微环厚度对垂直入射超声脉冲反射波影响分析

研究微环厚度对垂直入射超声脉冲反射回波影响对水泥声阻抗类测井仪器的固井质量评价方法具有一定的指导意义。基于超声脉冲反射测井原理,采用有限元分析方法数值模拟了水泥环材料一定,中心频率为250、350kHz及450kHz的声源,微环厚度从0~0.6mm范围内变化时的第I界面水泥声阻抗;数值模拟了声源中心频率一定,水泥环分别为低、中、高3种不同声阻抗材料时,不同微环厚度随第I界面水泥声阻抗的变化关系。数值研究结果表明,随着声源的中心频率增加,微环对固井质量评价产生影响时的临界微环厚度减小;对于特定频率的声源,随着水泥环声阻抗的升高,微环对固井质量评价产生影响的临界微环厚度增加。采用多功能超声成像测井仪在标准微环厚度的刻度井中进行了水泥声阻抗的测量,实测结果表明,微环厚度随水泥声阻抗的变化规律与数值模拟的结果相吻合。     

固井水泥声阻抗对斜入射超声脉冲波的影响

以Isolation Scanner的工作方式为背景,采用有限差分方法模拟中心频率为250kHz的超声脉冲波自井内流体中斜入射于套管内壁界面时产生的各种模式波的声学特征与水泥环性质之间的关系。研究发现,当水泥环声阻抗不同时,接收波列的各种模式波的幅度有很大的差异,即随着水泥环声阻抗的依次降低,套管中S0模式的Lamb波逐渐增强,A0模式的Lamb波逐渐减弱;A0模式Lamb波的声衰减与水泥环声阻抗的关系是随着水泥环声阻抗的减小其声衰减系数增加。结果表明,根据A0模式Lamb波的幅度和衰减信息可以判断水泥环声阻抗的大小,为评价套管外介质的声阻抗提供了依据。通过接收波列的时域波形直接识别第Ⅱ界面是不现实的,但通过对接收波形的频谱分析有望反演水泥环的厚度。     

用声波全波列评价薄互储集层

针对孔隙地层薄层声波测井问题,通过声压－速度有限差分数值模拟,分析了不同性质、不同厚度的水平薄层和薄互层在声波全波列波形中引起的不同特征变化。全波列各组分波在任意分层界面处都会产生反射波,其中低频斯通利波反射最为突出,反射波的幅度主要取决于薄层与围岩地层之间的声阻抗差异。当薄层性质由软地层变为水层时,反射波幅度增大,纵波幅度衰减严重。通过波形滤波处理,可根据各组分波面上下的时差,幅度变化及斯通利波的反射系数变化,分辨薄互层的位置和大致厚度。     

直接耦合法评价水泥胶结质量的实验研究

采用液浸探头的超声脉冲反射法难以评价第Ⅱ界面的水泥胶结状况,这是因为声波在泥浆/套管界面存在强烈的反射,使绝大多数能量在这个界面上反射的缘故.采用模拟实验研究了超声探头直接耦合于套管内壁的固井质量评价方法.分别使脉冲超声波垂直入射和斜入射于套管内壁,在反射波列中可直接观测到明显的第Ⅱ界面信号.考虑到方法的实用,在使超声脉冲声波垂直入射于界面时,在探头和套管内壁之间夹一薄钢板,仍能测得第Ⅱ界面信号.该实验结果表明,直接耦合法声系可消除泥浆的影响、明显提高信噪比、能评价第Ⅰ界面的胶结状况;在第Ⅰ界面胶结好的情况下可以评价第Ⅱ界面的胶结状况.     

水泥浆性能对声波水泥胶结测井结果的影响

基于声波水泥胶结测井评价解释结果受被测介质声阻抗的影响，采用超声波测试方法探讨了常规水泥浆性能及其对水泥石声阻抗特性的影响规律。实验发现，不稳定的水泥浆体系，因固相颗粒沉降堆积、水泥浆水化不充分及凝固后体积收缩，严重影响了水泥环的层间封隔质量，但因其堆积后水泥石声阻抗值增加，声波水泥胶结测井时首波幅度降低，测井解释结果却较好。此外，空心漂珠低密度水泥石声阻抗值明显低于常规密度水泥石声阻抗值，固井后CBL首波幅度明显高于用常规密度水泥固井后测得的CBL首波幅度，常导致固井评价解释结果偏离实际封隔情况。研究结果表明，在评价固井质量时，应充分考虑水泥浆混合材质特性及水泥浆沉降稳定性对水泥石声阻抗的影响，以真实、合理地反映水泥环层间封隔质量。     

套管井中超声反射波频谱分析

在考虑介质对超声波吸收的前提下,对３种典型地层（灰岩,砂岩和泥岩）套管井中超声反射波频谱在４种水泥胶结（完全胶结,自由套管,套管与水泥层胶结差及水泥层与地层胶结差）和循环存在的情况下进行了数值计算。结果表明,反射波频谱主要受厚度振动控制,并仅在包含套管厚度振动频率的一个频段内,受地层特性和水泥胶结类型的影响,只有在水泥胶结良好时,地层特性才对反射谱构成有意义的影响。水泥胶结类型不同,反射谱的特征亦     

轻质水泥固井质量声波测井评述与方法研究

传统的固井质量评价声波测井技术不再适用于日益增加的轻质水泥固井工程。通过分析各种固井质量声波评价技术所采用的模式波,利用广义反/透射系数法和传播矩阵法研究了脉冲回波技术中套管井模型各界面的响应。对零阶反对称泄漏Lamb模式波在轻质水泥固井质量评价中的应用前景进行了探讨;利用有限差分法数值模拟,分析了接收波形和波场快照。结果表明,脉冲回波技术在轻质水泥固井质量评价及第II胶结界面评价方面存在局限。将合适频率的超声波以某个合适的角度和声源频率倾斜入射时能有效识别来自第II胶结面的反射信息,并可结合声衰减及声阻抗的交会信息评价轻质水泥固井质量。给出了仪器设计时测量频率、换能器发射角、测量源距及间距选取建议。     

声阻抗技术在泡沫水泥固井质量评价中的应用

分析了泡沫水泥在固井工程方面应用的特点及传统水泥胶结测井（CBL）方法检测泡沫水泥固井质量的局限性。介绍了基于超声脉冲声阻抗测井的声阻抗差分技术的原理及应用的关键点。与常规水泥相比，泡沫水泥声阻抗值较低，用CBL中的常规声幅曲线评价泡沫水泥与套管的胶结质量,可能会得出错误的解释结果。利用超声脉冲声阻抗差分逻辑可以有效地区分泡沫水泥与流体，对第1界面作出准确评价。同时使用超声脉冲和CBL测井仪可以精确地确定水泥壳的胶结情况及水泥与套管、水泥与地层的胶结质量。用实例说明了基于超声脉冲声阻抗测井的声阻抗差分技术在检测泡沫水泥固井质量的应用效果。     

基于超声Lamb波的固井质量评价新技术与应用

为了解决传统的CBL/VDL声波测井、扇区水泥胶结测井以及超声脉冲回波测井均不能准确评价轻质水泥固井质量的难题,提高低密度轻质水泥固井质量评价的准确性,基于超声“脉冲-回波”检测原理,研制超声Lamb波固井质量评价测井仪,建立弯曲型Lamb波衰减率、垂直回波共振效率与套管外介质声阻抗之间的关系模型,构建固液气三相介质评价图版,结合轻质水泥刻度井测试,建立了基于超声Lamb波的固井质量评价新方法。该方法可有效评价低密度轻质水泥固井质量和检测确定水泥返高位置,解决了轻质水泥固井质量评价难题。应用表明,该技术为低密度轻质水泥固井质量检测与评价提供了新思路,同时超声Lamb波固井质量评价测井仪还可以实现套管居中度和套损检测评价,可为固井质量评价和井筒完整性检测提供依据,应用前景广阔。     

井旁裂缝的声场模拟及反射波提取方法

 针对现有阵列声波测井仪器,对井旁不同角度和不同位置裂缝的全波波列进行了数值模拟。结果表明,在现有仪器源距范围内,地层滑行纵波和滑行横波之间可能观测到清晰的反射纵波,而反射横波以及转换波由于到达时较晚,被湮没在滑行横波以及斯通利波中;对于水平缝或低角度缝,在全波波列中可观测到直达斯通利波和反射斯通利波。在此基础之上,以线性预测理论为基础,本文提出了一种适合于阵列声波测井测量方式的反射波提取方法,该方法有别于传统的波场分离方法,可针对阵列声波测井数据的特点有效地将反射波提取出来。特别是通过对不同的阵列数据进行道集组合,分别将上行反射波和下行反射波分离,进一步对反射波数据进行叠加,可增强反射波信息,提高信噪比。通过对现场实际数据进行处理,搞清了井旁附近的地质构造特征,验证了该方法的有效性和实用性。     

固井水泥胶结声波测井声学机理探讨

当固井质量测井解释结果与实际情况不一致时,常引起油气田施工单位与设计部门的较多争议。针对这一问题,利用声波在两介质分界面上的能量分配及声耦合理论,建立了界面胶结模型,对目前固井质量评价方法进行了声学机理研究。结果表明：水泥环的声阻抗值与水泥胶结测井声波值成反比;声波变密度测井图上,地层波能量强弱与固井质量的关系必须结合地层岩性及其声阻抗来解释分析,例如当地层岩性为泥岩或石灰岩时,地层波强有可能表示的是第二界面胶结质量差。该方法为固井质量的精细评价提供了理论参考。     

低密度水泥固井质量评价方法的改进

为了防止低压易漏地层发生固井液漏失并有效保护油气层,固井过程中经常采用低密度水泥浆体系。由于低密度水泥浆体系中密度减轻剂的使用,其水泥环的声阻抗值较之常规密度水泥环的声阻抗存在差异,若采用常规密度水泥的固井质量评价标准来评价低密度水泥浆体系的固井质量,则其真实可靠性存在问题。为此,进行了3种常用低密度水泥浆体系的水泥石抗压强度与声阻抗实验,分别测定了水泥石养护时间24 h和48 h的抗压强度和声阻抗值。结果表明,不同类型不同密度的低密度水泥石24 h和48 h条件下的抗压强度与声阻抗具有良好的线性关系,由此得出了考虑第一界面胶结良好时,基于抗压强度的低密度水泥浆体系套管波声幅值计算公式,进而提出了基于低密度水泥石抗压强度的低密度固井质量评价的改进方法,为全面改进低密度水泥浆体系固井质量评价标准奠定了基础。     

油气井固井水泥混浆段声学特性分析

套管、水泥环、地层3介质的声学特性是影响声波水泥胶结测井结果的关键因素。井下水泥环形成后,分为纯水泥段和水泥浆与隔离液或钻井液的混浆段。以油气井水泥混浆段为主要研究对象,提出利用超声波测试与孔隙度测试等为实验手段,分析了混浆段的声学特性及其形成机理。结果表明:水泥浆含量越低,混浆段凝固时间越长,抗压强度值越小,孔隙度越高,声阻抗值越小,从而CBL声幅曲线值越高;相同测试条件下,相同体积比的水泥浆与钻井液混浆水泥石的孔隙度高于水泥浆与隔离液混浆水泥石的孔隙度,这是前者声速值低于后者声速值的本质因素之一;GYW201隔离液除能更好地改善第一界面与第二界面实际固井质量外,还能得到更好的CBL声幅曲线,具有较好的工程应用前景;掌握混浆段凝固特性、强度特性、声学特性可对工程测井时间的确定和CBL声幅曲线的水泥环声阻抗校正以及固井质量的精细评价提供参考。     

套管-水泥界面微间隙的检测方法及应用

声幅及变密度测井检测油、水固井质量中、套管-水泥界面微间隙与窜槽两种胶结状态在测井资料上表现出相似的特征，即套管波具有中等幅度。为了找出两种胶结状态在套管波幅度上的特征和差别，进而将其区分开，在套管与水泥环间存在不同厚度的流体环的情况下，对井孔声场及套管波幅度进行了理论研究，提出了利用声波测井资料、伽马密度测井资料对套管-水泥界面微间隙进行综合评价的解释方法；编写了相应的解释软件。实验结果表明，套着-水泥界面存在的流体环随着其厚度的增加，套管波幅度逐渐升高；水泥缺失和窜槽将导致伽马密度测井探测到的套管外介质密度值降低，而套管-水泥环间存在微间隙的情况下，其测量的密度值仍然是正常的水泥密度。在水泥胶结模拟井中进行了室内实验，在大庆油田的4口井中进行了现场实验，应用效果良好。     

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。     

声波水泥胶结测井仪器频率对水泥石声学特性的影响

声波水泥胶结测井仪器频率是影响测井结果的关键因素之一。文章以多组分水泥石为主要研究对象,利用超声测试与微观电镜实验手段,探索了声波探头频率对多组分水泥石声学特征的影响。研究结果表明:常规密度与铁矿粉加重类高密度水泥石的声阻抗随声波探头频率的升高而升高;而对空心漂珠类低密度水泥石进行微观扫描电镜实验分析,发现其内部为中空的粗晶粒,在较高频率段时其声阻抗值随声波探头频率的升高而降低,固井后CBL首波幅度将随之增加。因此,声波水泥胶结测井时,需对测井仪器进行声波探头频率校正,否则可能导致测井解释的误判     

超声兰姆波成像测井在X井套损检测中的应用

为解决现有套管损坏(简称"套损")检测手段存在的精度低、无法评价套管居中度、应用效果欠佳等技术难题,满足渤海油田套损井检测需求,基于脉冲回波和挠曲波成像技术研制超声兰姆波成像测井仪,并建立套损检测和套管居中度分析模型.利用垂直入射探头记录的套管表面反射波及后续共振波进行套损检测与评价,通过直达兰姆波和二界面回波在不同介...