固井声波测井
声波测井6
套管波
地层波 泥浆波
② 调宽记录
调宽记录与调辉记录的区别： ① 矩形波的幅度相同，而宽度不同 ② 变密度图的条带颜色深浅一致，只是条带的宽度不
同而已，而调辉记录正好相反。
目前以调辉记录为主
(5)变密度图的解释
套管与水泥交界面
称为
第一声学界面
水泥与地层交界面
称为
第二声学界面
① 自由套管：管外无水泥、形成套管－泥浆界面， Z套管/Z泥浆大，耦合率差，R大T小，管波强、地层 波弱或全消失，在变密度图上出现平直的条纹，
对固井质量的判断应用相对幅度的概念：相对幅度= (目的层段曲线幅度/自由套管曲线幅度)×100%
套管外无水泥
相对幅度<20% 20%<相对幅度<40% 相对幅度>40%
水泥胶结良好； 水泥胶结一般； 水泥胶结差。
5 影响水泥胶结测井的因素
(1)测井时间：最好在注水泥后20-40小时进行测量, 因为水泥有个凝固过程,过早或过晚,都会造成错 误解释；
越靠近左边，越明显，在套管接头的地方有人字纹。
套管接头 的人字纹
自由套管的 变密度图
② 第一、二交界面胶结好，声耦合率好：套管波弱、 地层波很强(很大部分能量透射到地层中去了)。 变密度图：左边条纹模糊或消失，右边的条纹色 深，反差大。
③ 第一界面交界面差，第二界面胶结好；一界面的 声耦合率差，管波强，二界面声耦合率好地层波 中等。变密度图：左边条纹明显，右边也有显示；
5 溶洞性地层
对于溶洞性地层，波绕溶洞传播： (1)增加了波的传播路径； (2)溶洞引起波的散射，造成声波能量较大幅度的衰
减，所以声波在溶洞性地层传播，地层波幅很小， 溶洞对波的衰减相当大。
固井质量测井技术以及精度分析
固井质量测井技术以及精度分析【摘要】声波测井技术是应用最广泛的现代测井方法。
在国外20世纪80到90年代初期，为了满足复杂油气藏勘探和开发的需要，开展了偶极和多极声波测井、声波成像测井、声波随钻测井、井间声波测井、仪器及应用方法的研究。
固井质量评价主要是对水泥环胶结质量的检查，即检查套管与水泥环（第一界面）、水泥环与地层（第二界面）的胶结情况。
为能更好的检测水泥胶结完后的质量情况，需要分析测井仪器对固井质量评价的差异。
【关键词】固井质量；质量分析；测井精度1.测井技术概述1.1水泥胶结测井（CBL）水泥胶结测井是声幅测井的一种，声幅测井仪采用一发三收系，换能器频率按相似比原则升高，通过测量套管的滑行波（又叫套管波）的幅度衰减，来探测管外水泥的固结情况。
CBL下井仪器常用源距为3英尺（1m）和5英尺（1.5m）。
发射换能器T发出声波，其中以临界角人射的声波在泥浆和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，套管波又以临界角的角度折射进人井内泥浆到达接收换能器R被接收。
仪器测量记录套管波的第一正峰的幅度值，即得到CBL曲线值。
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。
1.2声波变密度测井（VDL ）声波变密度测井也是一种测量固井质量的声波测井方法，它能反映水泥环的第一界面和第二界面的胶结情况。
变密度测井的声系由一个发射换能器和一个接收换能器组成，源距一般为1.5m，声系通常附加另一个源距为1m的接收换能器，以便同时记录一条水泥胶结测井曲线。
套管井中声波的传播及其与胶结情况的密切关系.在套管井中，从发射换能器T到接收换能器R的声波信号有四个传播途径，沿套管、水泥环、地层以及直接通过泥浆传播。
通过泥浆直接传播的直达波最晚到达接收换能器，最早到达接收换能器的一般是沿套管传播的套管波，水泥对声能衰减大、声波不易沿水泥环传播，所以水泥环波很弱可以忽略。
浅谈固井质量测井评价技术概述
浅谈固井质量测井评价技术概述引言固井是在油气井钻完后，通过注入水泥浆使井壁与套管之间的空隙填满，达到加固井壁、隔离地层的目的。
固井质量的好坏直接关系到井眼的稳定、井内压力的控制以及油气的产量等因素。
因此，对固井质量进行准确评价与分析对于油气勘探开发具有重要意义。
本文将结合固井质量测井评价技术的发展，对该方面的概述进行浅谈。
固井质量测井评价技术的发展固井质量的评价一直是油气勘探开发中的难题之一。
随着科学技术的进步，固井质量测井评价技术得到了迅速的发展。
以下将对几种主要的固井质量测井评价技术进行概述。
壁面状况评价技术壁面状况评价技术是通过测量井壁的物理性质分析固井质量的一种方法。
常用的方法有旋回声波测井、密度测井和电阻率测井等。
旋回声波测井旋回声波测井是通过测量声波在地层中传播的速度和衰减程度来评价井壁的完整性和固井质量的方法。
它可以提供关于井壁损害、水泥质量以及井眼附近地层性质等方面的信息。
密度测井密度测井是通过测量井内介质的密度来评价固井质量的一种方法。
通过测量密度下降的情况来判断水泥浆是否充实，以及是否存在空隙和水泥浆与井壁的较大间隙等问题。
电阻率测井电阻率测井是通过测量沿井眼周围不同方向的电流传播的速度和幅度来评价固井质量的一种方法。
通过分析电阻率的变化，可以评价水泥浆的充实程度、井壁的损害以及井眼附近地层的性质。
压力评价技术压力评价技术是通过分析固井过程中的压力变化来评价固井质量的一种方法。
常用的方法有压力测试、封隔测试和漏失测试等。
压力测试是在固井完毕后，通过向井口注入液体或气体，测量井内的压力变化，从而评价固井质量的方法。
通过分析压力的变化曲线，可以判断水泥浆是否充实、井壁是否受损以及是否存在漏失等情况。
封隔测试封隔测试是通过将井眼与地层进行隔离，然后施加压力来评价固井质量的方法。
通过测量压力的变化，可以判断封隔性能和固井质量的好坏。
漏失测试是通过检测固井后井内液体漏出的情况来评价固井质量的一种方法。
固井质量检测
固井质量检测一、声幅及变密度测井原理1、声幅测井原理声幅测井仪器通过单发单收声系，它是通过记录套管中套管波的首波幅度来反映井下套管与水泥的胶结质量。
首波传播路径服从费尔马时间最小原理，套管波的幅度随套管波阻尼因子增大而减小，套管外的介质不同，套管波的幅度也不同，故影响套管波的因素主要是套管厚度、直径、水泥环、固井后的测量时间、水泥与套管的胶结情况。
2、变密度测井原理水泥胶结测井仪是采用单发双收声系，原距3ft和5ft。
测量时，由发射器发射频率为20kHz的脉冲波，两个探头（接收器）把接收到的声信号转换为电信号，经电缆传到地面，地面仪器对接收到的全波列信号进行检波，检波后只保留全波列中的前12个到14个波的正半周，这部分电信号加到显像管上来调制光点亮度。
声波幅度大电压高，光点就亮，胶片就显为黑色；声波幅度小电压低，光点就暗，胶片就显为黑色。
变密度测井图是黑（灰）白相间的条带，其颜色的深浅表示接收到信号的强弱，从而依此判断第一界面和第二界面的胶结质量。
将套管和泥浆的性质视为不变，也就是说套管波和泥浆波的传播速度不变，因此，套管波和泥浆波显示为直条带。
而地层岩性不同其声速也不同，因此地层波显示为有摆动的条带。
通常接收到的声波依次为：经套管传播的套管波、经地层传播的地层波以及通过泥浆传播的直达波即泥浆波。
二、声幅及变密度测井资料的应用1、确定水泥面上返高度。
完井工程要求水泥面必须比油、气预界面高出100m 左右，才能达到有效封隔。
因而要求水泥面实际测井中能确定出水泥的上返高度。
理论与实际表明，水泥面应在声幅曲线由低幅度向高幅度过度的半幅度点处。
2、评价固井质量，检查生产层之间的封堵效果。
三、固井质量评价方法1、利用声幅测井曲线检查固井质量采用相对幅度法检查固井质量，即水泥面以上（自由套管）处的声幅幅度A作为100﹪，其余处与之相比进行质量评价。
解释时分五个等级，并根据水泥密度的高低其评价有所差别：（1）自由管：声幅幅度=100﹪A（2）混浆带：是声幅曲线从高幅度到高幅度向低幅度过度的半幅点（一般是开始进入胶结中等的位置）的井段。
第四节 固井声幅测井及变密度测井
三、固井声幅测井（CBL)
影响水泥胶结测井的因素
4 、套管厚度：套管对声波的吸收是固定的 , 但套管 厚度越小,对声波的衰减越大,测得的声幅值低. 5、微环：固井时,因热效应和压力的影响,套管膨胀,
注完水泥后 , 又可能收缩 , 在套管和水泥环间有
一环形空间,间隙<0.1mm,它使声耦合率变差,使 测得的声幅值增加. 6、仪器偏心和窜槽：不同方向到达的管波相位不同 , 相互抵消,测得的声幅值低.
削波放大 调辉方波 扫描线段
调宽方波 扫描线段
四、声波变密度测井（VDL) 5、变密度图的解释
① 自由套管：管外无水泥、形成套管－泥浆界面， Z套管 /Z泥浆 大，耦合率差，管波强、地层波弱或全 消失，在变密度图上出现平直的条纹，越靠近左边，
越明显，在套管接头的地方有人字纹。
套管接头 的人字纹 自由套管的 变密度图
① 套管波：声波信号是在套管内传播的纵波，速 度快，最先到达。
② 地层波：是在地层内传播的纵波、横波、视瑞
利波的组合，幅度值高。 ③ 泥浆波：通过泥浆直接到达接收探头的波，它 到达最晚、幅度稳定且幅度变化不大、频率低。
四、声波变密度测井（VDL)
4、变密度记录方式
① 调辉记录 ② 调宽记录
井下信号
三、固井声幅测井（CBL)
固井声幅测井原理
3 管波幅度与管外介质性质 的关系和分布有关 管波幅度受套管和 管内介质的影响是一个 定值，收到的信号幅度 就取决与套管外介质的
性质和分布。
三、固井声幅测井（CBL)
固井声幅测井原理
4.评价水泥胶结质量 由于套管与水泥接触， 且Z套管与Z水泥很接近，声耦 合率好，大部分能量都被 折射到水泥环中 ，而少部 分能量折回到井中被记录 ， 声幅值低 。反之 ，水泥胶 结不好，则声幅高。
声波变密度测井在固井质量评价中的应用
关键 词 ： 煤层 气； 固 井质 量 ； 声波 变密 度 ； 声幅 ； 胶 结
阎＿ ｝ ｝ 质量检测是煤层气钻井施丁 中的必要工作程序 。 利用声波 套管波呈黑 白相 间平行 粗直条纹状 ； 泥浆波也呈 直条纹状 ， 但较套 变密度测井检测 同井质 量的方法 已被广泛应 用于煤层气钻 井施工 管波相比多呈断续状。 在变密度 图上显示为前部分套管波和泥浆波 巾， 其优点在于能够快速准确地 获得井 内套管与水泥 、 水泥 与地层 颜色深重 、 条纹清晰， 说明套管波和泥浆波很强 。 问的胶结信息 ， 对 固井质量进行评 价 ， 为下 一步钻井压裂提 供必要 当套 管 处 于第 一 界 面胶 结 较 好 状 态 时 ， 声 波 能 量 发 射 后 经 泥 浆 依据 ， 同 时 校 验 目的煤 层 深 度 和 结构 。 和 套 管传 到水 泥 ， 若第二界面胶结较好 ， 则声能继续传播到地层 中； １仪器 选 择 若第二界 面胶结较差 ， 则声能直接传 回到接收器。 此时套管波较弱 ， 同井质量检查测井较早应 用于石油钻井 ， 其测井仪器开发时间 在 变 密 度 图上 显 示 为前 部 分 呈灰 白色 相 间 条 纹 ， 颜色很浅 ， 甚 至 儿 较 长， 技 术较为成熟 ， 但【 大 】 仪器精度 、 质量 、 尺寸和必要工作 环境 的 乎 无 明显 波 形 。 限制 ， 很难应 用于煤层气测井 中。近些年来 ， 煤 田测井迅速发展 ， 相 总之 ， 第 一界面胶结 呈套管波越 强 ， 胶结越 差 ； 套 管波越弱 ， 胶 应的｝ ｝ ５ 现 了一些精度高 、 质量轻 、 便携性强 的仪器 ， 广泛用于煤层气 结越 好 的规 律 。 井 质 测 井 中 。 我 院 采 用 的是 河 北 Ｌ Ｓ Ｌ Ｔ公 司生 产 的 Ａ Ｆ Ｇ － 一 ３声 波 ２ ３第二界面（ 水 泥 与地 层 问 ） 胶结 变密度测井探管 ， 其外径 ６ ５ ａｍ， ｒ 长度 ３ １ ０ Ｏ ｍ ｍ， 重量 仅为 ３ ５ Ｋ ｇ 。 单 第 二 界 面 胶 结 情 况 主要 依 靠 声 波 变 密 度判 断 。 趟测 井采 集 全 波 列 、 声幅 、 磁 定 位 套管 结 箍 、 自然 伽 玛 四种 参 数 。 利 ２ ． ３ ． １ 当第 一 界 面 胶 结 较 好 ， 第二界面胶结较差时 ， 声 波 能 经 用 声 幅 判 断第 一 界面 （ 套管与水泥 ） 胶结情况 。 利 用 全 波列 形 成 声 波 由泥 浆 和 套管 传 到 水 泥 中 ， 大 部 分 被水 泥 消 减 ． 没有传到地层叶 １ 。 此 变密度罔像． 既 能 解 释第 一 界面 胶 结 情 况 ， 又 能 提 供第 二界 面 （ 水 泥 时 ， 套管波很弱 ， 地层波也很弱 ， 在变 密 度 图上 表 现 为 没 有 明 波 形 地层 ） 胶结信息。利用磁定位套管结箍和 自然伽玛校验 目的煤层 或 为 空 白 。相 对 声 幅 较 低 。 深 度 和结 构 。此 方 法 简 单 ， 操作简便 ， 资 料 易 于解 释 ， 是 目前 评 价 固 ２ ． ３ ． ２ 当第 一 界 面 胶 结 较 好 ， 第 二 界 面胶 结 也 较 好 时 ， 声波能繁 井 质 量最 有 效 的 手段 之 一 。 经由泥浆 、 套管 、 水泥传到地层 中， 地层波被接收器接 收。 此时 ， 套管 ２参数 定 义 和 评 价 标 准 波较 弱 ， 后 续 到 达 的地 层 波 较 强 。在 变 密 度 图 上 表 现 为 前部 分呈 灰 ２ ． １自 由套 管 白色相间条纹 ， 颜 色很浅 ， 甚至几乎 无明显波形 ， 后部分 为清 晰的黑 顾名思 义． 即此 处 套 管 外 无 水泥 。选 取 在 声 幅 曲线 由最 高 向 最 白相 问平 行 直 线 。 相 对声 幅较 低 。 低幅度变化的 半幅值深 度处 ， 此点 为水泥实际返高 ， 此处 以上均为 ２ ． ３ ． ３ 当第 一 界 面 和 第 二 界 面 胶结 均 不 好 时 ， 即视 为 自ｆ ｝ ｌ 套管 ， Ａ南套管 ． Ｆ １ 巾套管井段 大部分声 能通过套 管传 到接 收器 ， 只有很 变 密 度 图像 记 录 的 套 管 波最 强 ， 无地 层 波 出现 。 相对 声 幅 高 值 。 少甚 至没 有 声 能 透 射 到地 层 中 。 声 幅 曲线 幅值 稳 定 ， 套 管 结 箍 处 幅 ２ ． ３ ． ４ 当 第 一 界 面 胶 结 不 密 实 且 有 小 空 隙 ，第 二 界 面 胶 结 良 好 度明 ， 易于辨识 ． ． 变密度 图像记录的套管波最强 ， 为清 晰黑 白相间 时 ， 大部分声能留在套管中 ， 也有较大一部分声能透射到地层 Ｉ １ 】 实 Ｈ平 行 的粗 直 条纹 。 际中第一界面胶结不好已经 直接造成套管上下段窜通 ， 此种情况测 ２ ． ２第 一界 面 （ 套 管 与 水泥 问 ） 胶结 井解 释 相 对 困难 。 变 密度 图表 现 为前 部 分 为模 糊 的 平 行 直 条 带 ， 后 ２ ． ２ ． １ 应｝ ｛ ｊ 声 幅判 断 第 一 界 面胶 结 情 况 部分为模糊摆动的弯曲条带 。相对声幅高值 。 通 常情况下 ， 为 了 消 除 某 些 十 扰 因 素对 解 释 结 果 的 影 响 ， 常 采 总之 ， 第 二 界 面胶 结 呈 地 层 波 越 强 、 越连续 ， 胶结 越好 ； 地 波 川ｌ 什 ｛ 对声幅来判 断第一界面胶结情况 。设 自南套管处 的声 幅值为 越 弱 、 越断续 ， 胶 结 越 差 的 规律 。
固井质量测井评价技术
（3）
（4）
（5）
——声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； g——当次固井井段中水泥胶结质量最好处的声波衰减率，可根据实验水泥抗压强度通过本标准图1求得，单位为dB/m或dB/ft； A1、A2——分别为近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV； A1g、A2g——分别为当次固井最好水泥胶结井段近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV；
第*页
4.1、声波/变密度测井评价方法
测井评价方法
CBL相对幅度法 CBL为套管波幅度读数，这种测井方法应用较广，测量参数较少，解释方法也相对简单。CBL使用相对幅度Ｃ评价固井质量： 其中：CBL—目的井段的CBL值； CBLP—自由套管段的CBL值。 Ｃ≤15％为固井质量良好； Ｃ在15％～30％为固井质量中； Ｃ≥30％为固井质量不好。
第*页
2.3、分区水泥胶结测井(SBT)
测井原理
优点： （1）不受仪器偏心的影响; （2）适合在各种流体的井内测井； （3）不需要自由套管刻度，特别适合于检测无自由段套管的固井质量； （4）基本不受快速地层的影响。(仪器设计使用的短源距,使补偿衰减测量结果基本上不受快地层的影响。) 缺点： 无法区分微环隙和差胶结。
第*页
水泥浆类型的影响
测井影响因素
水泥浆密度越低，声幅越大； 水灰比越大，声幅越大。
第*页
水泥环外地层（包括快速地层）
测井影响因素
快地层(硬石灰岩和白云岩)的声速超过套管声速，地层波先到达接受器，或叠加在套管波之上，影响了固井评价，这时应辅助常规声波检验。
第*页
汇 报 内 容
BR——胶结比； fp——自由套管声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBLfp——声幅值，单位为%或mV； ——测量深度点的声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBL——声幅值，单位为%或mV。 g——当次固井水泥胶结最好井段的声波衰减率，通常在当次整个测井井段中衰减率最高，单位为dB/m或dB/ft； CBLg——当次固井水泥胶结最好井段的声幅值，通常在当次整个测井井段中声幅最低，单位为%或mV。
第6章_声波测井
•
还可以利用水泥胶结指数（BI）曲线来指示水泥固 井质量，定义：
α1 目的井段声幅衰减率(dB / ft ) BI（胶结指数） = = 完全胶结井段声幅衰减率(dB / ft ) α 2
• 不足之处：只能判断套管和水泥（第一界面）的胶结 情况，由于没有测量从地层来的信号，所以难于判断 水泥和地层的胶结情况。
3、检查补给水泥效果 4、判断气层 高压气层气侵入井内时，气层部位为气体充填 。可能完全没有水泥或很少，水泥胶结测井幅度 很高，接近自由套管或超过自由套管的声幅。 5、判断套管断裂位置 在无水泥井段，套管断裂显示与套管接箍显示 相同，断裂处有负尖峰。
四、影响水泥胶结测井曲线的因素 1、测井时间 最好在注水泥后20--40小时进行测量,因为水泥 有个凝固过程，过早或过晚,都会造成错误解释。 2、水泥环的厚度 水泥环的厚度>2cm ，对套管波的衰减是个定值 ,水泥环的厚度<2cm,水泥环越薄,对套管波的衰减 越小,测得的声幅值高。 3、仪器偏心和窜槽 不同方向到达的管波相位不同,相互抵消,测得 的声幅值低。
3、过程：
发射换能器 声波
临界角
记录 幅度值
界面(泥浆和套管)
接收Байду номын сангаас能器 套管
临界角
滑行波 井内泥浆
折射
（1）声系：单发单收，源距为1米。 （2）接收到的信号：沿套管传播的滑行纵波（套管 波） （3）管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关。 套管波幅度受套管和管内介质的影响是一个定值 ，收到的信号幅度就取决与套管外介质的性质和 分布。 （4）评价水泥胶结质量：由于套管与水泥接触，且 Z套与Z水泥很接近，声耦合好，大部分能量都被 折射到水泥环中，而少部分能量折回到井中被记 录，声幅值低。反之，水泥胶结不好，则声幅高 。
声波测井课_套管井声波测井
2000
R2 = 0.9949
1500
1000
500
0
10
20
30
40
50
60
水泥环厚度,mm
完全胶结时地层波幅度与水泥环厚度关系：厚度越厚，地层波幅度越小
三、 影响地层波幅度的各种因素 (2) 地层特性
地层密度越高，地层波幅度越大
地层波相对幅度
砂岩地层地层波幅度与泥质和孔隙度关系
2
23
Z3 Z3
Z2 Z2
套管波幅度的与水泥胶结质量关系? 套管波随一界面窜槽角度变化波形图
1.00
0.80
归一化套管波幅度
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
微环隙宽度(cm) 流体环隙宽度(cm)
套管波幅度与一界面流体环隙宽度的关系
水泥密度,g/cm3
5
10
15
20
流体环隙宽度（mm）
低密度、高密度水泥固井 和自由套管时套管波比较
不同水泥密度固井的套管波幅度与一 界面流体环隙宽度的关系
二、 影响套管波幅度的各种因素
3)水泥环对套管波幅度的影响 c.水泥环的厚度的影响 水泥环的厚度增加，也将使套管波的幅度减小。实验表明水泥厚度小于3/4英 寸（1.905cm）时，随着水泥环厚度增大，套管波的衰减系数也增大。当水泥 环厚度大于3/4英寸时，衰减系数保持不变。
自由套管的厚度对衰减系数影响不明显,当套管外有水泥固结时,衰减系数与套 管厚度有关。在水泥抗压强度一定时，随着套管厚度增大，衰减系数减小，即 声幅度增加 。
1.1
声波变密度测井及资料解释
三、声波变密度测井的原理
VDL曲线的应用：判断第二界面的固井质量
CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度 的大小取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此 只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面） 的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间 是否胶结良好，即第二界面的问题时无法解决的。 第二个接收器源距为5ft（1.52m），接收的 是变密度测井(VDL)测井曲线，可以接收套管波、 水泥环波及地层波，可以检查套管井第一、第二 界面的胶结程度。测量时将声波幅度的大小转变 为光辉度的强弱，黑色的深浅表示信号幅度的大 小，因为测量时只保留信号幅度的正半周，将负 半周去掉，所以资料显示为黑、白相间的条纹。
介质1 介质2
α βBiblioteka 三、声波变密度测井的原理滑行波的概念
当介质1中的声波速度v1小于介质2 中的声波速度v2时，即在v2>v1的条件 下，当大到某一角度时，为直角，此时 折射波将沿着界面在介质2中传播，这 样的折射波在声波测井中叫滑行波，或 称首波或头波，此时的入射角叫临界角。 并且，介质中波所传播到的各点都 可以看成新的波源，称为子波源；可以 认为每个子波源都可以向各个方向发出 微弱的波，称为子波；这种子波是以所 在介质的声波速度传播的。
2、水泥与套管和地层胶结都良好
在水泥与地层胶结都好 的井段，因为套管和固结水 泥的差别较小，套管与水泥 的阻抗很接近，大部分声波 能量穿过套管及水泥环进入 地层传播。因此，在变密度 图上套管波信号很弱或不存 在，图中已看不见，而地层 波信号很强。甚至某些快速 地层的地层波会出现在套管 的位置上。CBL声幅为低幅 值。
声波变密度测井及资料解释
刘鑫
目
录
• 进行固井评价测井的目的 • 声波变密度测井的作用 • 声波变密度测井的原理 • 声波变密度测井的施工要求 • 声波变密度测井的资料分析
固井质量检测、评价及问题分析
固井质量检测、评价及问题分析声波测井是根据声波（或弹性波）在介质中传播原理，通过测量井壁介质的声学性质（声波传播速度、幅度等）来判断井壁地层的地质特性及其井眼工程状况的一类测井方法，分为声波幅度测井（CBL）和声波变密度测井（VDL）。
随油田勘探开发的进一步深入，除了单层套管，双层套管的井也越来越多。
由于介质增多，评价难度也有所增加。
在现场测试中遇到了各种问题，我们进行了认真分析，寻找原因和解决办法。
标签：固井质量;声波幅度测井;声波变密度测井;双层套管固井质量的评价引言变密度测井能够有效检查水泥环胶结质量，对油田勘探开发起着重要的作用。
固井质量检测方法和后期资料的解释、评价和应用则是重中之重，只有合理的应用到实际中才能有效服务地质的后期开发。
1 固井质量检测方法1.1 声波幅度测井（CBL）声波幅度测井是通过测量声波幅度的衰减来认识地层性质和水泥胶结情况的一种测井方法。
测试时发射换能器发出声波，若套管与水泥（第一界面）胶结良好，这时套管与水泥环的声耦合好，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衰减。
记录到的水泥胶结测井值就很小。
反之，套管波能量衰减较小。
记录到的水泥胶结测井值就很大。
利用测井曲线值就可以判断固井质量。
接收探头只记录首波（套管波）的幅值，这个幅值只能反映第一界面的胶结情况，不能反映第二胶结面的情况。
1.2 声波变密度测井（VDL）变密度测井是为了解决二界面胶结情况而提出的。
其井下仪器为单发单收系统，当发射器以固有（20KHZ）频率发射声脉冲时，接收器接收一个时间轴上从200～1200μs这一组约12～17个声脉冲信号，测井系统把其正半周（或负半周）的幅度转变成正比的灰度信号，那么连续测量就可以记录到整条变密度曲线。
从而实现对水泥胶结情况进行评价。
当井下仪器工作时，声波信号可以沿4个途径传播，接收器依次得到波有：套管波、地层波、水泥环波、泥浆波。
2 测井资料的解释评价2.1 单层套管的资料解释（1）、自由套管（一界面胶结差）大部分能量通过套管传播回到接收器，很少有能量进入地层中。
基于声波测井的固井质量评价技术研究
基于声波测井的固井质量评价技术研究随着国内煤层气勘探开发的进展, 对煤层气生产井的固井质量评价精度要求越来越高。
固井质量的好坏直接影煤层气开发。
在固井过程中, 水泥的胶结情况比较复杂, 套管与水泥( 第Ⅰ界面) , 水泥与地层( 第Ⅱ界面) , 其胶结情况均直接影响到固井质量的优劣。
声波测井技术经历了几十年的发展，已经成为地球物理测井学科的重要领域，对固井质量的优劣进行评价是声波测井的主要应用之一。
声波测井技术中的声波变密度测井既能测得首波声幅曲线，又能获取全波列变密度图像，对固井质量的评价尤为重要。
在声波变密度资料解释方面，往往只注重解释了首波幅度对第一界面的影响，而忽视了对变密度图像对第二界面的影响，这就使得声变资料的信息利用率有所降低。
声波首波幅度，它只能反映一界面胶结信息，无法说明二界面胶结情况；变密度图像是全波列声波信号叠加的结果，它既能定性展示一界面胶结情况，又能给出二界面声波藕和信息。
全面分析和合理应用声波变密度测井评价固井质量的技术原理，为提搞人们对声波变密度测井技术的认识程度，提高资料综合利用价值有着极其重要的意义。
一、声波变密度测井原理声波变密度测井中包括套管接箍磁性定位、自然伽马、声幅、变密度等测井曲线。
其中，声幅曲线可用来定量评价水泥环一界面胶结状况；变密度图像是评价和描述固井胶结质量的主要技术指标，既能反映一界面胶结状况，又能提供二界面胶结信息。
磁性定位、自然伽玛曲线主要用于校深或确定测井深度。
通过磁性定位、自然伽马曲线与固井前所测资料进行对比，可将测井深度校正到标准深度，然后依据声幅、变密度的相关解释标准对固井胶结质量进行评价。
声波幅度测井(测量井下声波信号的幅度)中，声波幅度的衰减与介质的密度、弹性等因素有关。
声幅测井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。
变密度测井，实际为声波全波列测井，可以接收到套管波、水泥环波、地层波以及泥浆直达波。
地球物理测#(第二章)声波测井
V1 V2 V1
C
R2
t1t2t1V B2C C2R V 1B1R
从图中所知:CR2<BR1,
t1t
T2
t2t1t2E CE1R C2RER1>CR2 V2 V1
t2t
第三十八页，共80页。
声速测井（声时差测井）
井眼补偿声波时差：
t t1 t2 2
消除井径变化产生的影响
说明
井眼补偿声波测井由于源距短，只能在井眼直径较小的井中测得地层的声速，并且 接收器收到的初至波是沿井壁传播的折射波。
超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝）
噪声测井（研究油井串槽和油气水流动情况）
声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井
第一页，共80页。
方位声波成像测井
声
波 成
偶极横波成像测井
像
测
井周声波成像测井
井
超声波成像测井
第二页，共80页。
什么叫声波？
岩石的声学性质
是一种机械波，是介质质点振动向四周
在声波测井中，可声变源的成能量很小，声波作用在岩石上的时间很短，
因而岩石弹可性以体当成弹性体，在岩石塑中性传播体的声波可以被认为是弹性波。
第四页，共80页。
岩石的声学性质
3、描述弹性体的参数
（1）杨氏模量E(定义为应力与其应变之比)
Hook定律： l aF F l S ES
EF S l l
F—作用外力；
5400
3100
17º41´
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44º05´ 30º
25º37´ 21º19´ 31º04´
第十六页，共80页。
岩石的声学性质
固井声波测井
为：相对幅度小于 20% 的井段水泥胶结良好； 相对幅度大于 30%的井段水泥胶结不好；相对 幅度为 20%～30% 的井段水泥胶结中等。显然，
该解释标准中的好、中、差的界线并不是绝对的， 它只是一个统计标准，仅供解释时参考。
（2）胶结指数法
第七页，共55页。
不相同，因此套管实际上构成(gòuchéng)了一个内、 有不同阻抗界面(jièmiàn)的声波系。套管波由波导中
同模式(móshì)组成，各模式(móshì)波的轴向传播速度 因而在传播过程中由于通过阻抗边界向两侧介质
辐射能量而引起的衰减也各不相同。理论和实际 测量表明，套管波的首波主要来自于沿套管的滑 行纵波和一次反射纵波的贡献。在井内泥浆不变
峰值后，充电结束，电容 C3两端电压达到与 B信
第二十一页，共55页。
号峰值(fēnɡ zhí)相应的最大值。随C后3向，负电载容(fùzài
T3 的输入回路(huílù)）缓慢放电，形成展宽的三角波。
T1 、T2构成组合电流放大器，它具有良好的电压
跟随和负载能力，使电容
C
的充电电压能很好地
3
跟随B信号的上升变化。
一正峰信号将通过采样门输出。 A信号的其他部
分仍如前所述，即都不能通过采样门输出。
3）展宽和记录级
第二十页，共55页。
下图 为展宽(zhǎn kuān)和记录级电路
把B信号展宽为三角波的变换(biànhuàn)是利用
C
的充放电完成(wán
3
Bc信hé号ng经)的 D2向电容 C3单向充电，当 B信号达到
zA
式中， Z为源距， ft（尺）； A0为自由套管波幅
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
条件更强。
在很多情况，可以把裸眼井声速测井的井下 仪器直接用于声幅测井，只要把工作方式设置为 单发双收的工作方式。应该指出的是，声幅测井 测量的是套管波的幅度，对仪器源距的选择应尽 量保证套管波是接收波形中的首波，也就是说声 幅测井仪器的源距不宜太长，通常选择的 源距 为1m或3ft。
（1）相对幅度法
固井声波测井
定义：
相对幅度 自 解由 释套 井管 段声 声 10幅 幅 % 0 （5-1）
自由套管声幅值由水泥返高面以上的井段测 得。根据实验数据和实践经验，解释标准一般定 为：相对幅度小于20%的井段水泥胶结良好； 相对幅度大于30%的井段水泥胶结不好；相对 幅度为20%～30%的井段水泥胶结中等。显然， 该解释标准中的好、中、差的界线并不是绝对的， 它只是一个统计标准，仅供解释时参考。
固井声波测井
水泥返高、水泥抗压强度和套管破裂等有关固井 工程质量问题都是十分重要的评价内容。由于固 井声波测井的井眼条件和测量目的都与裸眼井声 波测井不同，因此在方法原理和仪器设计上也有 其自身特点。
固井声波测井
第一节 声幅测井仪
5.1.1 声幅测井原理
声幅测井的基本原理是利用水泥和泥浆（或 水）其声阻抗的较大差异对沿套管轴向传播的声 波的衰减影响来反映水泥与套管间的胶结质量。 声幅测井仪的声探测装置是由位于井轴上相隔一 段距离的一对声发射器和声接收器构成。当发射 器发出声波后，接收器上接收到的声信号包括有 套管波、水泥波、地层波和泥浆波的贡献。上述 几种波在井中的传播路径见下页图。由于水泥对
固井声波测井
无限延伸，这就是相当与钢质裸眼井情况，套管 滑行纵波将按(zln2 z)1的规律衰减（Z为发射器 和接收器间的距离）。
对于套管井，固结良好时套管外围为水泥环， 固结不好时套管外围为泥浆（或水），或者部分 是水泥部分是泥浆。由于泥浆的声阻抗与套管的 声阻抗相差较大，而水泥的声阻抗与套管相对比 较接近，因此套管波的首波幅度与水泥环胶结质 量密切相关。
在声幅测井中，把无水泥固结的套管端称为 自由套管，自由套管中的套管波声幅最大，在有
固井声波测井
水泥固结的套管端，套管波的声幅明显下降。因 此，对套管波的幅度或衰减测量可以显示水泥与 套管的胶结情况，以及指示水泥的返高。
研究结果表明，套管波幅度除了受水泥环胶 结状况的影响外，它还会受泥浆性能、仪器源距、 套管直径、套管厚度、水泥配比、水泥环厚度以 及水泥固结时间等因素的影响。因此，在声幅测 井资料的应用中，都是采用相对幅度或相对衰减 的方法来评价水泥胶结质量。
第五章 固井声波测井
固井声波测井仪是用于套管井的一种检查和 评价水泥固井工程质量的声波测井仪器，目前常 见的有声幅测井仪和声波全波变密度测井仪，水 泥评价测井仪—CET，是斯仑贝谢公司近几年推 出的新的固定声波测井仪。
固井声波测井的主要任务是检查套管和地层 间水泥环的胶结质量，包括第一胶结面的胶结质 量—水泥环和套管间的胶结情况、第二胶结面的 胶结质量—水泥环和地层间的胶结情况。同时，
zA
式中，Z为源距，ft（尺）； A 0 为自由套管波幅 度；A为测量层段的套管波幅度。α表征了套管外 水泥固结后造成的套管波衰减。如令整个测量
固井声波测井
井段中衰减系数的最大值为 0 ，并认为 0 对应的 井段是完全胶结好的井段。对于衰减系数为α的
井段。其胶结指数为：
/0
（5-3）
对于完全胶结好的井段应有β=1。考虑到水泥厚 度，测量误差等因素，通常认为β>0
声幅测井的下井仪器由单发单收声系和电子 线路短节组成。声系仍采用频率为20KHz的压
固井声波测井
电陶瓷晶体作为发射器和接收器，在有的仪器中 也采用磁致伸缩材料制作发射器。声幅测井仪的 电子线路有强电流脉冲发射电路和接收电路两个 主要部分，接收电路负责对接收信号的放大和电 缆驱动，为了保证套管波幅度的有效测量，接收 电路应对接收信号作为失真放大，因此接收放大 器必须严格工作在线性区，这一点在接收信号强 时特别重要。我们知道，强接收信号出现在自由 套管的情况。在实际工作中，通常应在室内的校 验筒（钢筒）内对接收放大器的增益作严格调整， 以确保接收信号的不失真放大。一般来说，效验 筒的外壁为空气，这个条件比实际自由套管
固井声波测井
声波具有较大的吸收系 数，实际到达接收器的 水泥波相对很微弱，一 般可认为接收信号中无 水泥波的贡献。
套管壁的厚度很薄， 例如外径为17.7cm的 套管，其壁厚约7mm。 钢套管内充满泥浆，套 管外是水泥，由于钢、 水泥、泥浆三种材料的 声阻抗各
固井声波测井
不相同，因此套管实际上构成了一个内、外壁具 有不同阻抗界面的声波系。套管波由波导中的不 同模式组成，各模式波的轴向传播速度不尽相同， 因而在传播过程中由于通过阻抗边界向两侧介质 辐射能量而引起的衰减也各不相同。理论和实际 测量表明，套管波的首波主要来自于沿套管的滑 行纵波和一次反射纵波的贡献。在井内泥浆不变 的条件下，套管波的首波向外层介质辐射能量的 多少取决于介质的声阻抗。例如对套管滑行纵波 来说，当管外为真空时，阻抗比为∞，不向管外 辐射能量；当套管外层介质的声阻抗与钢管相同 时，向管外的能量最多，当外层介质沿径向
（2）胶结指数法
固井声波测井
相对幅度法是以自由套管中的声幅作为参考 值来评价水泥胶结质量，这种方法在一定程度上 消除了井内泥浆及套管尺寸的影响，但是对所用 水泥型号、配比、水泥固结时间的影响则无法消 除。胶结指数法将对上述影响有所改善。定义声 幅测井的幅度衰减系数为：
20lg A0 （dB/ft） （5-2）
5.1.3 声幅测井地面仪器框图
为了对声幅测量的电路原理有更详细的了解，
固井声波测井
这里具体介绍一种国产声幅测井地面仪器的电路 结构及主要电路的工作原理。
地面仪器的任务是接收和放大由电缆传送来 的声波信号，并从中选出第一正峰信号，在把第 一正峰信号处理成与其幅度成正比的直流信号供 记录仪进行照相记录，下页图是常见的一种声幅 测井仪的地面仪框图。它由同步信号发生器、延 迟单稳、门控信号发生器、放大器、采样门、展 宽级、记录级和效验信号发生器构成。