声波测井课-声幅

1、 声波测井方法和应用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第二章 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。内容：内容： 2.1 套管井中波成分套管井中波成分 2.2 声波波型与固井质量关系声波波型与固井质量关系 2.3 声幅测井及其应用（声幅测井及其应用（CBL，SBT） 2.4 变密度测井（变密度测井（VDL） 2.5 超声脉冲反射法测井（超声脉冲反射法测井（CET，USI） 井眼直径井眼直径 8.5 英寸英寸 套管外径套管外径

2、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 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 英尺英尺 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

3、时差时差 55.5 微妙微妙/英尺英尺 V1V2V3V4Labc1223J02.1 套管井中波成分套管井中波成分第二章第二章 套管井中声波测井套管井中声波测井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 滑行纵波滑行纵波2.1 套管井中波成分套管井中波成分第二章第二章 套管井中声波测井套管井中声波测井1 1、套管波、套管波( (纵波横波复合波纵波横波复合波) ): :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），滑行波与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到达接收器时间只差0.2us0.

4、2us，可看作同时到达。，可看作同时到达。LbtgatgVVVbVaTVVVatgLVaTCCC2121212211212122sinsin,1cos21cos22sin,21cos21一次反射纵波一次反射纵波)(1557cos219542.0cos,2999.0sin1221cdLVaVLTVVCCCsTftLsTftL55.326)63. 34 . 6(155571,555.212)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、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、仪器尺寸有关套管、仪器尺寸有关 2.1 套管井中波成分套管井中

5、波成分第二章第二章 套管井中声波测井套管井中声波测井1 1、套管波、套管波( (纵波横波复合波纵波横波复合波) )套管波的声强（或幅度）大小与水套管波的声强（或幅度）大小与水泥胶结好坏有关，设泥胶结好坏有关，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, ,则反则反射声强为射声强为: :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

6、; ;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 2.1 套管井中波成分套管井中波成分第二章第二章 套管井中声波测井套管井中声波测井2 2、水泥环波、水泥环波: :在第一界面上不会出现滑行波，只有一次或在第一界面上不会出现滑行波，只有一次或多次反射波（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

7、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. .3 3、地层波：、地层波：水泥水泥地层地层( (第二界面第二界面) )胶结好时（胶结好时（V4V3), V4V3), 一般出现地层波一般出现地层波( (滑行纵横波滑行纵横波),),地层波到达时间约在地层波到达时间约在T=LT=Lt(t(裸眼井地层时差裸眼井地层时差) )左右左右, ,在砂岩中在砂岩中( (V V4 4VVV2 2) )在套管波前到达在套管波前到达, ,所以对套管波所以对套管波和地层的识别存在困难。和地层的

8、识别存在困难。4 4、泥浆波列：泥浆波列：接收器接收到的泥浆波时间不变，接收器接收到的泥浆波时间不变，T=189T=189* *5=945us5=945us，（变密度、全波列），（变密度、全波列） 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2.2 声波波型与固井质量的关系

9、声波波型与固井质量的关系第二章第二章 套管井中声波测井套管井中声波测井从全波列上来分析，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。1、自由套管、自由套管 2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系1 1、自由套管、自由套管(1)L=5ft(1)L=5ft，T=320usT=320us出现套管波，幅度大，固井声幅测井往往出现套管波，幅度大，固井声幅测井往往以自由套管波幅度作刻度的；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

10、算套管波的频率(18(18kHz);kHz);(3)(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。套管幅度受套管特性影响：套管幅度受套管特性影响：(1)(1)未胶结套管的衰减系数未胶结套管的衰减系数: : a=(10/L)a=(10/L) LN(JLN(J0 0/J)(/J)(分贝分贝/ /米米) )a=2.4a=2.4分贝分贝/ /米米, ,J=0.575JJ=0.575JO O(L=1(L=1米米),),源声强的源声强的57.5%57.5%(2)

11、(2)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. .(3)(3)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, ,当外有水当外有水泥时泥时, ,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度大厚度大反射回井中套管幅度大, ,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, ,套管厚度一般套管厚度一般 ) )2.2 声波波型与固

12、井质量的关系声波波型与固井质量的关系 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%套管直径的影响套管直径的影响2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系1 1、自由套管、自由套管 套管外有水泥套管外有水泥30001 1、自由套管、自由套管2.2 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厚度的影响套管厚度的影响a=(10/L)a=(10/L) LN(JLN(J0 0/J)(/J)(分贝分贝/ /米米) ) 1 1、自由套管、自由套管2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系由于泥浆、仪器测量条件

13、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。 V1V2 V3 V1 V42.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系2 2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）320us945us 2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系2 2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）、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：度很小，其特点：(1)320

14、us(L=5ft),(1)320us(L=5ft),由于一界面胶结好由于一界面胶结好, ,套管波幅度大大减小套管波幅度大大减小; ;(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),),进入地层更少进入地层更少; ;(4)(4)最后出现为泥浆波最后出现为泥浆波. .水泥环参数对套管波幅度的影响水泥环参数对套管波幅度的影响: :(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泥环抗压强度大, ,进入水泥环的进

15、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; ; 见图见图 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理论计算理论计算 2纯水泥加纯

16、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2 2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好） 2 2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）(3)(3)水

17、泥环厚度影响：厚度小水泥环厚度影响：厚度小(1.905cm)(1.905cm1.905cm变化不明显变化不明显; ;2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系a=(10/L)a=(10/L) LN(JLN(J0 0/J)(/J)(分贝分贝/ /米米) ) 2 0 .0 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

18、 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 ）(4)(4)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 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

19、 度 方 向 ）实验水泥块实验水泥块凝固时间凝固时间 1 02 03 04 05 06 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 0（ b ） 速 度 （ 幅 度 ） - 水 泥 凝 固 时 间 图 水 泥 凝 固 时 间 （ 小 时 ）速度1 02 03 04 05 06 0( m / s )1 02 03 04 05 06 01 02 03 04 05 06 00 .2 00 .4 00 .6 00 .8 01 .0 0厚 度 方 向1 02 03 04 05 06 0( m v )1 02 03 04 05 06 0幅度水 泥 凝 固 时 间 （ 小 时 ）宽 度 方 向

20、(4)(4)水泥凝固时间对套管波的影响水泥凝固时间对套管波的影响2 2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）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, ,衰减系数增大衰减系数增大. .水泥水泥凝固时间受速凝剂、水灰比、水泥中杂质等影响，实凝固时间受速凝剂、水灰比、水泥中杂质等影响，实验考察验考察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。 3 3、部分胶结、部分胶结2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系

21、3 3、部分胶结（窜槽）、部分胶结（窜槽）2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系(1)(1)套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好的情形，套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好的情形，(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),),到达时间与地层到达时间与地层速度有关速度有关. .问题问题1:1:泥饼影响泥饼影响: :泥饼存在往往使水泥泥饼存在往往使水泥地层胶结不好（固结水地层胶结不好（固结水泥吸收泥饼水分，泥饼收缩）泥吸收泥饼水分，泥饼收缩）问题问题2 2：窜槽影响：固井要求套管与地层间环行空间窜槽影响：固井要求套

22、管与地层间环行空间(360(3600 0) )，全，全部被水泥占有，如一部分没有水泥或水泥没有胶结部被水泥占有，如一部分没有水泥或水泥没有胶结, ,给油水运动给油水运动形成通道形成通道, ,造成造成窜槽窜槽( (油层射孔出水油层射孔出水).).是不是发生窜槽要看油水层是否被封隔开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发生窜槽就要进行补挤水泥挤水泥( (成本很高成本很高).).问题问题3:3:微环影响微环影响: :由于注水泥加压由于注水泥加压, ,套管膨胀套管膨胀, ,撤去压力套管收缩撤去压力套管收缩, ,造成水泥与套管间形成微裂隙或水泥与地层间造成水泥与套管间形成微裂隙或

23、水泥与地层间( (往往在碳酸盐岩往往在碳酸盐岩中中) )产生微裂隙产生微裂隙, ,微裂隙不会造成微裂隙不会造成窜槽窜槽, ,但影响声耦合但影响声耦合, ,测得的波形测得的波形类似部分胶结类似部分胶结. .区分微裂隙还是区分微裂隙还是窜槽窜槽, ,要加压测量与未加压测量比要加压测量与未加压测量比较较. .若幅度变小为微裂隙若幅度变小为微裂隙, ,无变化为窜槽无变化为窜槽. . 3 3、部分胶结（窜槽）、部分胶结（窜槽）2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系胶结程度胶结程度=窜槽部分衰减系数窜槽部分衰减系数/完全胶结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声波波

24、型与固井质量的关系4 4、完全胶结（砂岩）、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 2.2 声波波型与固井质量的关系声波波型与固井质量的关系4 4、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 2.2 声波波型与固井质量的关系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、水影响套管波大小除了

25、套管特性、水泥胶结情况、地层特性外，还与测泥胶结情况、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，功率、频率等因素）。考虑到衰减，一般采用一般采用3 3、5ft5ft短源距，频率短源距，频率2020kHzkHz。2.3 声幅测井声幅测井(CBL) 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（在无水泥胶结地方，（在无水泥胶结地方，裂

26、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）5 5、判别管外气层、判别管外气层6 6、检查补挤水泥效果、检查补挤水泥效果2.3.1 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 2.3 声幅测井声幅测井(CBL)2.3.1 声幅测井应用声幅测井应用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 2.3.2 声幅测井定量解释声幅测井定量解释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

27、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/(lg200AAL2.3.2 声幅测井定量解释声幅测井定量解释2 2、胶结指数法、胶结指数法2 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。问题：问题：用相对幅度消除仪器的影用相对幅度消除仪器的影响，用胶结指数可消除井中环境响，用胶结指数可消除井中环境参数及井下条件引起的误差。参数及井下条件引起的误差。3 3、最小封隔长度法、最小封隔长度法固井胶结的水泥要有足够的强

28、度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。最小封隔长度与封隔长度有关。最小封隔长度与套管尺寸有关，实验与实际度与套管尺寸有关，实验与实际观察表明：在胶结指数为观察表明：在胶结指数为0.80.8时时, ,可根据套管直径确定最小封隔长可根据套管直径确定最小封隔长度。度。13ft=4米米10ft=3米米英尺）分贝/(lg200AAL 2.3.3 声幅测井存在问题声幅测井存在问题2.3 声幅测井声幅测井(CBL)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;(2);(2)到达到达时间提前时间提前;(3);(

29、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：间隙一般小于：间隙一般小于0.1mm,0.1mm,不足以不足以引起流体窜流引起流体窜流, ,但对声耦合有影响但对声耦合有影响, ,造成套管波幅造成套管波幅度与部分胶结相同。

30、解决办法：度与部分胶结相同。解决办法： (1)(1)加压再测量加压再测量依次可能造成压裂套管、水泥环依次可能造成压裂套管、水泥环,(2),(2)采用反射脉采用反射脉冲反射法测井。冲反射法测井。 2.4 变密度测井变密度测井VDL2.4.1 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=5ftL=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

31、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（320320usus）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： 近直线条近直线条2.4.1 变密度测变密度测井原理井原理 地层波包括纵波、地层波包括纵波、横波，由于横

32、波，由于V VP PVVS S横波到达时间晚横波到达时间晚T TS S=1.51.8T=1.51.8TP P2.4.1 变密度测井原理变密度测井原理2.4 变密度测井变密度测井VDL 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL（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

33、；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 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL1 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

34、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 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL1 1、检查固井质量、检查固井质量（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

35、波也呈中等强度 变密度曲线变密度曲线左端套管波左端套管波为为灰白间隔直线条；灰白间隔直线条；右端地层右端地层波波为灰白间隔的曲线条。为灰白间隔的曲线条。 声幅曲线为声幅曲线为中等幅值中等幅值 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL1 1、检查固井质量、检查固井质量（4 4）两个界面都胶结好）两个界面都胶结好套管、水泥和地层连成一体，套管、水泥和地层连成一体，大部分能量通过套管透射水大部分能量通过套管透射水泥，再透射到地层中。泥，再透射到地层中。 全波列波形中套管波幅度全波列波形中套管波幅度很弱，地层波很强很弱，地层波很强 变密度曲线变密度曲线左端套管

36、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黑白反差明显为黑白反差明显的曲线条。的曲线条。 声幅曲线为声幅曲线为低幅值低幅值 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL2 2、检查窜槽、检查窜槽CBLCBL对一界面窜槽现象对一界面窜槽现象评价是有效的，但二评价是有效的，但二界面窜槽是无能为力界面窜槽是无能为力的，例上下两层的，例上下两层CBLCBL都都为低幅值，但油层射为低幅值，但油层射开出水，通过变密度开出水，通过变密度测量，显示地层波很测量，显示地层波很弱，可确定为二界面弱，可确定为二界面窜槽。窜槽。没有

37、地层波没有地层波 2.4.2 变密度测井资料解释变密度测井资料解释2.4 变密度测井变密度测井VDL3 3、检查压裂、检查压裂为了增产需要，对低产油层需要进行压裂。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，通播其能量衰减很大，传播时间也增大，通过压裂前后两次变密度测井对比，可检查过压裂前后两次变密度测井对比，可检查压裂效果。压裂效果。压裂前地层致密地层波幅度大，变密度黑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

38、显示，弯曲率也大。小，变密度灰白模糊显示，弯曲率也大。假定模型为轴对称，第假定模型为轴对称，第i层层波动方程为波动方程为:结合边界条件解得井内压力响应为：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几何模型示意图套管井中声波传播数值模拟套管井中声波传播数值模拟01 0 0 02 0 0 03 0 0 001 0 0 02 0 0 03 0 0 0波列持续时间（u s ）( a )( b )( c ) 不同地层的自由套管全波波形（频率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套管波套管波导波导波套管井

39、中声波传播数值模拟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/s01 0 0 02 0 0 03 0 0 001 0 0 02 0 0 03 0 0 0波列持续时间（u s ）( a )( b )( c )地层波地层波导波导波套管井中声波传播数值模拟套管井中声波传播数值模拟0. 001. 002. 003. 004. 000. 000. 200. 400. 600. 801. 00N o rm alized p ip e w ave am p litu d

40、 eM i croannul us wi dth of f i rst i nterf ace(cm )0.001.002.003.004.00C em ent annulus thickness(cm )0.000.200.400.600.801.00N orm al i zed pi pe w ave am pl i tude套管波幅度与套管波幅度与水泥环厚度关系水泥环厚度关系套管波幅度与套管波幅度与一界面间隙宽度的关系一界面间隙宽度的关系(当环隙宽度大于当环隙宽度大于10mm时，套管波幅度变化很小）时，套管波幅度变化很小）套管波幅度套管波幅度一界面间隙宽度一界面间隙宽度水泥环厚度水泥环厚

41、度套管井中声波传播数值模拟套管井中声波传播数值模拟0.000.200.400.600.801.00M i croannul us w i dth of fi rst i nterface(cm )0.000.200.400.600.801.00N orm alized form ation body w ave am plitude0.000.200.400.600.801.00M icoannulus w idth of second interface(cm )0.000.200.400.600.801.00N orm al i zed form ati on body w ave am

42、pl i tude地层波仅对一界面地层波仅对一界面有无环隙敏感有无环隙敏感（对环隙宽度不敏感）（对环隙宽度不敏感）地层波对二界面地层波对二界面环隙敏感环隙敏感地层波地层波一界面间隙宽度一界面间隙宽度二界面环隙宽度二界面环隙宽度套管井中声波传播数值模拟套管井中声波传播数值模拟0.000.200.400.600.801.00M icroannulus w idth of first interface(cm )0.000.200.400.600.801.00N orm alized guided w ave am plitude0.000.400.801.201.602.00M icroannul

43、us w idth of second interface(cm )0.000.200.400.600.801.00N orm alized guided w ave am plitude导波幅度与一界面导波幅度与一界面间隙宽度关系间隙宽度关系导波幅度与二界面导波幅度与二界面间隙宽度关系间隙宽度关系导波幅度导波幅度一界面间隙宽度一界面间隙宽度二界面环隙宽度二界面环隙宽度套管井中声波传播数值模拟套管井中声波传播数值模拟 模拟实验模拟实验同步信号 c s 2 0 0 0 0动态 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

44、 模型井测量设备原理框图水泥胶结模型实验原理图水水泥泥套套管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套管波地层波地层波伪瑞利波伪瑞利波部分胶结部分胶结仅一界面胶结仅一界面胶结自由套管自由套管完全胶结完全胶结a : 源源 距距 为为1 0厘厘 米米b : 源源 距距 为为1 5厘厘 米米00 . 20 . 40 . 60 . 8100 . 20 . 40 . 60 . 81归一化套管波幅度胶结率00 . 20 . 40 . 60 . 8100 . 51归 一 化 套 管 波 幅 度胶结率套管波幅度与环空水泥胶结率（胶结度数套管波幅度与环空水泥胶结率（胶结度数/3600）的关系）的关系

45、00.20.40.60.810100200300400500频率（K H Z ）幅 度完全胶结地层波与一界面有间隙套管波频谱对比图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全波波形处理全波波形处理 CBL全波波形处理全波波形处理 伪瑞利波地层波套管波一界面胶结差一界面胶结差CBL全波波形处理全波波形处理 地层波斯通利波完全胶结完全胶结CBL全波波形处理全波波形处理 部分胶结部分胶结CBL全波波形处理全波波形处理 部分胶结部分胶结CBL全波波形处理全波波形处理 CBL全波波形处理全波波形处理 CBL全波波形处理全波波形处理 CBL全波波形处理全波波形处理 CBL全波波形处理全

46、波波形处理 好差中等CBL全波波形处理全波波形处理 一界面胶一界面胶结指数结指数二界面胶二界面胶结指数结指数环空水泥环空水泥胶结率胶结率连续深度连续深度（m）结论结论0.80.80.81.5不窜不窜0.50.80.50.80.50.8可能窜可能窜0.50.50.51窜窜CBL全波波形处理全波波形处理 综合理论、实验及对实测波形的处理，可得：综合理论、实验及对实测波形的处理，可得：1 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、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征可反映环空缺失情况；当第

47、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；可较好地评价二界面胶结状况；2 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、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，根据规律可推得现场在固井具有一定的影响规律，根据规律可推得现场在固井4848小时后测井一般能小时后测井一般能满足需要；满足需要；3 3、实测波形中套管波的频率范围在、实测波形中套管波的频率范围在1724kHz1724kHz之间，地层波频率在之间，地层波频率在10171017khzkhz之间，高频伪瑞利波频率在之间，高频伪瑞利波频率在30kHz30kHz左右

48、，可通过滤波从全波中左右，可通过滤波从全波中提取各波成分；提取各波成分；4 4、实测波形受岩性影响大，在泥质含量高或是扩径的井段，、实测波形受岩性影响大，在泥质含量高或是扩径的井段，CBLCBL经常为高值。在利用经常为高值。在利用CBL/VDLCBL/VDL测井资料评价固井质量时需作岩性校正。测井资料评价固井质量时需作岩性校正。5 5、利用全波信息所提取的特征值：一、二界面胶结指数、环空水泥胶结、利用全波信息所提取的特征值：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、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

49、值面积与极小值能很好地对应水泥胶结状况，为评价固井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。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 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

50、不会引起声波传播的变化）21221212124,ZZZZZZZZ原理超声脉冲反射法测井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，来确定各界面水泥胶结的情况。21221212124,ZZZZZZZZ2.5 超声脉冲反射法测井超声脉冲反射法测井 R1 R2 R3第一门第一门套管套管水泥水泥第二门第二门水泥水泥地层地层0III2.5 超声脉冲反射法测井超声脉冲反射法测井 R1 R2 R3第一门第一门

51、套管套管水泥水泥第二门第二门水泥水泥地层地层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超声成像测井超声成像测井(MUST) 工作频率工作频率195650kHzUSI超声成像测井超声成像测井(MUST)自自由

52、由套套管管USI超声成像测井超声成像测井(MUST)完完全全胶胶结结USI超声成像测井超声成像测井 1.仪器偏心仪器偏心 ECCE(in)2.套管接箍套管接箍(CCL),黑色为射孔黑色为射孔3.内半径曲线内半径曲线,平均效果平均效果4.原始声阻抗成像原始声阻抗成像5.套管反射成像套管反射成像6.胶结成像综合显示胶结成像综合显示兰色代表液体兰色代表液体,绿色代表钻井液绿色代表钻井液黄色代表已胶结黄色代表已胶结,红色代表微环红色代表微环7.带门槛值的声阻抗成像带门槛值的声阻抗成像USI超声成像测井超声成像测井 优点：优点：1、克服平均声路法流体间隙的影响；、克服平均声路法流体间隙的影响；2、能确定

53、全井周水泥胶结的好坏；克服平均声路法窜槽的方位、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。问题问题：1、频率高，有利于波形分辨，泥浆、频率高，有利于波形分辨，泥浆套管、套管套管、套管水泥、水水泥、水泥泥地层的反射波；但存在衰减问题；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、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。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分区胶结测井分区胶结测井 SBT分区胶结测井分区胶结测井 六个独立极板，贴紧套管内壁六个

54、独立极板，贴紧套管内壁提供各自提供各自600的短源距补偿声波的短源距补偿声波衰减率测量。衰减率测量。优点：优点：1）提供）提供6个个600扇区即井扇区即井周周3600的水泥胶结定量分析，的水泥胶结定量分析，改善了微间隙的影响；改善了微间隙的影响；2）受井中气体、快速地层或）受井中气体、快速地层或重泥浆的影响小；重泥浆的影响小；3）探测出水泥窜槽）探测出水泥窜槽(小到小到150)或水泥空隙，克服多解性或水泥空隙，克服多解性；4）对一般的仪器偏心不敏感）对一般的仪器偏心不敏感5）定量分析水泥环与套管的）定量分析水泥环与套管的胶结状况胶结状况SBT；6）定性分析水泥环与地层的）定性分析水泥环与地层的

55、胶结状况胶结状况VDL。特点特点环状声路：环状声路：水平、垂水平、垂直直SBT分区胶结测井分区胶结测井 a1=20log(A12/A13) a2=20log(A43/A42)补偿衰减补偿衰减=10log(A12*A43） /(A13*A42)L=6inl=6inF=100kHz工作频率工作频率三个波长三个波长左右左右SBT SBT 主测井显示图主测井显示图类似于常规测井图类似于常规测井图, ,显显示最小衰减曲线、平均示最小衰减曲线、平均衰减率，自然伽玛，套衰减率，自然伽玛，套管接箍曲线（管接箍曲线（CCLCCL）振）振幅（幅（mVmV）曲线，）曲线，VDLVDL或或特征曲线图。特征曲线图。最小

56、衰减率曲线与平均最小衰减率曲线与平均衰减率差值（阴影部衰减率差值（阴影部分），反映了水泥环中分），反映了水泥环中存在的窜槽大小。存在的窜槽大小。SBT分区胶结测井分区胶结测井 SBT分区胶结测井分区胶结测井SBT SBT 分区阵列显图分区阵列显图1 1）水泥图（变衰减测井）水泥图（变衰减测井图），采用五级灰度显图），采用五级灰度显示水泥的胶结程度，）示水泥的胶结程度，）最浅灰色代表最低一级最浅灰色代表最低一级水泥胶结程度或地层地水泥胶结程度或地层地层坍塌；黑色代表率减层坍塌；黑色代表率减率达到了与水泥抗压强率达到了与水泥抗压强度规定值所对应的率减度规定值所对应的率减值值80%80%（与套管尺寸

57、、重（与套管尺寸、重量有关）量有关）2 2）六条补偿率减率曲线；）六条补偿率减率曲线；3 3）方位曲线。）方位曲线。声幅测井声幅测井 声幅测井声幅测井 超声成像测井超声成像测井(井下电视井下电视) UBI超声成像测井超声成像测井(井下电视井下电视)采用自发自收方式1)旋转旋转34周周/秒及磁北信秒及磁北信号号;工作频率工作频率250或或500kHz 2)一周一周4802000次分别率次分别率高高;3）测速）测速12米米/分（国外分（国外5英尺英尺/分），随着深度变化分），随着深度变化换能器向井壁作连续超声换能器向井壁作连续超声波扫描，旋转波扫描，旋转120180周周(条条)/米米;8.35.5

58、mm应用应用:识别裂缝及岩层产状、识别裂缝及岩层产状、岩性、套管破裂岩性、套管破裂1、测量原理、测量原理井周成像测井井周成像测井(井下电视井下电视) 泥浆衰减泥浆衰减：J=J0e-2 r,衰减系数衰减系数 由两部分组成：吸收衰减、固相散射衰减由两部分组成：吸收衰减、固相散射衰减泥浆对超声衰减影响泥浆对超声衰减影响吸收吸收衰减衰减： = 1+ 2+ 31)粘滞吸收粘滞吸收(泥浆内摩擦泥浆内摩擦)系数系数: 1 =2 2 /3V3 f 1=4.7*10-4(厘米厘米-1)2)热传导吸收热传导吸收衰减系数衰减系数(泥浆压缩和膨胀造成温度变化泥浆压缩和膨胀造成温度变化,一部分声能转化为热能一部分声能转

59、化为热能) k-热传导系数热传导系数, Cv 、Cp-定容和定压热容量定容和定压热容量3）驰豫吸收）驰豫吸收(泥浆压缩和膨胀过程中泥浆压缩和膨胀过程中,伴有泥浆中分子的内外自由度能量的重新伴有泥浆中分子的内外自由度能量的重新分配过程分配过程(驰豫过程驰豫过程),这一过程需要一定时间这一过程需要一定时间(驰豫时间驰豫时间)。驰豫过程中有规则的。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。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；低频容变粘滞系数； -与与驰豫时间有关系数驰豫时间有关系数PVfCCVka11212322232123Vaf2、泥浆对超声衰减影响、泥浆

60、对超声衰减影响 泥浆固相颗粒对超声的散射衰减泥浆固相颗粒对超声的散射衰减1）散射）散射衰减系数衰减系数：泥浆中含有固相颗粒（膨润土、：泥浆中含有固相颗粒（膨润土、漂珠、硅藻土漂珠、硅藻土等），会引等），会引起一部分声波散射，形成散射衰减，其系数为起一部分声波散射，形成散射衰减，其系数为NaVa42984N单位体积小球数（与密度有关）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）固相颗粒半径（远小于波长的小球）例：例：膨润土膨润土 4=22.647*10-6( -1)(1/厘米厘米),泥浆密度泥浆密度越大，散射衰减系数增加越快越大，散射衰减系数增加越快;在同样泥浆密度下在同样泥浆