超声成像测井

2 2 sin ( a 2 d n d n ) 0
0
2 2 a 2 d n d n 2n

2
zD 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. a 2 2 n值越小，d越大，最远处声压为零相当于n=1， d 1 2
2、直观显示裂缝
水平裂缝 垂直裂缝 倾斜裂缝
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
有键槽井眼中UBI成像图和井眼横截面图
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
2a 2 A i (t kt ) J 1 (ka sin ) P( ) e r ka sin
H
H
P(0)
a 2 A
r
1.0
e j (t kr )
0.5 0 2 6 10 kasin
2 1
P( ) 2 J 1 (ka sin ) H P(0) ka sin
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120~180
高速（a）和低速（b）对井壁超声扫描的 螺旋型路径
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)
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 (0.5081.016cm)之间，推荐的测 井速度在400-600ft/h（ 122-183m/h）之间。
第六章 超声成像测井
超声成像测井（或超声电视测井）是利用井壁或套管 内壁对超声波的反射特性来研究井身剖面的。在裸眼井中 通过测量的声学图像，可了解裂缝地层的裂缝密度、倾角、 方位以及缝洞分布情况，为勘探和开发裂缝性储集层提供 可靠的地质基础资料。在套管中通过声学图像，可了解射
孔位置，或施工、生产而使套管损坏情况，为井修提供资 料。 超声成像测井以声学图像形式给出测井资料，这与以 往的测井曲线资料比较，它具有信息多、分辨率高、直观、 便于分析判断的优点。
第一节 超声成像测井基本原理
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。
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管 发生破裂情况。
套管腐蚀及破损检测超声成像测井图 （MUST）
ka
H
2．发射换能器的近场特性与近场衍射
P 1.0 0.5 0 0 10 20
jt
3 2 1
n=0 z a Z
z 30 40 50
P Ae
Pm

a
e
jk 2 z 2 2 2
0
z
d k sin ( a 2 z 2 z ) 2
4A e k
电动机 扶正器 饱和 式磁 力仪
换能器
(a) 压电换能器 幅 度 发射脉冲 回波信号 (b)
时间 (c) 传播时间
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1~2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
换能器
下井仪
井 眼 补偿装置 旋转方向 a)标准测量模式 反射板 换能器 电动机总成 齿轮箱总成 旋转电连接 扶正器 内装电子线 路旋转轴 旋转密封 换能器 可更换旋转头 ~7.5 rps
井 眼
旋转方向 b) 流体性质测量模式
UBI 仪器结构和换能器工作模式示意图
第二节 换能器特性及成像影响因素分析
Z A
一、换能器的指向特性(原片状声源的特性)
1．圆片状声源的远场衍射
r r´
P ( )
a
0

2
0
A j (t k ( r sin cos )) e dd r'
a
X
A j (t kr ) a 2 jk sin cos e d d 0 0 e r
k j [t ( a 2 z 2 z )] 2
4A k sin ( a 2 z 2 z ) 2 A sin ( a 2 z 2 z ) k 2
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，Z>0，存在一系列位置，z=dn声压幅值为零
国内外部分超声成像测井仪器的性能及技术指标
仪器型号 (生产厂家) Stanford大学岩石物 理实验室 CBIL (Atlas公司) DUT (华北油田测井公司) ABF-14德国 GEO,SYS公司) BHTV (Amco公司) UBI (Schlumberger公司) 声学探头 频率 MHz 1.25 0.25 0.4 0.5 1.5 0.8 1.0 0．25、 0.5 旋转一周 记录脉冲数 600 250 512 114 480-512 36,72 每米井段 像点数 72000 29670 51200 82200 57600-61440 36000, 72000 允许的最大 钻井液密度 g/cm3 1.25 1.70 1.25 1.40 1.25 水基:1.6 油基:1.16 测井速度 m/h 90 182 180 180 90 122640
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。
一、井下超声电视测井BHTV
超声换能器每秒发射1500~3000 次、频率为1~2MHz的超声脉冲。测 井时它由一个马达驱动，以固定速 率（每秒3~6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。
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。
发射器
发射逻辑
接收器
焦距控制器
陶瓷环阵列
聚焦逻辑
聚焦接收信号
换能器-3dB束宽度理论值（in）
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
Z=Dn声压幅值为最大
2 2 sin ( a 2 Dn Dn ) 1
a2
2 2 a 2 Dn Dn (2n 1)

2
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

4

D0称为近场长度
2.45
7.8 1.0
1850
5800 1500
0.2525
0.88 0.0
第三节 超声成像测井的应用
2、直观显示裂缝
水平 东西 南倾
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
倾斜裂缝
tg 波浪线最高点与最低点的垂直距离/井径
岩性 致密石灰岩 ρ ，(g/cm3) 2.71 V2.（m/s） 6500

0.7225
致密白云岩
砂岩 泥岩 裂缝中饱和水
2.87
2.65 2.45 1.0
7000
2600-3850 1850-3900 1500
0.855
0.4184-0.5529 0.2525-0.5307 0.0
裂缝充填泥
套管 孔洞＼裂缝中充满水