一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法：阵列声波测井仪器包括沿同轴线设置的两个不同频率的长源距发射探头、短源距发射探头以及由等间距排列的阵列接收探头；发射探头激发振动，阵列接收探头接收不同源距的阵列测井波形，将八个阵列测井波形中的套管波部分取出，处理获得套管波的时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线；利用时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线评价固井质量。本发明专利技术还适用于石灰岩、白云岩、火成岩和变质岩等声速大于套管波速度的老地层，为深层勘探提供了技术和关键装备。勘探提供了技术和关键装备。勘探提供了技术和关键装备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法


[0001]本专利技术涉及声波测井领域，更具体的说，是涉及一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法。

技术介绍

[0002]固井质量检测依据套管井内所接收到的声波波形，在砂泥岩地层，套管波速度最快，位于接收波形的最前面，所以取第一个波形的首波幅度作为套管波幅度对固井质量进行评价。由于不同的仪器所测量的首波幅度不同，所以在每口井测井时需要找到一个没有水泥胶结的井段进行刻度。因此，固井质量胶结测井没有办法实现标准化和统一的刻度。除了上述两种情况外，在实际生产中还常常出现套管波幅度小，但是固井胶结很差，套管外串槽的情况，严重影响探井的试油和生产井的正常生产。
[0003]从声波测井基本原理入手，用波动声学的解对固井质量评价原理进行了深入研究，结果发现：声波固井质量测井仪器在井内液体中所测量的套管波是套管中传播的声波在井内液体中的耦合波，这个波是通过套管内壁与井内液体的边界条件耦合的，其沿z轴的传播速度与套管内传播的声波速度相同，人们称其为套管波。但是，其自身有一系列固有频率，在固有频率处幅度大，其它频率段幅度小；第二个固有频率的幅度与套管外的水环厚度不是单调关系，幅度与套管外的水环厚度具有双解性。即套管波幅度小对应于两种情况：一种是套管外界面与水泥的胶结面上有很小的水环(微环)；一种是套管外界面与水泥的胶结面上有很大的水环(串槽)。仅仅用套管波幅度无法区分这两种情况，所以才造成实际生产中很多严重串槽的固井质量被解释为胶结好，造成误判。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法，用一个频带内的时差判断套管波，用同一个频带内的衰减系数判别固井胶结质量，即将高频与低频的衰减系数同时获得，用多个频率的衰减系数评价固井，有效地避免了双解造成的误判。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]本专利技术基于阵列声波测井的固井质量评价方法，包括以下过程：
[0007](1)阵列声波测井仪器下入待评价的套管井；其中，所述阵列声波测井仪器包括沿同轴线设置的两个不同频率的发射探头、由八个等间距排列的接收探头构成的阵列接收探头，两个发射探头同时位于阵列接收探头的同一侧，分别作为长源距发射探头、短源距发射探头；
[0008](2)长源距发射探头或短源距发射探头分别激发振动，阵列接收探头接收不同源距的阵列测井波形，将八个阵列测井波形中的套管波部分取出，分别用相位法、Prony法和矩阵法进行处理，获得套管波的时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线；
[0009](3)采用时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线进行固井质量评价：
[0010]评价1：将时差随频率变化曲线向时差轴投影得到时差分布，将时差分布图中最大峰值处所对应的时差与待评价套管井本身的套管波时差对比，判断阵列测井波形中是否有套管波，当有套管波存在时，固井胶结I界面存在水环，固井质量差；并进一步确定套管波的频率范围和频带宽度。
[0011]评价2：将套管波的衰减系数随频率变化曲线取出向衰减系数轴投影得到衰减系数的分布，从衰减系数分布的峰值得到衰减系数；当衰减系数小时，固井质量差；当衰减系数大时，分高频和低频进行处理；高频段的衰减系数大有两种情况：若低频段的衰减系数也大，则固井质量好；若低频段的衰减系数小，则固井质量差有串槽；
[0012]评价3：分频率段对时差随频率变化曲线进行统计，生成不同频率段的声波时差分布，在套管波时差位置集中的分布是套管波；
[0013]分频率段对套管波衰减系数随频率变化曲线进行统计，获得高频段和低频段的衰减系数分布；低频段衰减系数小，固井质量差；低频段衰减系数大，固井质量好；高频段衰减系数小，固井质量差；高频段衰减系数大，分两种情况：若低频段的衰减系数也大，则固井质量好；若低频段的衰减系数小，则固井质量差有串槽。
[0014]步骤(1)中发射探头的设计：依据待评价套管井本身的套管波固有频率设计发射探头的频带和主频，对不同直径的套管采用不同的发射探头，获得相应频带范围的套管波。
[0015]步骤(1)中发射探头的一致性筛选，采用阻抗分析仪和导纳圆测量仪确定其主频、带宽以及动态阻抗，用主频、带宽以及动态阻抗作为参数确定探头的一致性。
[0016]步骤(1)中所述阵列接收探头中的八个接收探头具有一致性：相同的灵敏度和放大倍数、带宽一致。
[0017]步骤(1)中所述阵列声波测井仪器下入套管井之前进行标定和刻度：用与待评价套管井中的套管直径相同的套管制作标准刻度装置，将阵列声波测井仪器放入后，注水加压改变发射探头和接收探头与套管的耦合性能，改变发射探头的辐射阻抗，使其与测井条件一致或接近。
[0018]步骤(2)中采用长、短两种源距进行发射，测量不同源距激发的套管波，短源距的阵列接收波形对固井质量好的情况灵敏度高，长源距的阵列接收波形对固井质量差的情况分辨率高。
[0019]步骤(2)中用不同源距所接收到的八个阵列测井波形为基础进行处理，每次处理最少选择两个波形阵列测井波形。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0021]本专利技术利用套管井的套管波自身具有一系列固有频率，在固有频率处幅度大，其它频率段幅度小的特点，设计发射探头的主频与套管井的套管波固有频率接近或者一致，激发出幅度大的套管波。对于5.5英寸钢套管和7英寸钢套管采用不同的发射探头，确定发射探头所激发的套管波的幅度和频带范围后，通过对发射探头的一致性进行严格挑选以及仪器系统在刻度装置刻度，实现阵列声波测井仪器的标准化和刻度。不再需要在井下找无水泥环的井段进行刻度。可以满足水泥返高到地面的各种固井质量检测的需要。
[0022]套管井的套管波的第二个固有频率的幅度与套管外的水环厚度不是单调关系，幅度与套管外的水环厚度具有双解性。套管波幅度小还对应于套管外有很大的水环(串槽)这种情况(这就是固井测井要寻找的串槽)。本专利技术专利利用套管波的时差和衰减系数随频率
变化的曲线解决了该问题：通过时差随频率变化的曲线判断是否是套管波(当套管外界面与水泥环之间有水环时才存在)，确定套管波以后，用套管波在每个频率处的衰减系数对固井胶结质量进行评价。有效地解决了实际生产中严重串槽的固井质量评价问题(套管波幅度小以前被解释为胶结好)，避免了对串槽的误判。
[0023]本专利技术专利所述方法和仪器还适用于石灰岩和白云岩、火成岩和变质岩等声速大于套管波速度的老地层，为深层勘探提供了技术和装备。
[0024]本专利技术专利提供了胶结好、胶结差两种胶结情况的测量方式(长、短源距)，还通过阵列测量方式获得了不同纵向分辨率的固井质量评价结果。
附图说明
[0025]图1是套管井中不同水环厚度时套管波的幅度随频率的变化规律。
[0026]图2是图1所示的套管波幅度中，第一个固有频率15.5kHz处的幅度(第一个峰值)随套管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列声波测井的固井质量评价方法，其特征在于，包括以下过程：(1)阵列声波测井仪器下入待评价的套管井；其中，所述阵列声波测井仪器包括沿同轴线设置的两个不同频率的发射探头、由八个等间距排列的接收探头构成的阵列接收探头，两个发射探头同时位于阵列接收探头的同一侧，分别作为长源距发射探头、短源距发射探头；(2)长源距发射探头或短源距发射探头分别激发振动，阵列接收探头接收不同源距的阵列测井波形，将八个阵列测井波形中的套管波部分取出，分别用相位法、Prony法和矩阵法进行处理，获得套管波的时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线；(3)采用时差随频率变化曲线、衰减系数随频率变化曲线进行固井质量评价：评价1：将时差随频率变化曲线向时差轴投影得到时差分布，将时差分布图中最大峰值处所对应的时差与待评价套管井本身的套管波时差对比，判断阵列测井波形中是否有套管波，当有套管波存在时，固井胶结I界面存在水环，固井质量差；并进一步确定套管波的频率范围和频带宽度。评价2：将套管波的衰减系数随频率变化曲线取出向衰减系数轴投影得到衰减系数的分布，从衰减系数分布的峰值得到衰减系数；当衰减系数小时，固井质量差；当衰减系数大时，分高频和低频进行处理；高频段的衰减系数大有两种情况：若低频段的衰减系数也大，则固井质量好；若低频段的衰减系数小，则固井质量差有串槽；评价3：分频率段对时差随频率变化曲线进行统计，生成不同频率段的声波时差分布，在套管波时差位置集中的分布是套管波；分频率段对套管波衰减系数随频率变化曲线进行统计，获得高频段和低频段的衰减系数分布；低频段衰减系数小，固井质量差；低频段衰减系数大，固井质量好；高频段衰减系数小，固井质量差；高频段衰减系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈永进，
申请(专利权)人：北京华晖探测科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：