超声成像测井

1、超声成像测井第1页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三1962年，MOBIL公司第一次在井下用声学方法获得井壁的二维图象。但由于当时的声源频率很高（1MHz以上），声波信号在井内钻井液中衰减明显，因此只能在井中充满清水或低密度钻井液中进行测井,且成像效果不好。20世纪80年代,由于对大洋海底锰矿调查的需要,海底的超声电视测井技术得到发展和重视。后经Amoco、Sandia和Shell等石油公司和研究单位的不断改进，使超声成像测井仪最终投入了商业服务。仪器型号(生产厂家)声学探头频率 MHz旋转一周记录脉冲数每米井段像点数允许的最大钻井液密度g/cm3测井速度m/hStanf

2、ord大学岩石物理实验室1.25600720001.2590CBIL(Atlas公司)0.250.4250296701.70182DUT(华北油田测井公司)0.51.5512512001.25180ABF-14德国 GEO,SYS公司)0.8114822001.40180BHTV(Amco公司)1614401.2590UBI(Schlumberger公司)025、0.536,7236000,72000水基:1.6油基:1.16122640国内外部分超声成像测井仪器的性能及技术指标第2页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三第一节 超声成像测井基本

3、原理 超声成像测井由声系、信号采集、信号传输和地面处理与显示四部分组成。声系部分由一个能旋转的超声探头（或换能器）构成，该探头兼作发射探头和接收探头。将测量的反射波幅度和传播时间按井眼内3600方位以图像显示，可以分析井壁岩性及表面特征（包括裂缝、孔洞和冲蚀带），也可用来观察套管内壁的变化。第3页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三一、井下超声电视测井BHTV 超声换能器每秒发射15003000次、频率为12MHz的超声脉冲。测井时它由一个马达驱动，以固定速率（每秒36周左右）带动换能器和磁力仪绕仪器轴旋转，对井眼的整个井壁的扫描测量，每转到磁北方向产生一个磁北信号，就以电

4、脉冲形式将换能器方位信息发送到地面。仪器旋转时探头发射的超声波脉冲，经泥浆传传播到达井壁，有一部分能量被反射回换能器并接收，经信号处理后，得到井壁回波的幅度图像和旅行时图像。 第4页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三 由于在测井过程中仪器也以一定速率往上提，因此，仪器记录点为螺旋上升（见右图）。超声波成像测井速度很低，每分钟约12米，深度是由传动装置控制深度电位器产生深度信号，这样仪器在井中测量时，随着深度变化换能器向井壁作螺旋状连续超声波扫描，每测1米换能器要旋转120180周左右。BHTV仪平面圆片状换能器（1.35MHz）的探测极限约为0.01in(0.25mm)高

5、速（a）和低速（b）对井壁超声扫描的螺旋型路径第5页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三二、超声成像测井UBI 声波探头有两种工作方式，探头逆时针旋转为标准测量方式，用于测量井壁的声学特性；探头顺时针旋转（换能器面向反射板）为流体性质测量方式，测量井内泥浆的声学特性。UBI测量精度、图像质量更高，其垂向分辨率为0.2-0.4in (0.508-1.016cm)之间，推荐的测井速度在400-600ft/h（122-183m/h）之间。UBI 仪器结构和换能器工作模式示意图第6页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三第二节 换能器特性及成像影响因素分析一、换能

6、器的指向特性(原片状声源的特性)1圆片状声源的远场衍射第7页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三2发射换能器的近场特性与近场衍射第8页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三2发射换能器的近场特性与近场衍射（1）在中心点上，z=0，也就是说当声源半径为半波长的偶数倍时，则在中心点接收到子波的作用相互干涉抵消，声压为零。当半径为波长的奇数倍时，中心点的声压最大 （2）在中心轴线上，Z0，存在一系列位置，z=dn声压幅值为零边缘声线与轴向声线的路程差为半波长的偶数倍，则在Z=dn上的声压为零. n值越小，d越大，最远处声压为零相当于n=1， Z=Dn声压幅值为最

7、大 边缘声线与轴向声线的路程差为半波长的奇数倍，则在Z=Dn上的声压为最大。 最远处声压为零相当于n=0， D0称为近场长度 第9页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三换能器-3dB束宽度理论值（in）第10页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三二、影响成像质量因素声衰减的影响 泥浆对声波衰减主要是摩擦吸收衰减和固相颗粒散射引起的衰减。摩擦吸收衰减与频率平方成正比，而颗粒散射衰减与频率四次方成正比，因此当频率较高时，泥浆性能对超声测量影响是不能忽略的。井眼形状和仪器偏心的影响 由于井径的不规则性或仪器的偏心使得声信号在泥浆中传播时间因方位而异，即使井壁介

8、质均匀，也会在成像测井图上呈现差别。更有甚者，可能造成部分或全部反射声束不能被换能器所接收，回波幅度严重下降，以至于在成像测井图上形成显著的黑色垂直条带。第11页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三第三节 超声成像测井的应用1判断地层的岩性、确定层面产状 超声成像测井主要是根据岩层的声阻抗差异（反射波的幅度）得到不同明暗程度（不同灰度）的声学图像。泥岩和煤层声阻抗比其它岩层小得多，发射系数小，测量的反射波（回波）幅度也小，声学图像上为“暗”显示。而声阻抗较大的石灰岩、致密砂岩、反射系数大，声学图像为“亮”显示。因此根据暗亮图像可区分岩性。岩性，(g/cm3)V2.（m/s）

9、致密石灰岩2.7165000.7225致密白云岩2.8770000.855砂岩2.652600-38500.4184-0.5529泥岩2.451850-39000.2525-0.5307裂缝中饱和水1.015000.0裂缝充填泥2.4518500.2525套管7.858000.88孔洞裂缝中充满水1.015000.0第12页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三第三节 超声成像测井的应用第13页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三2、直观显示裂缝水平裂缝裂缝宽度=黑线宽度深度比例垂直裂缝裂缝宽度=黑线宽度井壁周长/图面横向长度裂缝长度=黑线长度深度比例 倾

10、斜裂缝波浪线最高点与最低点的垂直距离/井径第14页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三2、直观显示裂缝水平裂缝垂直裂缝倾斜裂缝第15页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三3. 井眼稳定性和地应力分析有井眼垮塌井段中UBI成像图和井眼横截面图第16页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三有键槽井眼中UBI成像图和井眼横截面图第17页，共21页，2022年，5月20日，17点20分，星期三4确定井下套管情况 超声成像测井能直观精确地反映套管腐蚀的形状、腐蚀的程度；评价射孔质量射孔孔眼在超声成像图上显示不规则的黑点。如果射孔孔眼显示不清楚，则射孔弹没有穿透套管；如果图像上显示条状阴影，则表示射孔作业后套