声波变密度测井技术及固井质量评价方法应用

声波变密度测井技术及固井质量评价方法应用啸辰摘要随着套管井测井技术应用向着多元化开展，声波变密度测井在油田监测固井质量方面主要采用声幅测井和声波变密度测井。通过对声波理论研究深入，声波信息与岩层参数关系的研究，数字测井技术和测井资料数据处理技术的开展，设计了声波全波列测井。声波全波列测井不仅能够通过声幅及胶结指数(BI值)曲线对套管与水泥的胶结进展评价，而且能够依据VDL图像对水泥与地层的胶结进展评价，从而克制了普通声幅测井的片面性,提高了解释的可靠性。既能反映一界面胶结状况，又能提供二界面胶结信息。本文首先阐述了声波变密度测井原理及仪器技术原理，然后结合声波变密度测井中一些典型实例资料进展了剖析，针对影响固井质量测井的因素提出了对各种干扰的判断和解决方法，对不同固井质量作出评价解释；在此根底上探究声波变密度测井技术优缺点。最后，以期提搞人们对声波变密度水泥胶结测井技术的认识程度，提高其资料综合利用价值。关键词声波变密度测井固井质量评价水泥胶结测井测井解释VariableDensityAcousticLoggingTechnologyAndQualityEvaluationMethodAppliedCementingAbstractWiththecasedholeloggingtechnologytowarddiversification,variabledensityacousticmonitoringofloggingintheoilfieldcementingthesoundqualityofthemainpiecesofloggingandtheuseofacousticvariabledensitylog.Throughin-depththeoreticalstudyofacoustic,acousticrockparametersoftherelationshipbetweeninformationandresearch,digitalloggingdataloggingtechnologyanddataprocessingtechnologydevelopment,designoffull-waveacousticlogging.Full-waveacousticloggingnotonlybythesoundamplitudeandcementationinde*(BIvalue)curveofthecasingandcementbondevaluation,butalsobasedonVDLimageformationonthecementandcementevaluation,thesoundamplitudetooverethemontestWellone-sidedness,improvingthereliabilityofinterpretation.Bothreflectaninterfacebondconditions,butalsoprovidetwointerfacebondinformation.Thispaperdescribestheprinciplesofacousticvariabledensityloggingandinstrumentationworks,andthenbinedwithsomeacousticvariabledensitylogdatawereanalyzedatypicale*ample,forloggingthefactorsaffectingthequalityofcementingavarietyofproposedsolutionsanddeterminetheinterference,toassessthequalityoftheinterpretationofdifferentcementing;onthebasisofvariabledensityacousticloggingtechniquestoe*ploretheadvantagesanddisadvantages.Finally,inordertoputpeopleoutontheacousticcementbondloggingtechnologyvariabledensitylevelofawareness,improveutilizationofitsinformationvalue.KeywordAcousticvariabledensitylogCementingqualityassessmentCementbondlogLoginterpretation啸辰，渤海钻探油气井测试分公司研究中心，生产测井解释，助理工程师，1986年11月出生，资源勘查工程专业，联系：，0，：slemm117126.O引言固井质量好坏需要通过测试手段作出评价，评价固井胶结的手段很多，目前最普遍使用的是声波变密度水泥胶结测井(CBL-VDL)。声变测井既能测得首波声幅曲线，又能获取全波列变密度图像。声变测井曲线中包含了诸多测试信息和地质信息。在声变资料解释方面，我们往往只解释胶结指数值(由首波幅度或声波衰减值计算出来)，而无视了对变密度图像进展分析，这就使得声变资料的信息利用率大大折扣。事实上，胶结指数仅仅是声幅的变相计算值，它只能反映一界面胶结信息，无法说明二界面胶结情况；变密度图像是全波列声波信号叠加的结果，它既能定性展示一界面胶结情况，又能给出二界面声波耦合信息。1声波变密度测井原理及仪器技术原理HC-SGC声幅变密度自然伽玛节箍组合测井仪是一种单发双收的声波测井仪。主要包括声系和电子线路两局部。HC-SGC测井仪分地面仪与井下仪两局部。〔1〕地面仪同步记录CBL声幅曲线和VDL变密度曲线，用于解释判断第一胶结面〔水泥和套管〕和第二胶结面〔水泥和地层〕的固井质量，最终录取声幅〔CBL〕、变密度〔VDL〕、自然伽马、磁定位四种测井曲线。通过磁定位短节、自然伽马曲线结合与综测资料比照，可将测井深度校正到标准深度，然后依据声幅、胶结指数(BI值)、变密度(VDL)三种曲线的相关解释标准对固井胶结质量进展评价【1】。〔2〕井下仪由声系与电子线路两局部组成，声系包括发射局部和接收局部，是由压电晶体组成，一个发射，一个接收。单发双收短源距914mm，远声幅源距长源距914mm，这是变密度源距，发射变压器也在这里。〔HC-SGC油井仪采用的是单发双接收系统〕。声源的工作频率为20kHz，测井时，声源发出的声脉冲在井各个方向传播，当传播到两种介质的交界面时，会发生声波的反射和折射。接收局部采集反射回的套管波和地层波的信号。电子线路主要由4个单元电路组成，即逻辑单元、接收单元、低压电源及信号衰减单元、发射控制及换档脉冲检测单元。发射电路发出发射脉冲，使发射晶体产生20KHZ的声波信号。这个声波射入地层，经地层不同界面反射。由3英尺和5英尺探头分别接收这反射过来的声波信号由输入变压器耦合，再放大由模拟开关进展切换，将它们送到刻度衰减电路，信号大小可进展衰减控制，到混合电路再放大3倍，之后到由TL122和TL127组成推勉功率放大器，将这信号增强后送入电缆输送到地面接收【2】。逻辑信号首先进入半峰值再生电路，检测出的逻辑信号进入逻辑形成电路，产生发射、接收直流逻辑方波，并形成同步脉冲。同步脉冲与发射逻辑共同进入逻辑控制电路，产生各种控制信号，触发脉冲送发射电路，经换能器转换成声波信号，经地层传播，被接收换能器转换成电信号而送入预放级，经隔离选择，控制晶体发射、接收，然后接收信号经增益控制、发射干扰抑制等处理，最后与发射标志脉冲经电缆传输到地面【3】。2、声波变密度测井技术优势及能够解决的问题2.1全波列分析全波列测井包含声波的速度、幅度、频率等信息。我们主要对前12～14个波的幅度及到达时间进展分析。一般情况下，前3个波与套管波有关，反映套管与水泥环的胶结状况；第4～6条相线与水泥环中传播的声波信号有关，它反映水泥环与地层的胶结状况【4】。2.2声波变密度测井检查固井质量〔1〕套管外无水泥。这种情况下，套管波反射能力很强，地层波较弱或没有，变密度的相线差异不大，根本均匀分布，套管接箍明显，固井声幅为高幅值。〔2〕水泥与套管和地层胶结良好。这种情况下，由于套管和固结水泥的差异较小，声波大量进入地层，因而套管波很弱，地层波很强，固井声幅为低幅值。〔3〕水泥仅与套管胶结良好，与地层胶结差。这种情况声波不在套管界面反射而是进入水泥环。水泥环对声波能量衰减很大，传给地层的声波能量很小，所以套管波和地层波都很弱，但固井声幅显示低幅值。〔4〕水泥与套管胶结一般。这种情况下套管把大局部声波能量反射回来，只有小局部声波能量进入地层，套管波和地层波都有一定的幅度。2.3声波变密度测井的优点〔1〕直接成像显示。和普通声波幅度测井的差异在于,它不仅记录首波〔套管波〕的幅度,而且也记录了后续波的幅度变化,这个记录结果反映出与井轴平行的各个物理性质不同的界面(即套管与水泥界面和水泥与地层界面)上声波幅度的衰减情况并且直接成相，直观的对地层进展解释评价。〔2〕严格科学的刻度，保证测井资料质量符合标准的技术规要求。在自由套管的声波幅度信号〔设此时的声幅信号幅度值为100%〕以每次40%的衰减率依次进展刻度，衰减到1%为止。保证变密度图有一个适当的反差和线性工作精度。〔3〕施工效率提高。采用组合测井方式，降低了劳动强度，缩短了完井周期。〔4〕间接地提高了固井质量。通过对两个界面进展评价，促进了固井工艺的改良。〔5〕帮助决策人员选择好的射孔层位，防止水窜。如果射孔后试油出水，一定程度上能正确认识储层性质；在低渗透井辅助确定是否采取压裂措施、确定压裂井段等参数；水泥返到地面时，声幅测井解释难度较大，可以采用声波变密度测井。2.4声波变密度测井的缺陷固井质量的解释不能单以理论上的解释标准为完全依据，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，必须综合多方面资料，才能得出准确可靠的判断。3、影响固井质量测井的因素及解决方法固井是钻完井的一道重要工序，固井质量的优劣，对测井质量会产生直接影响。因而深入分析影响固井质量测井的因素，是十分必要的。3.1微环的影响水泥胶结时有体积膨胀到收缩的过程，从而形成有水的微小空间，称微环空间。由于套管波的传播方向与界面平行，微环空间使声耦合变差，降低了固井测井的灵敏度【5】。3.2仪器偏心的影响仪器偏心有两方面的影响，一是反射波到达换能器的时间发生变化；二是换能器离套管壁过近，换能器和套管之间形成屡次反射，与测量波形成叠加，影响测量结果。3.3快速地层或双套管的影响所谓快速地层就是指地层的纵波速度接近钢套管的纵波速度。快速地层的套管井中，I界面胶结差的套管波和完全胶结良好情况的地层波的到时根本一样，因此在时域很难区分是那种胶结情况。套管波和快速地层的地层波到时根本一致，波形特征相似，而慢速地层中地层波到时较晚很容易与套管波区分【5】。快地层或双套管中，水泥环外边界光滑且边界两侧介质存在明显声阻抗差异时，在边界上会出现较强的反射回波，影响测量结果。4、水泥胶结测井解释与应用实例4.1固井声波幅度解释利用相对幅度来检查固井质量，相对幅度越大，说明固井质量越差。第一界面水泥胶结程度的解释标准【6】：水泥胶结程度: 水泥胶结指数〔BI〕声幅水泥胶结良好: >0.6 <10%水泥胶结中等: 0.6—0.3 10-30%水泥胶结差: <0.3>30%4.2声波变密度解释：第一界面胶结好的前提下才可以进展第二界面的解释。相线越黑，表示声波幅度越大，白色代表无信号。在变密度测井图上，明暗相见线的位置由左向右表示声波信号到达时间的增加，图像土灰黑程度的变压表示声波幅度的变化。〔1〕声波变密度的“自由套管〞特征通常在整口井的上部有一段未固井，我们称为自由套管井段，该井段不影响油、水井正常生产，主要用于刻度仪器、制定评价标准等【7】。当声波幅度很高，接近100%；套管节箍清晰，VDL出现“人〞字纹；变密度显示的套管波很强VDL没有地层波，时为自由套管段。〔2〕第一、第二界面胶结都好当声波幅度很低，接近0；初至波传播时间长；变密度显示套管波很弱且变密度的地层波很强，且具有连续性，灰度大的层段为第一、第二叫界面都良好。〔3〕第一界面胶结好、第二界面胶结中等当声波幅度很低，接近0；变密度显示套管波很弱；变密度的地层波幅度中等偏弱，连续性差的情况则为第一界面胶结好，第二界面胶结中等。〔4〕第一界面胶结好、第二界面胶结不好当声波幅度很低，接近0；变密度显示套管波很弱；变密度的地层波幅度不可分辨或者没有则为第一界面胶结好、第二界面胶结不好。〔5〕第一界面胶结中等、第二界面胶结好当声波幅度很大；但是，和临层比拟变密度显示套管波强度中等；变密度的地层波幅度强，连续性好，反差大为第一界面胶结中等、第二界面胶结好。〔6〕第一界面中等、第二界面胶结中等当声波幅度中等偏上；变密度显示套管波强度中等；变密度的地层波幅度中等，连续性差，为第一界面、第二界面胶结中等。〔7〕第一界面胶结差，第二界面不评价当声波幅度显示一界面胶结差；变密度显示套管波强度很大；变密度的地层波幅度不可识别的情况