声波测井课-声幅

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1、 声 波 测 井 方 法 和 应 用主 讲 人 ： 章 成 广长 江 大 学地 球 物 理 与 资 源 学 院 第 二 章 套 管 井 中 声 波 测 井 在 套 管 井 中 测 量 声 波 信 号 的 声 幅 测 井 主 要用 于 评 价 固 井 质 量 ， 也 称 水 泥 胶 结 测 井 。内 容 ： 2.1 套 管 井 中 波 成 分 2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 关 系 2.3 声 幅 测 井 及 其 应 用 （ CBL， SBT） 2.4 变 密 度 测 井 （ VDL） 2.5 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 （ CET， USI） 井 眼 直 径 8.5 英 寸

2、 套 管 外 径 7 英 寸 套 管 内 径 d 6.4 英 寸 水 泥 环 厚 0.75 英 寸 套 管 壁 厚 b 0.3 英 寸 仪 器 外 径 c 3.63 英 寸 泥 浆 环 厚 1.38 英 寸 源 距 L 3,5 英 尺 钢 速 度 V2 17544 英 尺 /秒 钢 时 差 57 微 妙 /英 尺 泥 浆 速 度 V1 5250 英 尺 /秒 泥 浆 时 差 189 微 妙 /英 尺 水 泥 声 速 V2 900016000 英 尺 /秒 水 泥 时 差 11163微 妙 /英 尺 砂 岩 骨 架 声 速 18000 英 尺 /秒 砂 岩 骨 架 时 差 55.5 微 妙 /英

3、 尺 V1 V2 V3 V4L a b c12 23J02.1 套 管 井 中 波 成 分第 二 章 套 管 井 中 声 波 测 井 接 收 器 依 次 得 到 波 有 ： 套 管 波 、 地 层 波水 泥 环 波 、 泥 浆 波 滑 行 纵 波 2.1 套 管 井 中 波 成 分第 二 章 套 管 井 中 声 波 测 井1、 套 管 波 (纵 波 横 波 复 合 波 ):滑 行 波 、 一 次 反 射 波及 多 次 反 射 波 （ 能 量 很 弱 ） ， 滑 行 波 与 一 次 反 射 波到 达 接 收 器 时 间 只 差 0.2us， 可 看 作 同 时 到 达 。Lbtgatg VVVb

4、VaT VVVatgLVaT CCC 21 21212211 212122 sinsin,1cos21cos22 sin,21cos21 一 次 反 射 纵 波 )(1557cos21 9542.0cos,2999.0sin 12 21 cdLVaVLT VV C CC sTftL sTftL 55.326)63.34.6(155571,5 55.212)63.34.6(153571,3 对 于 套 管 波 到 达 接 收 器 时 间 在 全 井 段 是 不 变 的 ， 只 与 源 距 、套 管 、 仪 器 尺 寸 有 关 2.1 套 管 井 中 波 成 分第 二 章 套 管 井 中 声 波

5、测 井1、 套 管 波 (纵 波 横 波 复 合 波 )套 管 波 的 声 强 （ 或 幅 度 ） 大 小 与 水泥 胶 结 好 坏 有 关 ， 设 12为 折 射 系 数 , 23为 反 射 系 数 ,入 射 声 强 为 J0,则 反射 声 强 为 :J=J01223 21= J0 21223说 明 反 射 声 强 与 套 管 水 泥 界 面 反 射系 数 23有 关 .胶 结 不 好 23就 大 ,声 强幅 度 增 大 ;管 外 是 水 泥 还 是 泥 浆 或 空气 ,接 收 套 管 波 相 差 45倍 。因 此 套 管 波 幅 度 的 大 小 可 确 定 第 一界 面 水 泥 胶 结 质

6、 量 。 V1 V2 V3 V4L a b c12 23J0 223 2323 ZZ ZZ 2.1 套 管 井 中 波 成 分第 二 章 套 管 井 中 声 波 测 井2、 水 泥 环 波 :在 第 一 界 面 上 不 会 出 现 滑 行 波 ， 只 有 一 次 或多 次 反 射 波 （ sin2/sin3=V2/V3,V2V3),由 于 水 泥 环 中 存 在 微 裂 隙 水 泥 胶 结 不 致 密 ,一 般 水 泥 环 的能 量 很 弱 ,常 被 其 它 波 列 所 掩 盖 ,忽 略 不 计 .3、 地 层 波 ： 水 泥 地 层 (第 二 界 面 )胶 结 好 时 （ V4V3), 一

7、般 出 现 地 层 波 (滑 行 纵 横 波 ),地 层 波 到 达 时 间 约 在T=Lt(裸 眼 井 地 层 时 差 )左 右 ,在 砂 岩 中 (V4V2)在 套 管 波 前 到 达 ,所 以 对 套 管 波和 地 层 的 识 别 存 在 困 难 。4、 泥 浆 波 列 ： 接 收 器 接 收 到 的 泥 浆 波 时 间 不 变 ，T=189*5=945us， （ 变 密 度 、 全 波 列 ） 1、 自 由 套 管(1)L=5ft， T=320us出 现 套 管 波 ， 幅 度 大 ， 固 井 声 幅 测 井 往 往以 自 由 套 管 波 幅 度 作 刻 度 的 ；(2)套 管 波 有

8、 规 则 ， 其 周 期 可 以 计 算 套 管 波 的 频 率 (18kHz);(3)整 个 波 型 的 包 络 线 有 高 的 振 幅 和 能 量 ,延 续 时 间 长 ;(4)无 地 层 波 ,在 945us左 右 出 现 泥 浆 波 。套 管 幅 度 受 套 管 特 性 影 响 ：(1)未 胶 结 套 管 的 衰 减 系 数 : a=(10/L)LN(J0/J)(分 贝 /米 )a=2.4分 贝 /米 ,J=0.575JO(L=1米 ),源 声 强 的 57.5%(2)套 管 直 径 的 影 响 : 套 管 直 径 本 身 对 套 管 波 衰 减 无 关 ,反 映了 泥 浆 对 套 管

9、 波 的 衰 减 影 响 ,直 径 大 衰 减 大 ,套 管 波 幅 度 减 小 .(3)套 管 厚 度 的 影 响 :自 由 套 管 时 ,厚 度 影 响 不 明 显 ,当 外 有 水泥 时 ,套 管 波 衰 减 与 厚 度 有 关 ,厚 度 大 反 射 回 井 中 套 管 幅 度 大 ,衰 减 系 数 变 小 .(这 与 声 场 能 量 分 布 有 关 ,套 管 厚 度 一 般 )2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系 1套 管 外 为 水2套 管 外 为 固 结 水 泥 以 d=14cm测 得 的 声 幅 为 100%套 管 直 径 的 影 响2.2 声 波 波 型 与

10、固 井 质 量 的 关 系 1、 自 由 套 管 套 管 外 有 水 泥 30001、 自 由 套 管2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系套 管 厚 度 的 影 响 a=(10/L)LN(J0/J)(分 贝 /米 ) 1、 自 由 套 管2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系由 于 泥 浆 、 仪 器 测 量 条 件 影 响 ， 套 管 波 不 规 则 ，要 求 记 录 本 井 自 由 套 管 幅 度 ， 用 于 刻 度 。 V1V2 V3 V1 V42.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系2、 仅 套 管 与 水 泥 胶 结 （ 仅 一 界 面

11、 胶 结 好 ）320us 945us 2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系2、 仅 套 管 与 水 泥 胶 结 （ 仅 一 界 面 胶 结 好 ）此 时 大 部 分 能 量 进 入 水 泥 环 （ 水 泥 环 波 衰 减 大 ） ， 套 管 波 幅度 很 小 ， 其 特 点 ：(1)320us(L=5ft),由 于 一 界 面 胶 结 好 ,套 管 波 幅 度 大 大 减 小 ;(2)套 管 波 后 为 水 泥 环 波 ,衰 减 无 规 则 ,幅 度 小 ,有 时 无 显 示 ;(3)无 地 层 波 ,仅 少 量 能 量 环 形 流 体 层 (泥 浆 ),进 入 地 层 更

12、 少 ;(4)最 后 出 现 为 泥 浆 波 .水 泥 环 参 数 对 套 管 波 幅 度 的 影 响 :(1)水 泥 抗 压 强 度 的 影 响 :水 泥 环 抗 压 强 度 大 ,进 入 水 泥 环 的能 量 就 多 ,套 管 波 就 变 小 ,衰 减 变 大 ; 见 图 计 算 抗 压 强 度 值 与 出 厂 值 比 较 (标 定 值 ),两 者 相 等 为 胶结 好 ,小 于 出 厂 值 可 能 为 套 管 与 水 泥 胶 结 不 好 有 裂 隙 或 窜 槽 、水 泥 不 纯 、 水 泥 凝 固 时 间 不 够 （ 一 般 48小 时 ） 。（ 2） 水 泥 环 密 度 或 声 速 影

13、 响 ： 波 阻 抗 Z大 ， 进 入 水 泥 环 的 能量 多 ， 套 管 波 幅 度 就 低 ， 衰 减 大 ； 1理 论 计 算 2纯 水 泥 加 40%水 ， 大 气 压3纯 水 泥 加 40%水 ， 800psi 4加 8%膨 润 土 800psi 5水 泥 、 火 山 灰 各 50% 800psi 85F L=5ft,A=16%A0,套 管 厚 0.304, 查 得 100PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);A=2.6%A0,套 管 厚 0.304, 查 得 500PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);水 泥 抗 压 强 度 的 影 响2、 仅 套 管 与 水 泥

14、 胶 结 （ 仅 一 界 面 胶 结 好 ） 2、 仅 套 管 与 水 泥 胶 结 （ 仅 一 界 面 胶 结 好 ）(3)水 泥 环 厚 度 影 响 ： 厚 度 小 (1.905cm变 化 不 明 显 ;2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系 a=(10/L)LN(J0/J)(分 贝 /米 ) 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 (hour) 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00波 列 持 续 时 间 (us)水泥凝固时间 1216202225 27293133353943 图 2.4.6 水 泥 浆 配 方 :水 灰 比 5

15、3.7%、 缓 凝 剂 0.5%; 养 护 温 度 80度 。 （ a ） 波 形 图 （ 厚 度 方 向 ） (4)水泥凝固时间对套管波的影响 实 验 水 泥 块凝 固 时 间 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 (hour) 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00波 列 持 续 时 间 (us)水泥凝固时间 14182123 262830323539 43 （ a） 波 形 图 （ 宽 度 方 向 ） 实 验 水 泥 块凝 固 时 间 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 1 0 0 02 0 0 0 3 0 0 04 0 0 0

16、（ b ） 速 度 （ 幅 度 ） - 水 泥 凝 固 时 间 图 水 泥 凝 固 时 间 （ 小 时 ） 速度 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 (m/s) 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 0 .2 00 .4 00 .6 00 .8 0 1 .0 0 厚 度 方 向 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0(mv ) 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0幅度 水 泥 凝 固 时 间 （ 小 时 ） 宽 度 方 向 (4)水 泥 凝 固 时 间 对 套 管 波 的 影 响2、 仅 套 管 与 水 泥

17、 胶 结 （ 仅 一 界 面 胶 结 好 ）水 泥 凝 固 时 间 长 ,水 泥 强 度 大 ,套 管 波 愈 能 透 射 到 水 泥环 向 地 层 传 播 使 套 管 波 幅 度 下 降 ,衰 减 系 数 增 大 .水 泥凝 固 时 间 受 速 凝 剂 、 水 灰 比 、 水 泥 中 杂 质 等 影 响 ， 实验 考 察 3048小 时 进 行 声 幅 测 井 比 较 合 适 。 3、 部 分 胶 结2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系 3、 部 分 胶 结 （ 窜 槽 ）2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系(1)套 管 波 幅 度 介 于 自 由 套 管

18、 和 仅 一 界 面 胶 结 好 的 情 形 ，(2)后 续 波 有 地 层 波 ,幅 度 不 大 (3600部 分 传 播 ),到 达 时 间 与 地 层速 度 有 关 .问 题 1:泥 饼 影 响 :泥 饼 存 在 往 往 使 水 泥 地 层 胶 结 不 好 （ 固 结 水泥 吸 收 泥 饼 水 分 ， 泥 饼 收 缩 ）问 题 2： 窜 槽 影 响 ： 固 井 要 求 套 管 与 地 层 间 环 行 空 间 (3600)， 全部 被 水 泥 占 有 ， 如 一 部 分 没 有 水 泥 或 水 泥 没 有 胶 结 ,给 油 水 运 动形 成 通 道 ,造 成 窜 槽 (油 层 射 孔 出

19、水 ).是 不 是 发 生 窜 槽 要 看 油 水 层 是 否 被 封 隔 开 ,发 生 窜 槽 就 要 进 行 补挤 水 泥 (成 本 很 高 ).问 题 3:微 环 影 响 :由 于 注 水 泥 加 压 ,套 管 膨 胀 ,撤 去 压 力 套 管 收 缩 ,造 成 水 泥 与 套 管 间 形 成 微 裂 隙 或 水 泥 与 地 层 间 (往 往 在 碳 酸 盐 岩中 )产 生 微 裂 隙 ,微 裂 隙 不 会 造 成 窜 槽 ,但 影 响 声 耦 合 ,测 得 的 波 形类 似 部 分 胶 结 .区 分 微 裂 隙 还 是 窜 槽 ,要 加 压 测 量 与 未 加 压 测 量 比较 .若

20、幅 度 变 小 为 微 裂 隙 ,无 变 化 为 窜 槽 . 3、 部 分 胶 结 （ 窜 槽 ）2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系 胶 结 程 度 =窜 槽 部 分 衰 减 系 数 /完 全 胶 结 衰 减 系 数 2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系 4、 完 全 胶 结 （ 砂 岩 ）由 于 套 管 、 水 泥 、 地 层 之 间 声 耦 合 好 ， 进 入 套 管 的 大 部 分 能 量透 射 到 地 层 ， 地 层 波 幅 度 大 ， 套 管 波 幅 度 很 小 （ 与 水 泥 抗 压 强度 有 关 ） ， 泥 浆 波 叠 加 在 地 层 波 末

21、 端 地 层 纵 波 2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系4、 完 全 胶 结 （ 碳 酸 岩 ）地 层 纵 波 地 层 横 波 2.2 声 波 波 型 与 固 井 质 量 的 关 系影 响 套 管 波 大 小 除 了 套 管 特 性 、 水泥 胶 结 情 况 、 地 层 特 性 外 ， 还 与 测量 仪 器 性 能 有 关 （ 例 偏 心 倾 斜 、 声功 率 、 频 率 等 因 素 ） 。 考 虑 到 衰 减 ，一 般 采 用 3、 5ft短 源 距 ， 频 率 20kHz。 2.3 声 幅 测 井 (CBL) 1、 确 定 水 泥 面2、 检 查 固 井 质 量 （ 一

22、界 面 胶 结 情 况 ）3、 检 查 套 管 接 箍 ， 间隙 对 能 量 衰 减 大 ， 负峰 6070%4、 测 定 套 管 断 裂 位 置（ 在 无 水 泥 胶 结 地 方 ，裂 缝 处 套 管 波 衰 减 大 ，出 现 负 尖 峰 ）5、 判 别 管 外 气 层6、 检 查 补 挤 水 泥 效 果 2.3.1 声 幅 测 井 应 用 半 幅 点 相 对 幅 度 2.3 声 幅 测 井 (CBL)2.3.1 声 幅 测 井 应 用 第 一 次 固 井 质量 不 好 ， 出 水第 二 次 固 井质 量 好 ， 封堵 上 部 水 层 ，产 油水 层油 层泥 岩 层 2.3.2 声 幅 测

23、井 定 量 解 释 mv1、 水 泥 抗 压 强 度 法考 虑 到 套 管 尺 寸 、 厚度 、 源 距 影 响 ， 采 用抗 压 强 度 来 衡 量 固 井质 量 ， 计 算 值 与 出 厂值 相 等 ， 胶 结 良 好 。英 尺 ）分 贝 /(lg20 0AAL 2.3.2 声 幅 测 井 定 量 解 释2、 胶 结 指 数 法2、 胶 结 指 数 法胶 结 指 数 =目 的 层 衰 减 系 数 / 完 全 胶 结 段 衰 减 系 数一 般 大 于 80%， 可 认 为 胶 结 好 。问 题 ： 用 相 对 幅 度 消 除 仪 器 的 影响 ， 用 胶 结 指 数 可 消 除 井 中 环

24、境参 数 及 井 下 条 件 引 起 的 误 差 。3、 最 小 封 隔 长 度 法固 井 胶 结 的 水 泥 要 有 足 够 的 强 度才 能 有 效 封 隔 地 层 ， 水 泥 胶 结 强度 与 封 隔 长 度 有 关 。 最 小 封 隔 长度 与 套 管 尺 寸 有 关 ， 实 验 与 实 际 观 察 表 明 ： 在 胶 结 指 数 为 0.8时 ,可 根 据 套 管 直 径 确 定 最 小 封 隔 长度 。 13ft=4米10ft=3米 英 尺 ）分 贝 /(lg20 0AAL 2.3.3 声 幅 测 井 存 在 问 题2.3 声 幅 测 井 (CBL)1、 仪 器 偏 心 影 响 ：

25、 (1)套 管 波 幅 度 减 小 ;(2)到 达时 间 提 前 ;(3)后 续 波 失 真 ;在 井 剖 面 上 套 管 波 到 达时 间 不 是 固 定 的 .采 用 扶 正 器 来 实 现 。2、 记 录 套 管 波 的 局 限 (头 半 周 ): 仅 评 价 一 界 面 ,不 能 评 价 二 界 面 情 况 ,窜 槽 有 可 能 水 泥 地 层 胶 结不 好 引 起 的 。 利 用 地 层 波 来 解 决 。3、 水 泥 环 间 隙 影 响 ： 间 隙 一 般 小 于 0.1mm,不 足 以引 起 流 体 窜 流 ,但 对 声 耦 合 有 影 响 ,造 成 套 管 波 幅度 与 部 分

26、 胶 结 相 同 。 解 决 办 法 ： (1)加 压 再 测 量依 次 可 能 造 成 压 裂 套 管 、 水 泥 环 ,(2)采 用 反 射 脉冲 反 射 法 测 井 。 2.4 变 密 度 测 井 VDL2.4.1 变 密 度 测 井 原 理变 密 度 测 井 是 为 了 解 决 二 界 面 胶 结 情 况 而 提 出 的 。其 井 下 仪 器 为 单 发 单 收 系 统 ， L=5ft（ 一 般 与 声 幅测 井 一 起 测 量 CBL： L=3ft） ， 以 调 辉 方 式 记 录 整 个波 形 （ 模 拟 信 号 ） ， 通 过 对 波 形 按 幅 度 大 小 以 灰 度等 级 来

27、 显 示 的 （ 数 字 信 号 ） 。显 示 只 保 留 波 形 正 半 周 （ 或 负 半 周 ） ， 幅 度 大 以 黑色 显 示 ， 幅 度 小 以 灰 色 显 示 ， 去 掉 的 半 周 以 白 色 显示 ， 这 样 以 黑 白 间 互 线 条 组 成 了 变 密 度 测 井 。 1、 套 管 波 ：直 线 条 （ 320us）2、 地 层 波 ：曲 线 条 ， 变 化 的3、 泥 浆 波 ： 近 直 线 条2.4.1 变 密 度 测井 原 理 地 层 波 包 括 纵 波 、横 波 ， 由 于 VPVS横 波 到 达 时 间 晚TS=1.51.8TP 2.4.1 变 密 度 测 井

28、原 理2.4 变 密 度 测 井 VDL 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度 测 井 VDL（ 1） 自 由 套 管大 部 分 能 量 通 过 套 管 传 播 回到 接 收 器 ， 很 少 有 能 量 进 入地 层 中 。全 波 列 波 形 中 套 管 波 幅 度 很大 ， 地 层 波 非 常 弱 或 没 有 。变 密 度 曲 线 左 端 套 管 波 为 黑白 反 差 明 显 呈 整 齐 直 线 条 ；右 端 地 层 波 为 灰 白 模 糊 不 清的 曲 线 条 或 缺 失 ， 没 有 地 层波 为 套 管 波 后 续 波 ， 右 端 呈灰 白 间 隔 的 直 线

29、 条 。声 幅 曲 线 为 高 幅 值1、 检 查 固 井 质 量 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度 测 井 VDL1、 检 查 固 井 质 量（ 2） 仅 一 界 面 胶 结 好大 部 分 能 量 通 过 套 管 透 射 到水 泥 环 中 ， 很 少 进 入 地 层 中 。全 波 列 波 形 中 套 管 波 幅 度弱 ， 地 层 波 也 非 常 弱 或 没 有 。变 密 度 曲 线 左 端 套 管 波 为灰 白 模 糊 不 清 直 线 条 或 缺 失 ；右 端 地 层 波 为 灰 白 模 糊 不 清的 曲 线 条 或 缺 失 ， 泥 浆 波 呈灰 白 间 隔

30、的 直 线 条 。声 幅 曲 线 为 低 幅 值 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度 测 井 VDL1、 检 查 固 井 质 量（ 3） 部 分 胶 结一 部 分 能 量 在 套 管 中 传 播 ，也 有 相 当 大 能 量 透 射 到 地 层中 。全 波 列 波 形 中 套 管 波 幅 度中 等 ， 地 层 波 也 呈 中 等 强 度变 密 度 曲 线 左 端 套 管 波 为灰 白 间 隔 直 线 条 ； 右 端 地 层波 为 灰 白 间 隔 的 曲 线 条 。声 幅 曲 线 为 中 等 幅 值 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度

31、测 井 VDL1、 检 查 固 井 质 量（ 4） 两 个 界 面 都 胶 结 好套 管 、 水 泥 和 地 层 连 成 一 体 ，大 部 分 能 量 通 过 套 管 透 射 水泥 ， 再 透 射 到 地 层 中 。全 波 列 波 形 中 套 管 波 幅 度很 弱 ， 地 层 波 很 强变 密 度 曲 线 左 端 套 管 波 为灰 白 模 糊 不 清 直 线 条 或 缺 失 ；右 端 地 层 波 为 黑 白 反 差 明 显的 曲 线 条 。声 幅 曲 线 为 低 幅 值 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度 测 井 VDL2、 检 查 窜 槽CBL对 一 界 面 窜

32、 槽 现 象评 价 是 有 效 的 ， 但 二界 面 窜 槽 是 无 能 为 力的 ， 例 上 下 两 层 CBL都为 低 幅 值 ， 但 油 层 射开 出 水 ， 通 过 变 密 度测 量 ， 显 示 地 层 波 很弱 ， 可 确 定 为 二 界 面窜 槽 。 没 有 地 层 波 2.4.2 变 密 度 测 井 资 料 解 释2.4 变 密 度 测 井 VDL3、 检 查 压 裂为 了 增 产 需 要 ， 对 低 产 油 层 需 要 进 行 压 裂 。经 压 裂 后 ， 地 层 存 在 大 量 的 裂 缝 ， 声 波 传播 其 能 量 衰 减 很 大 ， 传 播 时 间 也 增 大 ， 通过

33、 压 裂 前 后 两 次 变 密 度 测 井 对 比 ， 可 检 查压 裂 效 果 。压 裂 前 地 层 致 密 地 层 波 幅 度 大 ， 变 密 度 黑白 反 差 明 显 ； 压 列 后 裂 缝 发 育 地 层 波 幅 度小 ， 变 密 度 灰 白 模 糊 显 示 ， 弯 曲 率 也 大 。 假 定 模 型 为 轴 对 称 ， 第 i层波 动 方 程 为 :结 合 边 界 条 件 解 得 井 内 压 力 响 应 为 ：套 管 井 几 何 模 型 示 意 图套 管 井 中 声 波 传 播 数 值 模 拟 0 1000 2000 3000 0 1000 2000 3000波 列 持 续 时 间

34、 （ u s ） ( a )( b )( c ) 不 同 地 层 的 自 由 套 管 全 波 波 形 （ 频 率 13kHz)(a) V=6100m/s (b) V=4175m/s (c) =2771m/s套 管 波 导 波套 管 井 中 声 波 传 播 数 值 模 拟 不 同 地 层 的 完 全 胶 结 的 全 波 波 形 （ 频 率 13kHz)(a) V=6100m/s (b) V=4175m/s (c) =2771m/s0 1000 2000 30000 1000 2000 3000波 列 持 续 时 间 （ u s ）( a )( b )( c )地 层 波 导 波套 管 井 中 声

35、 波 传 播 数 值 模 拟 0.00 1.00 2.00 3.00 4.000.000.200.40 0.600.801.00Normalized pipe wave amplitude M icroannulus width of first interface(cm ) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00Cem ent annulus thickness(cm )0.000.200.40 0.600.801.00Normalized pipe wave amplitude 套 管 波 幅 度 与水 泥 环 厚 度 关 系套 管 波 幅 度 与一 界 面 间 隙 宽 度 的

36、关 系(当 环 隙 宽 度 大 于 10mm时 ， 套 管 波 幅 度 变 化 很 小 ）套管波幅度 一 界 面 间 隙 宽 度 水 泥 环 厚 度套 管 井 中 声 波 传 播 数 值 模 拟 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00M icroannulus width of first interface(cm )0.000.200.400.60 0.801.00Normalized formation body wave amplitude 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00M icoannulus w idth of second inter

37、face(cm )0.000.200.400.60 0.801.00Normalized formation body wave amplitude地 层 波 仅 对 一 界 面有 无 环 隙 敏 感（ 对 环 隙 宽 度 不 敏 感 ） 地 层 波 对 二 界 面环 隙 敏 感地层波 一 界 面 间 隙 宽 度 二 界 面 环 隙 宽 度 套 管 井 中 声 波 传 播 数 值 模 拟 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00M icroannulus width of first interface(cm )0.000.200.40 0.600.801.00Normali

38、zed guided wave amplitude 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00M icroannulus w idth of second interface(cm )0.000.200.400.600.801.00Normalized guided wave amplitude导 波 幅 度 与 一 界 面间 隙 宽 度 关 系 导 波 幅 度 与 二 界 面间 隙 宽 度 关 系导波幅度 一 界 面 间 隙 宽 度 二 界 面 环 隙 宽 度 套 管 井 中 声 波 传 播 数 值 模 拟 模 拟 实 验 同 步 信 号 c s 2 0 0 0 0 动 态

39、S Y S - 2 C 型 非 金 分 析 测 试 仪 属 超 声 测 试 仪 套 管 水 泥 环 T 地 水 层 R 槽 图 2 .2 .3 .1 模 型 井 测 量 设 备 原 理 框 图水 泥 胶 结 模 型 实 验 原 理 图 水泥套管 水 泥 环 缺 失 渐 变 模 型 不 同 胶 结 情 况 实 验 波 形 对 比 图套 管 波 地 层 波伪 瑞 利 波 部 分 胶 结仅 一 界 面 胶 结自 由 套 管完 全 胶 结 a : 源 距 为 1 0 厘 米 b : 源 距 为 1 5 厘 米 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 0 0 . 2 0 . 4 0 .

40、6 0 . 8 1 归 一 化 套 管 波 幅 度 胶 结 率 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 0 0 . 5 1 归 一 化 套 管 波 幅 度 胶 结 率 套 管 波 幅 度 与 环 空 水 泥 胶 结 率 （ 胶 结 度 数 /3600） 的 关 系 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 100 200 300 400 500 频率 （K HZ ） 幅 度 完 全 胶 结 地 层 波 与 一 界 面 有 间 隙 套 管 波 频 谱 对 比 图 地 层 波 套 管 波 CBL全 波 波 形 处 理 CBL全 波 波 形 处 理 伪 瑞 利 波地 层 波套 管

41、波 一 界 面 胶 结 差 CBL全 波 波 形 处 理 地 层 波斯 通 利 波 完 全 胶 结 CBL全 波 波 形 处 理 部 分 胶 结 CBL全 波 波 形 处 理 部 分 胶 结 CBL全 波 波 形 处 理 CBL全 波 波 形 处 理 CBL全 波 波 形 处 理 CBL全 波 波 形 处 理 CBL全 波 波 形 处 理 好差中 等 CBL全 波 波 形 处 理 一 界 面 胶结 指 数 二 界 面 胶结 指 数 环 空 水 泥胶 结 率 连 续 深 度（ m） 结 论0.8 0.8 0.8 1.5 不 窜0.50.8 0.50.8 0.50.8 可 能 窜0.5 0.5 0

42、.5 1 窜 CBL全 波 波 形 处 理 综 合 理 论 、 实 验 及 对 实 测 波 形 的 处 理 ， 可 得 ：1、 利 用 套 管 波 特 征 信 息 可 较 好 地 评 价 一 界 面 胶 结 状 况 ， 利 用 伪 瑞 利 波 特征 可 反 映 环 空 缺 失 情 况 ； 当 第 一 界 面 胶 结 较 好 时 ， 利 用 地 层 波 特 征 信 息可 较 好 地 评 价 二 界 面 胶 结 状 况 ；2、 影 响 水 泥 候 凝 时 间 的 主 要 因 素 为 温 度 、 水 泥 浆 密 度 和 缓 凝 剂 ， 各 因 素具 有 一 定 的 影 响 规 律 ， 根 据 规 律

43、 可 推 得 现 场 在 固 井 48小 时 后 测 井 一 般 能满 足 需 要 ；3、 实 测 波 形 中 套 管 波 的 频 率 范 围 在 1724kHz之 间 ， 地 层 波 频 率 在1017khz之 间 ， 高 频 伪 瑞 利 波 频 率 在 30kHz左 右 ， 可 通 过 滤 波 从 全 波 中提 取 各 波 成 分 ；4、 实 测 波 形 受 岩 性 影 响 大 ， 在 泥 质 含 量 高 或 是 扩 径 的 井 段 ，CBL经 常 为 高 值 。 在 利 用 CBL/VDL测 井 资 料 评 价 固 井 质 量 时 需 作 岩 性 校 正 。 5、 利 用 全 波 信 息

44、 所 提 取 的 特 征 值 ： 一 、 二 界 面 胶 结 指 数 、 环 空 水 泥 胶 结率 、 伪 瑞 利 波 振 幅 谱 极 大 值 、 套 管 波 和 地 层 波 功 率 谱 极 值 面 积 与 极 大 值 、自 相 关 函 数 极 值 面 积 与 极 小 值 能 很 好 地 对 应 水 泥 胶 结 状 况 ， 为 评 价 固 井质 量 提 供 了 充 分 的 依 据 。 2.5 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 （ 也 称 超 声 测 井 ） 是 为 了 消 除 微 裂隙 或 流 体 间 隙 而 提 出 的 。 这 种 的 下 井 仪 器 有

45、 8个 换 能 器 ，各 自 8个 450， 以 螺 旋 方 式 分 布 ,因 此 可 测 量 8个 方 向 的 水 泥胶 结 情 况 。 每 个 换 能 器 的 直 径 为 1英 寸 ， 以 自 发 自 收 的 方式 垂 直 接 收 井 壁 的 反 射 信 号 ， 声 源 频 率 为 2MHz， 保 证 声波 在 套 管 、 水 泥 等 介 质 能 按 几 何 声 学 规 律 传 播 。由 于 是 垂 直 发 射 接 收 声 信 号 ， 声 波 波 长 仍 然 远 大 于 流 体间 隙 宽 度 ， 不 影 响 声 耦 合 。 （ 一 般 间 隙 小 于 1/4波 长 ， 就不 会 引 起 声

46、 波 传 播 的 变 化 ） 212 21212 12 4, ZZ ZZZZ ZZ 原 理 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 这 种 测 量 方 法 采 用 门 电 路 ， 第 一 个 门 记 录 套 管 水 泥 界面 （ 一 界 面 ） 的 反 射 波 ， 第 二 个 门 记 录 水 泥 地 层 界 面（ 二 界 面 ） 。 由 于 套 管 、 水 泥 、 地 层 的 声 阻 抗 不 同 ， 而水 泥 胶 结 的 好 坏 大 大 影 响 水 泥 的 声 阻 抗 ， 因 此 可 根 据 在一 界 面 和 二 界 面 接 收 到 的 反 射 波 能 量 不 同 ， 来 确 定 各 界面 水 泥

47、 胶 结 的 情 况 。 212 21212 12 4, ZZ ZZZZ ZZ 2.5 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 R1 R2 R3 第 一 门套 管 水 泥 第 二 门水 泥 地 层0 I II 2.5 超 声 脉 冲 反 射 法 测 井 R1 R2 R3 第 一 门套 管 水 泥 第 二 门水 泥 地 层 1)自 由 套 管 :套 管 外 为 水 泥 ,声 能 很 少 传 到 套 管 外 ,因 此 第 一 门 第 二界 面 (一 界 面 )反 射 声 强 很 大 ,第 二 门 记 录 不 到 第 三 界 面 (二 界 面 )的反 射 波 .(或 一 界 面 胶 结 不 好 ）2)仅

48、 套 管 与 水 泥 胶 结 :套 管 内 的 声 能 传 给 水 泥 ,第 一 门 第 二 界 面 反射 声 强 很 小 ,而 水 泥 与 地 层 胶 结 不 好 ,第 二 门 记 录 到 第 三 界 面 的 反射 声 强 很 大 .3)套 管 、 水 泥 与 地 层 都 胶 结 好 :套 管 内 的 能 量 传 给 水 泥 ， 水 泥 内的 能 量 又 传 给 地 层 ， 第 一 门 第 二 界 面 反 射 声 强 很 小 , 第 二 门 记 录到 第 三 界 面 的 反 射 声 强 也 很 小 .解 释 USI超 声 成 像 测 井 (MUST) 工 作 频 率195650kHz USI

49、超 声 成 像 测 井 (MUST)自由套管 USI超 声 成 像 测 井 (MUST)完全胶结 USI超 声 成 像 测 井 1.仪 器 偏 心 ECCE(in)2.套 管 接 箍 (CCL),黑 色 为 射 孔3.内 半 径 曲 线 ,平 均 效 果4.原 始 声 阻 抗 成 像5.套 管 反 射 成 像6.胶 结 成 像 综 合 显 示兰 色 代 表 液 体 ,绿 色 代 表 钻 井 液 黄 色 代 表 已 胶 结 ,红 色 代 表 微 环7.带 门 槛 值 的 声 阻 抗 成 像 USI超 声 成 像 测 井 优 点 ：1、 克 服 平 均 声 路 法 流 体 间 隙 的 影 响 ；2

50、、 能 确 定 全 井 周 水 泥 胶 结 的 好 坏 ； 克 服 平 均 声 路 法 窜 槽 的 方 位问 题 。问 题 ：1、 频 率 高 ， 有 利 于 波 形 分 辨 ， 泥 浆 套 管 、 套 管 水 泥 、 水泥 地 层 的 反 射 波 ； 但 存 在 衰 减 问 题 ；2、 频 率 低 ， 改 善 了 泥 浆 的 衰 减 ， 但 不 利 于 波 形 的 分 辨 ； 由 于 套管 、 水 泥 尺 寸 小 ， 超 声 波 传 播 时 间 短 ， 容 易 引 起 波 之 间 的 叠 加 。 SBT分 区 胶 结 测 井 SBT分 区 胶 结 测 井 六 个 独 立 极 板 ， 贴 紧

51、套 管 内 壁提 供 各 自 600的 短 源 距 补 偿 声 波衰 减 率 测 量 。优 点 ： 1） 提 供 6个 600扇 区 即 井周 3600的 水 泥 胶 结 定 量 分 析 ，改 善 了 微 间 隙 的 影 响 ；2） 受 井 中 气 体 、 快 速 地 层 或重 泥 浆 的 影 响 小 ；3） 探 测 出 水 泥 窜 槽 (小 到 15 0)或 水 泥 空 隙 ， 克 服 多 解 性 ；4） 对 一 般 的 仪 器 偏 心 不 敏 感5） 定 量 分 析 水 泥 环 与 套 管 的胶 结 状 况 SBT；6） 定 性 分 析 水 泥 环 与 地 层 的胶 结 状 况 VDL。特

52、 点 环 状 声 路 ：水 平 、 垂直 SBT分 区 胶 结 测 井 a1=20log(A12/A13) a2=20log(A43/A42)补 偿 衰 减 =10log(A12*A43） /(A13*A42) L=6inl=6inF=100kHz工 作 频 率三 个 波 长左 右 SBT 主 测 井 显 示 图类 似 于 常 规 测 井 图 ,显示 最 小 衰 减 曲 线 、 平 均衰 减 率 ， 自 然 伽 玛 ， 套管 接 箍 曲 线 （ CCL） 振幅 （ mV） 曲 线 ， VDL或特 征 曲 线 图 。最 小 衰 减 率 曲 线 与 平 均衰 减 率 差 值 （ 阴 影 部分 ）

53、， 反 映 了 水 泥 环 中存 在 的 窜 槽 大 小 。SBT分 区 胶 结 测 井 SBT分 区 胶 结 测 井SBT 分 区 阵 列 显 图1） 水 泥 图 （ 变 衰 减 测 井图 ） ， 采 用 五 级 灰 度 显示 水 泥 的 胶 结 程 度 ， ， ）最 浅 灰 色 代 表 最 低 一 级水 泥 胶 结 程 度 或 地 层 地层 坍 塌 ； 黑 色 代 表 率 减率 达 到 了 与 水 泥 抗 压 强度 规 定 值 所 对 应 的 率 减值 80%（ 与 套 管 尺 寸 、 重量 有 关 ）2） 六 条 补 偿 率 减 率 曲 线 ；3） 方 位 曲 线 。 声 幅 测 井 声

54、 幅 测 井 超 声 成 像 测 井 (井 下 电 视 ) UBI超 声 成 像 测 井 (井 下 电 视 )采 用 自 发 自 收 方 式1)旋 转 34周 /秒 及 磁 北 信号 ;工 作 频 率 250或 500kHz 2)一 周 4802000次 分 别 率高 ;3） 测 速 12米 /分 （ 国 外 5英 尺 /分 ） ， 随 着 深 度 变 化换 能 器 向 井 壁 作 连 续 超 声波 扫 描 ， 旋 转 120180周(条 )/米 ;8.35.5mm应 用 :识 别 裂 缝 及 岩 层 产 状 、岩 性 、 套 管 破 裂 1、 测 量 原 理 井 周 成 像 测 井 (井 下

55、 电 视 ) 泥 浆 衰 减 ： J=J0e-2 r,衰 减 系 数 由 两 部 分 组 成 ： 吸 收 衰 减 、 固 相 散 射 衰 减泥 浆 对 超 声 衰 减 影 响吸 收 衰 减 ： =1+2+31)粘 滞 吸 收 (泥 浆 内 摩 擦 )系 数 : 1 =22/3V3f 1=4.7*10-4(厘 米 -1)2)热 传 导 吸 收 衰 减 系 数 (泥 浆 压 缩 和 膨 胀 造 成 温 度 变 化 ,一 部 分 声 能 转 化 为 热 能 ) k-热 传 导 系 数 , C v 、 Cp-定 容 和 定 压 热 容 量3） 驰 豫 吸 收 (泥 浆 压 缩 和 膨 胀 过 程 中

56、,伴 有 泥 浆 中 分 子 的 内 外 自 由 度 能 量 的 重 新分 配 过 程 (驰 豫 过 程 ),这 一 过 程 需 要 一 定 时 间 (驰 豫 时 间 )。 驰 豫 过 程 中 有 规 则 的声 振 动 转 化 为 无 规 则 热 运 动 的 附 加 能 量 耗 散 。 -低 频 容 变 粘 滞 系 数 ； -与 驰 豫 时 间 有 关 系 数 PVf CCVka 11212 32 2232 1 23 Va f 2、 泥 浆 对 超 声 衰 减 影 响 泥 浆 固 相 颗 粒 对 超 声 的 散 射 衰 减1） 散 射 衰 减 系 数 ： 泥 浆 中 含 有 固 相 颗 粒 （

57、 膨 润 土 、 漂 珠 、 硅 藻 土 等 ） ， 会 引起 一 部 分 声 波 散 射 ， 形 成 散 射 衰 减 ， 其 系 数 为NaVa 42984 N单 位 体 积 小 球 数 （ 与 密 度 有 关 ）a固 相 颗 粒 半 径 （ 远 小 于 波 长 的 小 球 ）例 ： 膨 润 土 4=22.647*10-6(-1)(1/厘 米 ),泥 浆 密 度 越 大 ， 散 射 衰 减 系 数 增 加 越 快 ;在 同 样 泥 浆 密 度 下 ,颗 粒 半 径 增 大 n倍 ,颗 粒 数 N减 少 1/n3倍 ,则 散 射 系 数 增 大 n3。2） 泥 浆 添 加 剂 对 散 射 系

58、数 的 影 响 ： 为 了 防 止 高 压 井 喷 ， 需 要 增 加 泥 浆 比 重 ，其 方 法 增 加 固 相 含 量 （ 膨 润 土 、 重 晶 石 等 ） ， 采 用 盐 水 泥 浆 。 为 了 改 善 泥浆 性 能 ， 还 要 加 一 些 添 加 剂 （ 钻 井 粉 、 CMC、 氢 氧 化 钠 、 铁 铬 盐 等 ） 。 一 般采 用 低 固 相 盐 水 泥 浆 （ 对 电 阻 率 测 井 不 利 ） ， 加 适 当 的 添 加 剂 ， 使 固 相 颗 粒 少且 呈 分 散 体 系 ， 能 减 小 散 射 系 数 。2、 泥 浆 对 超 声 衰 减 影 响井 周 成 像 测 井

59、(井 下 电 视 ) 采 用 垂 直 自 发 自 收 方 式 ， 其 反 射 回 的 声 波 声 强 取 决 于 井 壁 与 泥 浆 的 声 阻 抗 ：声 强 反 射 系 数 ： 2、 井 壁 声 学 图 象 分 析井 周 成 像 测 井 (井 下 电 视 ) 222111212 12 , VZVZZZ ZZ 1） 岩 性 剖 面 泥 浆 流 体 密 度 1为 1g/cm3， 声 速 V1=1500m/s， 不 同 岩 性 反 射 系 数 ：（ 1） 区 分 泥 岩 与 砂 岩 是 困难 的 ， 反 射 系 数 差 别 不 大 ；（ 2） 可 区 分 泥 岩 与 碳 酸 盐岩 ， 但 不 能

60、区 分 石 灰 岩 与白 云 岩 ；（ 3） 可 有 效 显 示 碳 酸 盐 岩中 裂 缝 ， 泥 质 充 填 裂 缝 差一 些 。2） 套 管 提 供 套 管 井 中 射 孔 位 置 、 套 管 腐 蚀 等 套 管 壁 声 学 图 象 岩 性 2（ g/cm3） V2（ m/s） 致 密 石 灰 岩 2.71 6500 0.7225 致 密 白 云 岩 2.87 7000 0.855 砂 岩 2.65 26003850 0.41840.5529 泥 岩 2.45 18503900 0.25250.5307 裂 缝 中 饱 和 水 1.0 1500 0.0 裂 缝 充 填 泥 2.45 185

61、0 0.2525 套 管 7.8 5800 0.88 孔 洞 裂 缝 中 充 满 水 1.0 1500 0.0 1） 裂 缝 显 示（ 1） 水 平 裂 缝 ： 水 平 黑 线 ，宽 度 =黑 线 宽 度 *深 度 比 例 ；（ 2） 垂 直 裂 缝 ： 两 条 平 行 井 轴 黑 线裂 缝 长 度 =黑 线 长 度 *深 度 比 例裂 缝 宽 度 =黑 线 宽 度 *井 壁 周 长 /图 象 横 向 长 度根 据 黑 线 的 横 坐 标 确 定 垂 直 裂 缝 的 方 位（ 3） 倾 斜 裂 缝 ： 出 现 波 浪 黑 线tg=波 浪 线 最 高 最 低 间 垂 直 距 离 /井 径根 据

62、最 低 点 的 横 坐 标 确 定 倾 斜 裂 缝 的 倾 斜 方位 角 ， 波 浪 线 最 高 最 低 间 的 纵 坐 标 确 定 倾 斜裂 缝 的 深 度 范 围 。 3、 超 声 电 视 成 果 图 解 释井 周 成 像 测 井 (井 下 电 视 ) 2） 判 断 岩 层 的 岩 性 、 确 定 层 面 产 状（ 1） 判 断 岩 层 的 岩 性 根 据 图 象 暗 亮 区 分 岩 性 ， 声 阻 抗 大 致 密 层 亮 ，声 阻 抗 小 泥 岩 等 地 层 暗 ；（ 2） 确 定 岩 层 的 产 状 由 于 地 层 岩 性 不 同 ， 在 界 面 处 出 现 暗 亮 分 界面 ， 波

63、阻 抗 相 差 愈 大 ， 分 界 面 愈 清 楚 ， 由 此 来 确 定 岩 层 的 产 状 ；水 平 地 层 为 水 平 线 显 示 ， 倾 斜 地 层 为 波 浪 线 显 示tg=波 浪 线 最 高 最 低 间 垂 直 距 离 H/井 径 d3、 超 声 电 视 成 果 图 解 释井 周 成 像 测 井 (井 下 电 视 ) 3） 确 定 套 管 井 径 壁 情 况（ 1） 检 查 射 孔 部 位 及 射 孔 质 量 显 示 黑 色 孔 、 条 带（ 2） 确 定 套 管 破 损 的 部 位 及 破 损 情 况 套 管 破 损 出 砂 需 要 修 复3、 超 声 电 视 成 果 图 解 释井 周 成 像 测 井 (井 下 电 视 ) 射孔位置 破裂 射孔位置 破损出砂 UBI超 声 成 像 测 井 tg=浪 最 高 与 最 低 间距 离 / 井 径 UBI超 声 成 像 测 井 UBI超 声 成 像 测 井 CBIL超 声 成 像 测 井