箍也有显示，显示出“人字形”的条纹线。 四、分区水泥胶结测井(SBT)CBL或VDL是反映套管周围水泥胶结的平均状况，不能反映套管周围不同方位的水泥胶结状况，近年来又发明了研究套管周围3600方位的水泥胶结情况的测井方法，称为分区水泥胶结测井（SBT，阿特拉斯）。该仪器有6个推靠滑板，每个滑板上装有一个发射器和一个接收器，相邻两滑板之间的夹角为600。测井时推靠器使滑板贴在套管壁上，每个接收器接收相邻滑板上发射器发射的声波，这样就可以测出6条声幅曲线，每条曲线显示600张开角内水泥的胶结状况，这样就可以显示套管周围 图3-13 不同固井情况下的套管波及地层波不同方位处水泥的胶结情况，进一步提高检查固井质量的精度。该仪器已投入工业性的应用，取得了较好的使用效果。利用分区水泥胶结测井可以确定套管与水泥、地层与水泥两个界面的水泥胶结状况；提供整个套管周围全方位的水泥胶结状况，克服了常规水泥胶结测井的多解性；判断窜槽的位置，确定水泥返高和混浆带井段；能有效地评价大直径套管井(直径406毫米)的水泥胶结状况。五、 超声波电视测井（BHTV） 测井时，发射换能器垂直向井壁发射超声波，发射后它又作为接收探测器测量反射回来的波，根据反射波的幅度强弱，变为电讯号送入阴极射线示波管，把电信号转变成荧光屏的亮点，其辉度大小与电信号的强弱成正比。换能器以均匀速度旋转和上升，荧光屏上就扫描出一条扫描线。用余辉比较大的物质制作荧光屏，就可以用照相的方法把荧光屏上的图像记录下来，就形成了超声波电视测井六、噪声测井 在油井内通过测量噪声信号的幅度来检测管外窜槽位置和流量等油井的生产问题。当井下液流或气流通过阻流位置时，也就是流体进入狭窄的孔道时，会产生湍流噪声。测定噪声的频率和幅度，可以确定管外流体的流动为止，流量及其流型等。 噪声测