2008声波测井课-声幅方法

一 水泥胶结测井(CBL)
(声幅测井)
在下套管的井中注水泥后，套管与井壁 之间的环形空间内应充满注入的水泥。如果 固井质量不好，套管与井壁之间的环形空间 会残留泥浆。为了检查水泥与套管是否胶结 良好，因此提出了水泥胶结测井。
一 水泥胶结测井(CBL)
1、基本原理
(声幅测井)
CBL下井仪器采用单发单收声系，源距为3ft(0.91m)。可以近
套管与水泥、水泥与地层胶结良好(高速地层)
第二节 声波波型与固井质量的关系
1、自由套管
第二节 声波波型与固井质量的关系
1、自由套管 (1)L=5ft，T=320us出现套管波，幅度大，固井声幅测井往 往以自由套管波幅度作刻度的； (2)套管波有规则，其周期可以计算套管波的频率(18kHz); (3)整个波型的包络线有高的振幅和能量,延续时间长; (4)无地层波,在945us左右出现泥浆波。 套管幅度受套管特性影响： (1)未胶结套管的衰减系数: a=(10/L)LN(J0/J)(分贝/米) a=2.4分贝/米,J=0.575JO(L=1米),源声强的57.5% (2)套管直径的影响: 套管直径本身对套管波衰减无关,反映 了泥浆对套管波的衰减影响,直径大衰减大,套管波幅度减小. (3)套管厚度的影响:自由套管时,厚度影响不明显,当外有水 泥时,套管波衰减与厚度有关,厚度大反射回井中套管幅度大, 衰减系数变小.(这与声场能量分布有关,套管厚度一般<)
影响套管波大小除了套管特性、 水泥胶结情况、地层特性外，还与测 量仪器性能有关（例偏心倾斜、声功 率、频率等因素）。考虑到衰减，一 般采用3、5ft短源距，频率20kHz。
第三节 固井声幅测井方法
一 水泥胶结测井(CBL) 二 声波变密度测井(VDL) 三 超声脉冲反射法测井(UPS) 四 分区水泥胶结测井(SBT)
套管直径的影响
1、自由套管
1—套管外为水 2—套管外为固结水泥 以d=14cm测得的声幅为100%
套管厚度的影响
1、自由套管
3000
套管外有水泥
1、自由套管
由于泥浆、仪器测量条件影响，套管波不规则， 要求记录本井自由套管幅度，用于刻度。
2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）
V1V2 V3 V1 V4
似认为，发射换能器发出声波，其中以临界角入射的声波，在泥浆
与套管的界面上折射，产生沿这个界面在套管中传播的滑行波（即
套管波），套管波又以临界角折射进入井内泥浆到达接收换能器被
接收。
仪器测量记录套管波的第一峰的幅度值（以mV为单位），即水
泥胶结测井曲线。这个幅度值的大小除了决定于套管与水泥胶结程
度外，还受套管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居中情况的影响。
水泥凝固时间长,水泥强度大,套管波愈能透射到水泥 环向地层传播使套管波幅度下降,衰减系数增大.水泥 凝固时间受速凝剂、水灰比、水泥中杂质等影响，实 验考察30~48小时进行声幅测井比较合适。
3、部分胶胶结
3、部分胶结（窜槽）
(1)套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好的情形， (2)后续波有地层波,幅度不大(3600部分传播),到达时间与地层 速度有关. 问题1:泥饼影响:泥饼存在往往使水泥—地层胶结不好（固结水 泥吸收泥饼水分，泥饼收缩） 问题2：窜槽影响：固井要求套管与地层间环行空间(3600)，全 部被水泥占有，如一部分没有水泥或水泥没有胶结,给油水运动 形成通道,造成窜槽(油层射孔出水). 是不是发生窜槽要看油水层是否被封隔开,发生窜槽就要进行补 挤水泥(成本很高). 问题3:微环影响:由于注水泥加压,套管膨胀,撤去压力套管收缩, 造成水泥与套管间形成微裂隙或水泥与地层间(往往在碳酸盐岩 中)产生微裂隙,微裂隙不为造成窜槽,但影响声耦合,测得的波形 类似部分胶结.区分微裂隙还是窜槽,要加压测量与未加压测量比 较.若幅度变小为微裂隙,无变化为窜槽.
声波测井方法和应用
长江大学 地球物理与资源学院
第三章 声波幅度测井
声波在介质中传播，其幅度会逐渐衰减，声波幅度 的衰减在声波频率一定的情况下，是和介质的密度、 弹性等因素有关的。声波幅度测井就是通过测量声波 幅度的衰减变化来认识地层特点以及水泥胶结情况的 一种测井方法。
第三章 声波幅度测井
本章主要讲解套管井中用于评价固井质量的声幅测 井,可称为固井声幅(水泥胶结)测井。
80.00
（ a ）波形图（厚度方向）
100.00
43
图2.4.6 水泥浆配方:水灰比53.7%、缓凝剂0.5%; 养护温度80度。
20.00
40.00
波列持续时间(us)
60.00
80.00
100.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
（a）波形图（宽度方向）
(4)水泥凝固时间对套管波的影响
L
J0 12 23
a bc
接收器依次得到波有：套管波、地层波 水泥环波、泥浆波
第一节 套管井中波成分
1、套管波(纵波横波复合波):滑行波、一次反射波 及多次反射波（能量很弱），滑行波与一次反射波 到达接收器时间只差0.2us，可看作同时到达。
滑行纵波 一次反射纵波
T1
2a
c osC
1 V1
L 2atgC
L
J0 12 23
a bc
2
23
Z3 Z3
Z2 Z2
第一节 套管井中波成分
2、水泥环波:在第一界面上不会出现滑行波，只有一次或 多次反射波（sin2/sin3=V2/V3,V2>V3),
由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密,一般水泥 环的能量很弱,常被其它波列所掩盖,忽略不计.
3、地层波：水泥—地层(第二界面)胶结好时（V4>V3), 一般出现地层波(滑行纵横波),地层波到达时间约在 T=Lt(裸眼井地层时差)左右,在砂岩中(V4<V2)在套管波 后到达;碳酸盐岩(V4>V2)在套管波前到达,所以对套管波 和地层的识别存在困难。
半幅点
相对幅度
2 声幅测井应用
水层 泥岩层
油层
第二次固井 质量好，封 堵上部水层， 产油
第一次固井质 量不好，出水
3 声幅测井定量解释
1)、水泥抗压强度法 考虑到套管尺寸、厚 度、源距影响，采用 抗压强度来衡量固井
mv
质量，计算值与出厂 值相等，胶结良好。
20 lg A0 (分贝/ 英尺）
LA
套管波的声强（或幅度）大小与 水泥胶结好坏有关，设12为折射系 数, 23为反射系数,入射声强为J0, 则反射声强为:
J=J01223 21= J0 21223
说明反射声强与套管水泥界面反 射系数23有关.胶结不好23就大,声 强幅度增大;管外是水泥还是泥浆或 空气,接收套管波相差4~5倍。
因此套管波幅度的大小可确定第 一界面水泥胶结质量。
3 声幅测井定量解释
2)、胶结指数法
胶结指数=目的层衰减系数/ 完全胶结段衰减系数
一般大于80%，可认为胶结好。 问题：用相对幅度消除仪器的影响，用 胶结指数可消除井中环境参数及井下条 件引起的误差。 3、最小封隔长度法 固井胶结的水泥要有足够的强度才能有 效封隔地层，水泥胶结强度与封隔长度 有关。最小封隔长度与套管尺寸有关， 实验与实际观察表明：在胶结指数为 0.8时,可根据套管直径确定最小封隔长 度。
L 3 ft,T1 57 3 15(6.4 3.63) 212 .55s
T1 L V2
2a V1
c os C
57L 15(d c)
L 5 ft,T1 57 5 15(6.4 3.63) 326 .55s
第一节 套管井中波成分
1、套管波(纵波横波复合波)
V1 V2 V3 V4
>1.905cm变化不明显;
(4)水泥凝固时间对套管波的影响
20.00
40.00
波列持续时间(us)
60.00
80.00
100.00
(hour) (hour)
12
水
16
泥
凝
20
固
时
22
间
25
27
29
31
33
35
39
43
14
水
18
泥
凝
21
固
时
23
间
26
28
30
32
35
39
20.00
40.00
60.00
计算抗压强度值与出厂值比较(标定值),两者相等为胶结好,小于出厂值 可能为套管与水泥胶结不好有裂隙或窜槽、水泥不纯、水泥凝固时间不 够（一般48小时）。 （2）水泥环密度或声速影响：波阻抗Z大，进入水泥环的能量多，套管
波幅度就低，衰减大； (3)水泥环厚度影响：厚度小(<1.905cm)套管波幅度变化明显,
内容：
第一节 套管井中波成分 第二节 声波波型与固井质量关系 第三节 固井声幅测井主要方法及其应用 第四节 其它声幅测井方法
第一节 套管井中波成分
井眼直径 套管外径 套管内径d 水泥环厚 套管壁厚b 仪器外径c 泥浆环厚 源距 L 钢 速度 V2 钢时差 泥浆速度V1 泥浆时差 水泥声速V2 水泥时差 砂岩骨架声速 砂岩骨架时差
利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井质量。
2、CBL测井曲线
右图给出了水泥胶结测井曲线，从图中可以见到： （1）在水泥面返离位置以上曲线幅度最大，在套管接箍处出现幅度变小的尖 峰，这是因为声波在套管接箍处能量损耗增大的缘故。
2 声幅测井应用
1、确定水泥面 2、检查固井质量（一 界面胶结情况） 3、检查套管接箍，间 隙对能量衰减大，负 峰60~70% 4、测定套管断裂位置 （在无水泥胶结地方， 裂缝处套管波衰减大， 出现负尖峰） 5、判别管外气层 6、检查补挤水泥效果
8.5 英寸 7 英寸 6.4 英寸 0.75 英寸 0.3 英寸 3.63 英寸 1.38 英寸 3,5 英寸 17544 英尺/秒 57 微妙/英尺 5250 英尺/秒 189 微妙/英尺 9000~16000 英尺/秒 111~63 微妙/英尺 18000 英尺/秒 55.5 微妙/英尺
V1 V2 V3 V4
若套管与水泥胶结良好，这时套管与水泥环的声阻抗差较小，
声耦合较好，套管波的能量容易通过水泥环向外传播。因此，套管
波能量有较大的衰减，测量记录到的水泥胶结测井值就很小；若套
管与水泥胶结不好，套管外有泥浆存在，套管与管外泥浆的声阻抗
差很大，声耦合较差，套管波的能量不容易通过套管外泥浆传播到
地层中去。因此套管波能量衰减较小，水泥胶结测井值很大，从而
320us
945us
2、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）
此时大部分能量进入水泥环（水泥环波衰减大），套管波幅度很小，其 特点： (1)320us(L=5ft),由于一界面胶结好,套管波幅度大大减小; (2)套管波后为水泥环波,衰减无规则,幅度小,有时无显示; (3)无地层波,仅少量能量环形流体层(泥浆),进入地层更少; (4)最后出现为泥浆波. 水泥环参数对套管波幅度的影响: (1)水泥抗压强度的影响:水泥环抗压强度大,进入水泥环的能量就多,套管 波就变小,衰减变大;
13ft=4米 10ft=3米
4 声幅测井存在问题
1)、仪器偏心影响： (1)套管波幅度减小;(2)到 达时间提前;(3)后续波失真;在井剖面上套管波到 达时间不是固定的.采用扶正器来实现。 2)、记录套管波的局限(头半周): 仅评价一界面, 不能评价二界面情况,窜槽有可能水泥—地层胶结 不好引起的。利用地层波来解决。 3)、水泥环间隙影响：间隙一般0.1mm,不足以引 起流体窜流,但对声耦合有影响,造成套管波幅度 与部分胶结相同。解决办法： (1)加压再测量依 次(可能造成压裂套管、水泥环),(2)采用反射脉 冲反射法测井。
3、部分胶结（窜槽）
胶结程度=窜槽部分衰减系数/完全胶结衰减系数
4、完全胶结（砂岩）
由于套管、水泥、地层之间声耦合好，进入套管的大部分能量 透射到地层，地层波幅度大，套管波幅度很小（与水泥抗压强 度有关）， 泥浆波叠加在地层波末端
地层纵波
来自百度文库
4、完全胶结（碳酸岩）
地层纵波 地层横波
第二节 声波波型与固井质量的关系
V2
, sin C
V1 V2
T 2 2a 1 2b 1 , sin 1 V1 c os1 V1 c os 2 V2 sin 2 V2
2atg1 2btg 2 L
对于套管波到达接收器时间在全井段是不变的，只与源距、 套管、仪器尺寸有关
sin C
V1 V2
0.2999, cosC
0.9542
4、泥浆波列：接收器接收到的泥浆波时间不变， T=189*5=945us，（变密度、全波列）
第二节 声波波型与固井质量的关系
从全波列上来分析，为声幅测井、变密度测 井提供方法原理。分几种水泥胶结类型来讨论。 1. 管外无水泥胶结，为自由套管 2. 仅套管与水泥胶结，水泥与地层无胶结 3. 套管与水泥、水泥与地层部分胶结 4. 套管与水泥、水泥与地层胶结良好(低速地层)