声波测井-声幅7-2005

1、主讲人：李维彦长江大学地球物理与石油资源学院第七章第七章 套管井中声波测井套管井中声波测井 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，也称水泥胶结测井用于评价固井质量，也称水泥胶结测井(CBLCement Bond Logging)。主要内容：主要内容： 1 套管井中波成分套管井中波成分 2 声波波型与固井质量关系声波波型与固井质量关系 3 声幅测井及其应用声幅测井及其应用 4 变密度测井（变密度测井（VDL） 井眼直径井眼直径 8.5 英寸英寸 套管外径套管外径 7 英寸英寸 套管内径套管内径 d 6.4 英寸英寸 水泥环厚水泥环厚 0.75

2、英寸英寸 套管壁厚套管壁厚 b 0.3 英寸英寸 仪器外径仪器外径 c3.63 英寸英寸 泥浆环厚泥浆环厚 1.38 英寸英寸 源距源距 L3,5 英寸英寸 钢钢速度速度 V217544 英尺英尺/秒秒 钢钢时差时差 57 微妙微妙/英尺英尺 泥浆泥浆速度速度 V1 5250 英尺英尺/秒秒 泥浆泥浆时差时差 189 微妙微妙/英尺英尺 水泥水泥声速声速 V2900016000 英尺英尺/秒秒 水泥水泥时差时差 11163 微妙微妙/英尺英尺 砂岩砂岩骨架骨架声速声速 18000 英尺英尺/秒秒 砂岩砂岩骨架骨架时差时差 55.5 微妙微妙/英尺英尺 V1V2V3V4Labc1223J0第一节

3、第一节 套管井中波成分套管井中波成分接收器依次得到波有：套管波、地层波接收器依次得到波有：套管波、地层波水泥环波、泥浆波水泥环波、泥浆波 一、套管波一、套管波( (纵波横波复合波纵波横波复合波) ): :1 1套管波特性套管波特性通过套管传播的波叫通过套管传播的波叫套管波即套管波即滑行波、一次反射波滑行波、一次反射波及多次反射波（能量很弱）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滑行波与一次反射波到达接收器时间只差0.2us0.2us，可看作同时到达。可看作同时到达。套管波只与源距、套管、仪器尺寸有关到达接收器套管波只与源距、套管、仪器尺寸有关到达接收器时间在全井段是

4、不变的时间在全井段是不变的 套管波的声强（或幅度）大小套管波的声强（或幅度）大小与水泥胶结好坏有关与水泥胶结好坏有关，设设 1212为折射系数为折射系数, , 2323为反射系数为反射系数, ,入射声强为入射声强为J J0 0, ,则反射声强为则反射声强为: :J=JJ=J0 0 1212 23 23 2121= J= J0 0 2 21212 2323说明反射声强与套管水泥界面反射说明反射声强与套管水泥界面反射系数系数 2323有关有关. .胶结不好胶结不好 2323就大就大, ,声强声强幅度增大幅度增大; ;管外是水泥还是泥浆或空管外是水泥还是泥浆或空气气, ,接收套管波相差接收套管波相差

5、4545倍。倍。因此套管波幅度的大小可确定第一因此套管波幅度的大小可确定第一界面水泥胶结质量。界面水泥胶结质量。V1V2V3V4Labc1223J02232323ZZZZ 1套管外为水套管外为水2套管外为固结水泥套管外为固结水泥 以以d=14cm测得的声幅为测得的声幅为100%1)1)套管特性影响：套管特性影响：(1)(1)套管直径的影响套管直径的影响: : 套管直径本身对套管波衰减无关套管直径本身对套管波衰减无关, ,反映反映了泥浆对套管波的衰减影响了泥浆对套管波的衰减影响, ,直径大衰减大直径大衰减大, ,套管波幅度减小套管波幅度减小. .2套管波影响因素套管波影响因素 套管外有水泥套管外

6、有水泥3000(2)套管厚度的影响套管厚度的影响:自由套管时自由套管时,厚度影响不明显厚度影响不明显,当外有当外有水泥时水泥时,套管波衰减与厚度有关套管波衰减与厚度有关,厚度大反射回井中套管幅厚度大反射回井中套管幅度大度大,衰减系数变小衰减系数变小.(这与声场能量分布有关这与声场能量分布有关,套管厚度一套管厚度一般般 ) 由于泥浆、仪器测量条件影响，套管波不规则，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。要求记录本井自由套管幅度，用于刻度。 2)2)水泥环参数的影响水泥环参数的影响: :(1)(1)水泥抗压强度的影响水泥抗压强度的影响: :水泥环抗压强度大水

7、泥环抗压强度大, ,进入水泥环的进入水泥环的能量就多能量就多, ,套管波就变小套管波就变小, ,衰减变大衰减变大; ; 计算抗压强度值与出厂值比较计算抗压强度值与出厂值比较( (标定值标定值),),两者相等为胶两者相等为胶结好结好, ,小于出厂值可能为套管与水泥胶结不好有裂隙或窜槽、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（一般水泥不纯、水泥凝固时间不够（一般4848小时）。小时）。（2 2）水泥环密度或声速影响：波阻抗）水泥环密度或声速影响：波阻抗Z Z大，进入水泥环的能大，进入水泥环的能量多，套管波幅度就低，衰减大；量多，套管波幅度就低，衰减大； 1理论计

8、算理论计算 2纯水泥加纯水泥加40%水，大气压水，大气压3纯水泥加纯水泥加40%水，水，800psi 4加加8%膨润土膨润土 800psi 5水泥、火山灰各水泥、火山灰各50% 800psi 85FL=5ft,A=16%A0,套管厚套管厚0.304, 查得查得100PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);A=2.6%A0,套管厚套管厚0.304, 查得查得500PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);水泥抗压强度的影响水泥抗压强度的影响 (3)(3)水泥环厚度影响：厚度小水泥环厚度影响：厚度小(1.905cm)(1.905cm,1.905cm变化不明显变化不明显; ; 2 0 .0

9、 04 0 .0 06 0 .0 08 0 .0 01 0 0 .0 0(h o u r)2 0 .0 04 0 .0 06 0 .0 08 0 .0 01 0 0 .0 0波 列 持 续 时 间 ( u s )水泥凝固时间1 21 62 02 22 52 72 93 13 33 53 94 3图 2 . 4 . 6 水 泥 浆 配 方 : 水 灰 比 5 3 . 7 % 、 缓 凝 剂 0 . 5 % ; 养 护 温 度 8 0 度 。 （ a ） 波 形 图 （ 厚 度 方 向 ）3)3)水水泥泥凝凝固固时时间间对对套套管管波波的的影影响响实验水泥块实验水泥块凝固时间凝固时间 2 0 .0

10、 04 0 .0 06 0 .0 08 0 .0 01 0 0 .0 0(hour)2 0 .0 04 0 .0 06 0 .0 08 0 .0 01 0 0 .0 0波 列 持 续 时 间 ( u s )水泥凝固时间1 41 82 12 32 62 83 03 23 53 94 3（ a ） 波 形 图 （ 宽 度 方 向 ） 水泥凝固时间长水泥凝固时间长, ,水泥强度大水泥强度大, ,套管波愈能透射到水泥套管波愈能透射到水泥环向地层传播使套管波幅度下降环向地层传播使套管波幅度下降, ,衰减系数增大响衰减系数增大响. .水水泥凝固时间受速凝剂、水灰比、水泥中杂质等影响，泥凝固时间受速凝剂、水

11、灰比、水泥中杂质等影响，实验考察实验考察30483048小时进行声幅测井比较合适。小时进行声幅测井比较合适。 二、水泥环波二、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在第一界面上不会出现滑行波，只有一次或多次反射波（sinsin 2 2/ /sinsin 3 3= =V V2 2/V/V3 3, ,V V2 2VV3 3),),由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密, ,一般水泥环的一般水泥环的能量很弱能量很弱, ,常被其它波列所掩盖常被其它波列所掩盖, ,忽略不计忽略不计. .三地层波三地层波 1)包括地层纵波地层横波包括地层纵波地层横

12、波; 2)到达时间跟岩性有关到达时间跟岩性有关: 砂泥岩剖面砂泥岩剖面:比套管波到达晚比套管波到达晚 碳酸岩剖面碳酸岩剖面:比套管波到达早比套管波到达早 3)幅度跟岩性和胶结质量有关幅度跟岩性和胶结质量有关: 1. 管外无水泥胶结，为自由套管管外无水泥胶结，为自由套管2. 仅套管与水泥胶结，水泥与地层无胶结仅套管与水泥胶结，水泥与地层无胶结3. 套管与水泥、水泥与地层部分胶结套管与水泥、水泥与地层部分胶结4. 低速地层，套管与水泥、水泥与地层胶结良好低速地层，套管与水泥、水泥与地层胶结良好5. 高速地层，套管与水泥、水泥与地层胶结良好高速地层，套管与水泥、水泥与地层胶结良好第二节第二节 声波波

13、型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系从全波列上来分析，为声幅测井、变密度测井提从全波列上来分析，为声幅测井、变密度测井提供方法原理。分几种水泥胶结类型来讨论。供方法原理。分几种水泥胶结类型来讨论。一、自由套管一、自由套管 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系套管地层(1)L=5ft(1)L=5ft，T=320usT=320us出现套管波，幅度大，固井声幅出现套管波，幅度大，固井声幅测井往往以自由套管波幅度作刻度的；测井往往以自由套管波幅度作刻度的；(2)(2)套管波有规则，其周期可以计算套管波的频率套管波有规则，其周期可以计算套管波的频率(18kHz);(18kHz);(3)

14、(3)整个波型的包络线有高的振幅和能量整个波型的包络线有高的振幅和能量, ,延续时间长延续时间长; ;(4)(4)无地层波无地层波, ,在在945us945us左右出现泥浆波。左右出现泥浆波。 V1V2 V3 V1 V4二、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）二、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）320us945us 此时大部分能量进入水泥环（水泥环波衰减大），套管波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：幅度很小，其特点：(1)320us(L=5ft),(1)320us(L=5ft),由于一界面胶结好由于一界面胶结好, ,套管波幅度大大减套管波幅度大大减小小; ;(

15、2)(2)套管波后为水泥环波套管波后为水泥环波, ,衰减无规则衰减无规则, ,幅度小幅度小, ,有时无显示有时无显示; ;(3)(3)无地层波无地层波, ,仅少量能量环形流体层仅少量能量环形流体层( (泥浆泥浆),),进入地层更进入地层更少少; ;(4)(4)最后出现为泥浆波最后出现为泥浆波. . 三、部分胶结三、部分胶结 (1)(1)套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好的情形，的情形，(2)(2)后续波有地层波后续波有地层波, ,幅度不大幅度不大(360(3600 0部分传播部分传播),),到达时间与地层速度有关到达时间与地层速度有关. . 四、完全胶

16、结（砂岩）四、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），度有关）， 泥浆波叠加在地层波末端泥浆波叠加在地层波末端地层纵波地层纵波 完全胶结（碳酸岩）完全胶结（碳酸岩）地层纵波地层纵波地层横波地层横波 一声系和记录内容 单发单收; 记录套管波幅度第三节第三节 声波幅度测井声波幅度测井 二二 声幅测井存在问题声幅测井存在问题1 1、仪器偏心影响、仪器偏心影响： (1)(1)套管波幅度减小套管波幅度减小

17、;(2);(2)到达到达时间提前时间提前;(3);(3)后续波失真后续波失真; ;在井剖面上套管波到达在井剖面上套管波到达时间不是固定的时间不是固定的. .采用扶正器来实现。采用扶正器来实现。2 2、记录套管波的局限、记录套管波的局限( (头半周头半周): ): 仅评价一界面仅评价一界面, ,不能评价二界面情况不能评价二界面情况, ,窜槽有可能水泥窜槽有可能水泥地层胶结地层胶结不好引起的。利用地层波来解决。不好引起的。利用地层波来解决。3 3、水泥环间隙影响、水泥环间隙影响：间隙一般：间隙一般0.1mm,0.1mm,不足以引起不足以引起流体窜流流体窜流, ,但对声耦合有影响但对声耦合有影响,

18、,造成套管波幅度与造成套管波幅度与部分胶结相同。解决办法：部分胶结相同。解决办法： (1)(1)加压再测量依次加压再测量依次( (可能造成压裂套管、水泥环可能造成压裂套管、水泥环),(2),(2)采用反射脉冲采用反射脉冲反射法测井。反射法测井。 三声幅测井定量解释三声幅测井定量解释mv1 1、水泥抗压强度法、水泥抗压强度法考虑到套管尺寸、厚考虑到套管尺寸、厚度、源距影响，采用度、源距影响，采用抗压强度来衡量固井抗压强度来衡量固井质量，计算值与出厂质量，计算值与出厂值相等，胶结良好值相等，胶结良好。英尺）分贝/(lg200AAL2 2、胶结指数法、胶结指数法胶结指数胶结指数=目的层衰减系数目的层

19、衰减系数/ / 完全胶结段衰减系数完全胶结段衰减系数一般大于一般大于80%80%，可认为胶结好。，可认为胶结好。3 3 相对幅度法相对幅度法: :相对幅度相对幅度=目的层幅度目的层幅度/自由套管幅度自由套管幅度评价标准评价标准: 40% :固井质量差固井质量差相对幅度相对幅度 (2040)% :固井质量中等固井质量中等 20% :固井质量好固井质量好 1 1、确定水泥面、确定水泥面2 2、检查固井质量（一、检查固井质量（一界面胶结情况）界面胶结情况）3 3、检查套管接箍，间、检查套管接箍，间隙对能量衰减大，负隙对能量衰减大，负峰峰6070%6070%4 4、测定套管断裂位置、测定套管断裂位置（

20、在无水泥胶结地方，（在无水泥胶结地方，裂缝处套管波衰减大，裂缝处套管波衰减大，出现负尖峰）出现负尖峰）四四 声幅测井应用声幅测井应用半幅点半幅点相对幅度相对幅度5、判别管外气层、判别管外气层 第一次固井质第一次固井质量不好，出水量不好，出水第二次固井第二次固井质量好，封质量好，封堵上部水层，堵上部水层，产油产油水层水层油层油层泥岩层泥岩层6、检查补挤水泥效果、检查补挤水泥效果 第四节第四节 变密度测井变密度测井VDL一一 变密度测井原理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。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，其井下仪器为单发单收系统，L=5

21、ftL=5ft（一般与声幅（一般与声幅测井一起测量测井一起测量CBLCBL：L=3ftL=3ft），以调辉方式记录整个），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波形（模拟信号），通过对波形按幅度大小以灰度等级来显示的（数字信号）。等级来显示的（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。示，这样以黑白间互线条组成了变密度测井。 1 1、套管波：、套管波：直线条（直线条（320us320us

22、）2 2、地层波：、地层波：曲线条，变化的曲线条，变化的3 3、泥浆波：、泥浆波： 接近直线条接近直线条 二二 变密度测井资料解释变密度测井资料解释（1 1）自由套管）自由套管大部分能量通过套管传播回大部分能量通过套管传播回到接收器，很少有能量进入到接收器，很少有能量进入地层中。地层中。 全波列波形中套管波幅度很全波列波形中套管波幅度很大，地层波非常弱或没有。大，地层波非常弱或没有。 变密度曲线变密度曲线左端套管波左端套管波为黑为黑白反差明显呈整齐直线条；白反差明显呈整齐直线条；右端地层波右端地层波为灰白模糊不清为灰白模糊不清的曲线条或缺失，没有地层的曲线条或缺失，没有地层波为波为套管波后续波

23、套管波后续波，右端呈，右端呈灰白间隔的直线条。灰白间隔的直线条。 声幅曲线为声幅曲线为高幅值高幅值1 1、检查固井质量、检查固井质量 （2 2）仅一界面胶结好）仅一界面胶结好大部分能量通过套管透射到大部分能量通过套管透射到水泥环中，很少进入地层中。水泥环中，很少进入地层中。 全波列波形中套管波幅度全波列波形中套管波幅度弱，地层波也非常弱或没有。弱，地层波也非常弱或没有。 变密度曲线变密度曲线左端套管波左端套管波为为灰白模糊不清直线条或缺失；灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波右端地层波为灰白模糊不清为灰白模糊不清的曲线条或缺失，的曲线条或缺失，泥浆波泥浆波呈呈灰白间隔的直线条。灰白间隔的直线条。 声幅曲线为声幅曲线为低幅值低幅值 （3 3）部分胶结）部分胶结一部分能量在套管中传播，一部分能量在套管中传播，也有相当大能量透射到地层也有相当大能量透射到地层中。中。 全波列波形中套管波幅度全波列波形中套管波幅度中等，地层波也呈中等强度中等，地层波