交叉多极阵列声波测井在套管井中的应用

为寻求裸眼井地层纵波测井资料缺失时的补救办法,对在大港油田滩海区块5口井中的声波测井资料进行了分析,试探从过套管交叉多极阵列声波(XMAC)测井资料中提取地层纵波信号的可行性.XMAC在套管井中采用单极全波测量模式.从下套管前后测得的全波波形的差异可区别套管波和地层纵波,采用慢度-时间相关STC(Slowness-Time Coherence)法可提取地层纵波.对比了在不同水泥胶结质量、套管状况和井眼条件下的套管井与裸眼井声波测井资料,归纳出了过套管声波测井的使用条件和局限性.当套管及地层都与水泥环胶结良好时,方可从过套管XMAC全波资料中提取出地层纵波信号.     

压实致邻近储层边界套管变形数值试验

目前,很多油气田出现了储层压实导致套管损坏的现象,特别是邻近储层边界尤为如此。为弄清套管变形机理,通常使用3D地质力学模型量化评价模拟储层条件下的套管应变。BPAmerica公司和BP Exploration公司的研究人员使用有限元模型,量化了储层压力衰竭程度、岩石压缩性、井斜、套管直径/壁厚比和屈服强度对压实致套管变形的影响,并应用模拟结果推导出能够精确预测套管应变的经验公式。有限元分析结果表明:压实致邻近储层边界套管应变随储层压力衰竭和岩石压缩性的增大以幂律形式增大,而随井斜增大呈非线性减小;当套管屈服强度增大时,套管应变减小,而套管直径/壁厚比对套管变形的影响与套管载荷条件密切相关。研究结果可为国内套管损坏相关研究提供借鉴。     

过套管声波测井技术新进展

针对过套管声波测井的普遍性难题,研发了双源反激的声波测井仪器及相应的数据处理技术。阐述了双源反激技术的工作原理,应用该技术于过套管声波测井,在地层胶结不好的条件下,可以有效压制套管井中产生的声波,提高数据采集中地层声波信号的信噪比。对该仪器采集的阵列声波数据作相应的处理,可以获得可靠的地层声波速度。这一技术的成功,使得过套管声波测井成为一门常规性的有效应用技术。     

套管钻井中套管屈曲变形的有限元分析

针对套管钻井过程中套管易发生屈曲变形问题,进行了有限元分析。结果认为当钻压为117.68kN,井斜角逐渐增大时,井斜平面内的套管屈曲变形逐渐趋于正弦曲线,并且由于重力的侧向分力增大,套管与井壁接触的压力和区域增加,加剧了套管磨损。当井斜角为3°,钻压较小时套管基本上平躺在下井壁,钻压增大时套管与井壁的环空间隙小,限制了套管的屈曲变形,但接触力的增大也使套管磨损加剧。解决套管磨损的方法有2种一是在管柱底部连接厚壁套管;二是在套管柱上安装刚性扶正器。     

套管钻井技术中涂抹效应的研究及应用

在套管钻井过程中,为了获得最优化的套管直径和井眼压力,建立了套管-泥饼接触的数学模型和有限元模型。对数学模型进行了受力分析,运用数值模拟方法分析了不同套管直径及套管转速下泥饼的应力分布规律。研究结果表明,增大套管旋转速度或套管直径有利于获得较好的涂抹效应,降低泥饼失效风险;当转速超过100 r/min时,会使泥饼失效,增大套管直径可以降低泥饼失效风险;当转速超过80 r/min或套管/井眼尺寸比率大于0.77时,可以获得100%成功的涂抹效应;当套管/井眼尺寸比率大于0.85时,井底压力和泵压急剧增大,可以通过优化流量进行控制。该项研究结果可为现场试验提供理论指导。     

金属套管对井中电磁场特性影响的有限元分析

在套管井中测量地层电阻率等信息必然会受到套管参数变化的影响。利用有限元数值方法对建立的非均质套管井低频电场模型进行了数值 分析,主要研究了套管的电阻率、磁导率、厚度及套管半径等对井中电磁场特性的影响。研究结果表明,接收电动势随套管电阻率的增大而逐渐 增大,当电阻率增大到一定程度时,接收电动势曲线趋于水平;随着套管相对磁导率增大接收电动势逐渐减小;随着套管厚度的增大接收电动势逐 渐减小,且近似呈线性变化;接收电动势幅度随着套管半径的增大先逐渐减小,后又逐渐增大,接收电动势相位随着套管半径的增大而逐渐增大,在 半对数坐标系下,近似呈线性变化。     

声波测井的探测深度问题Ⅱ

从波动声学的角度讨论声波测井的探测深度问题.通过改变井外固体层的厚度发现,随着层厚的减小,声波测井波形中以地层的纵波速度传播的声波的二维谱最先受到影响,其次是以地层的横波速度传播的声波和伪瑞利波开始受到影响,最后是沿井壁表面附近传播的Stoneley波的幅度和速度逐渐开始变化.当固体层的厚度接近于自由套管时,声波测井测量的模式波同样具有频率选择特征,在16 kHz以下有一个速度稳定(不随频率的改变而改变)的模式波,该模式波就是套管波,与平板状的声波波形的二维谱差别相当大.所以,在普通声波测井的频率范围内,自由套管井的测井响应不能够用展开的平板来讨论.     

提高声波测井仪器性能的关键--换能器的频率特征

常规测井系列中，补偿声波和声波变密度测井仪器是比较重要的仪器，其性能的改进对提高测井技术水平具有重要意义。文章从裸眼和套管井内传播的声波具有明显的频率选择性出发，讨论声波测井仪器性能的改进问题，并且结合换能器的导纳圆测量结果，给出了具体的提高声波测井仪器性能的方法。即用导纳圆测量系统测量装在仪器上的换能器的主频和频带宽度，以不同地层的井内能够传播的声波的频率特征为基础选择相应的声波测井换能器或仪器。以保证在裸眼井内测量的波形中首波是以地层的纵波速度传播的，在套管井内，首波是反应固井胶结质量的套管波。     

固井质量对页岩气井水平井段套管失效的影响

开采页岩气所使用的套管受力复杂,当固井质量不合格时,容易在套管上产生较大的应力集中,从而导致其变形失效。目前,专门分析固井质量对水平段套管损坏影响的研究还比较少,对压裂工程中造成套管损坏的研究则更少见。鉴于此,应用ANSYS有限元软件,根据实际页岩气井的参数和工况建立模型,对水泥环的缺失和偏心两种固井质量差的形式进行了数值分析计算,得到套管的Mises等效应力分布情况和套管应力受影响的规律。研究结果表明:水泥环缺失会在套管的内表面上产生较大的应力集中,套管应力会随着缺失角的增大而增大;水泥环缺失发生在水泥环变形最大位置时,缺失对套管应力增加的影响更大;水泥环偏心距越大,套管上的应力越大。研究成果可为页岩气的现场开采提供有益指导。     

套管井阵列声波测井效果评价

套管井声波测井有着重要的意义和广泛的用途。套管直径增大，套管波的幅度减小；水泥胶结越好，提取的纵波时差就越准确；水泥环厚度越大，纵波时差受水泥环的影响越大；下套管后，地层本身的变化也会引起声波时差的变化。实际测井资料显示，尽管套管尺寸不一，但固井质量是影响套管井声波测井的主要因素。在固井质量好的井段，提取的纵波时差能准确反映地层的纵波时差，可以不做校正直接应用。如果固井质量较差，则套管井声波测井受套管和水泥环的影响大，提取的纵波时差已不能准确反映地层的纵波时差。设计三层BP神经网络，对不同套管尺寸的声波样本数据进行网络学习，学习结束后得到相应的模型参数，输入过套管纵横波时差资料或过套管纵横波时差及中子测井资料，使用网络模型参数就能对过套管的声波纵波时差进行校正。校正结果表明，提取的横波时差越准确，套管内中子测井效果越好，校正效果就越好。     

超声波套损检测室内试验研究

油田套损井数量居高不下,井筒质量问题突出,严重影响了油气井的高质量开发。鉴于此,通过对存储式电池仓、数据存储与控制短节、电子仪短节、声系短节和扶正器短节的综合研发,研制了超声波套损检测仪器;结合超声波测量原理和超声波柱面成像,开发了超声成像解释技术。在此基础上,利用超声波套损检测仪器对射孔孔眼套管和变形套管进行了室内模拟试验,研究了超声波套损检测仪器成像效果。研究结果表明:研制的超声波套损检测仪器可以对射孔孔眼和变形套管进行检测,仪器声波幅度、声波到时图像和三维柱状图像稳定可靠,提升了套损形态精准检测能力;该仪器可对射孔孔眼的大小、位置和角度等信息进行精准解释,针对外径139.7 mm、内径114.3 mm套管的检测精度可以达到1.14 mm;该仪器可对变形套管的变形程度和方位信息进行精准解释,通过4种解释结果得到套管最小内径为90.0 mm,挤压变形的方位为105°。研究成果验证了仪器的可靠性和测量精度,对仪器的现场实际应用具有重要意义。     

套管中周向传播准SH波的传播特征

利用沿套管轴向偏振、周向传播的准SH波可从根本上解决声阻抗与流体接近的轻质水泥（尤其是超轻质水泥）固井质量评价的难题。在柱坐标系下计算了套管中准SH波的频散曲线,在低于300 kHz的常用超声频段,套管中可存在零阶准SH0波和一阶准SH1波,与平板中的SH0波不频散相比,准SH0波随着频率的增加速度稍有降低,出现弱频散特征;准SH1波有截止频率,其相速度随着频率的增加先急剧下降,最后逐渐趋于套管材质的横波速度。通过仿真波形提取的衰减率可知,准SH0波随着频率增加其衰减逐渐增大,这也明显与平板中SH0的衰减特征相反,准SH波轴向位移的径向分布很好解释了此衰减特征。准SH波传播的声场快照直观显示,在套管后耦合泥浆等流体介质时,准SH波没有辐射衰减,在套后耦合固体水泥时准SH波在沿着套管周向传播时向套后介质辐射剪切波,衰减明显,这可从根本上区分套后声阻抗接近的泥浆（液体,没有剪切模量,SH波没有辐射衰减）和低密度水泥（固体,有剪切模量,SH波衰减明显）,从而解决了现有声阻抗类声波仪器在低密度水泥胶结评价上的不适应性。     

扇区水泥胶结测井(SBT)响应的数值模拟

用有限元素法数值模拟SBT测井贴井壁的点声源激励下套管井中接收到的声压波形.计算模型中包括了几种可能影响套管波波形特征的情况,使用的声源频率为实际的测井频率.分析结果表明:套管波波形特征除了与固井第Ⅰ、Ⅱ界面的胶结情况有关外,还与套管厚度、水泥环厚度、第Ⅰ界面裂缝宽度等测井参数有关;在套管厚度或者水泥环厚度较小的井段,套管波的幅度大小受到后续波的影响.     

井下套管声波通讯的小波去噪

井下套管声波通讯中,接收信号掺杂着很多高次谐波和多种噪声,声波衰减时间长,导致井下套管声波通讯抗干扰性差,通讯速率低。模拟去噪电路滤波的阈值受到电子元件参数值的限制,滤波频率单一。通过分析声波在套管中的传播特性,建立数学模型,提出利用小波分析设置信号阈值去噪法,达到消噪、缩短信号衰减周期和提高信号传输率的目的。通过仿真波形和试验波形的对比,验证了该方法的可行性。     

利用声发射原理进行套管损坏实时监测实验研究初探

为了探讨利用声发射原理对套管损坏状态进行实时监测的可行性,在利用模拟套管进行先导性实验的基础上,建立并完善了利用声发射技术进行套管损坏实时监测研究的整套装置.对现场常用套管进行了损坏变形全过程声发射实时监测实验,结果表明,套管变形过程中的声发射信号与其相应的变形/应变信号之间有明确的对应关系.套管挤压变形过程中声发射信号的变化大致可以分为3个阶段.在套管初始变形期,声发射信号频繁,但强度不大,主要为原生裂纹闭合所致;在套管稳态变形期,声发射信号较弱,原生裂纹已经闭合,新的裂纹产生很少,套管变形稳定增加;在套管加速变形期,声发射信号频繁,且强度很大,说明有大量新的裂纹产生,套管迅速损坏.利用声发射信号变化的趋势和阶段性可间接判断套管的损坏程度,从而为套管损坏实时监测技术提供了新的思路.图5参11     

套管损坏声发射实时监测先导性试验研究

油田开发中后期的套管损坏十分突出，关于套管损坏的检测和预测技术已有大量研究，而目前关于套管损坏实时监测方面的研究仍为空白。提出了利用声发射原理进行套管损坏实时监测的新理论，并建立了利用声发射技术进行套管损坏实时监测研究的实验装置．利用模拟套管进行了先导性试验，证实了模拟套管变形过程中的声发射信号与其相应的变形与应变信号之间有明确的对应关系，得出了模拟套管挤压变形过程中声发射信号的基本规律。为套管损坏声发射实时监测技术研究奠定了理论与实验基础。     

薄水泥环套管井碳酸盐岩地层中合成波形分析

针对碳酸盐岩地层的薄水泥环套管井情形，计算了声波合成波形，着重讨论了一界面和二界面流体环隙宽度变化的声波波形特征。合成波形及其频谱分析表明，套管波幅度、地层波幅度和波列后续波的持续时间均与流体环隙宽度有关。     

套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究

利用CAE仿真技术和可靠性疲劳实验方法,研究了套管钻井中的有关力学问题.分析了不同径厚比套管的受力状态、磨损套管剩余强度、套管柱的振动模态和疲劳可靠度.研究结果表明,径厚比越大,套管管体Mises应力越大,套管发生失稳的临界荷载越小.对于均匀磨损,随着磨损长度的增大,套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大,并达到一个极限值;对于非均匀磨损,其剩余抗拉强度与磨损长度之间的关系均近似服从指数分布.两种磨损状态下,套管柱剩余抗拉和抗扭强度都随磨损量的增加而降低;套管柱外径对套管横向振动固有频率的影响大于径厚比对其的影响,纵向固有频率主要取决于管柱长度.运用可靠性方法,基于概率分析设计了单轴和双轴疲劳可靠性试验,得到了套管柱的单轴和双轴概率疲劳特性,推导出套管钻井的P-S-N曲线方程.     

外加厚套管固井质量评价技术

对外加厚套管模拟井进行声幅/变密度、SBT测井实验和测井资料分析,归纳出声幅/变密度测井响应规律,同时对11口外加厚套管井进行试验和分析,总结出利用声幅/变密度综合评价外加厚套管固井质量的解释标准.利用全波分析技术等研究结果,编制了一套外加厚套管固井质量处理评价软件,最后利用该软件处理了17口外加厚套管井声幅/变密度测井资料,以其中1口为例进行了详细的分析,从而进一步验证了外加厚套管固井质量解释标准的可靠性及处理评价软件的合理性.     

基于横波速度差异的裂缝分布识别方法——以准噶尔盆地火山岩地层为应用实例

在火成岩等裂缝和微裂缝发育地层的钻井过程中,井壁掉块甚至井壁坍塌引起的卡钻事故时有发生,严重影响了钻井安全和施工进度,要解决上述问题,需要在钻前了解地层的裂缝分布情况,进而设计合理的井身结构并采用有针对性的钻井工艺。为此,在详细分析声波速度与岩石力学特征参数关系的基础上,给出了以声波测井数据为依据的裂缝概率分布的定量计算方法,并且通过分析井径对声波时差影响的机理,提出了井径对声波时差影响的校正方法,进而建立了基于声波测井数据的裂缝识别模型。将该模型应用于准噶尔盆地2口深探井,应用效果表明:1裂缝识别结果与井径分布情况吻合较好,从而反映出该方法能够较准确地对裂缝进行识别;2井径变化对于声波时差会产生较大的影响,在数据处理过程中必须进行校正;3该方法利用常规的声波测井数据进行裂缝识别,也为一些仅有常规测井资料的老井进行裂缝识别提供了一条新的途径。