声波变密度测井技术

声波变密度测井技术及其应用

目前，胜利油田固井质量检查的主要方法是声波幅度测井和声波变密度测井。声波变密度测井是由声幅测井发展而来的。其原理是利用水泥和泥浆（或水）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、套管与地层的胶结质量。井下仪器主要包括声系和电子线路两部分。声系的功能是为了进行声波测井，包括发射探头和接收探头。仪器的源距有两种，3ft和5ft。3ft的用于声幅测量，5ft的用于变密度测量。电子线路可以挂接连续测斜仪、高分辨率声波、双侧向和双感应等探头，实现多探头组合测井。

一、声波变密度下井仪

测井仪的声系由两个压电晶体组成，一个发射，一个接收。声源的工作频率为20kHz，重复频率15～20Hz。测井时，声源发出的声脉冲在井内各个方向传播，当传播到两种介质的交界面时，会发生声波的反射和折射。

井下仪电路主要由4个单元电路组成，即逻辑单元、接收单元、低压电源及信号衰减单元、发射控制及换档脉冲检测单元。逻辑信号首先进入半峰值再生电路，检测出的逻辑信号进入逻辑形成电路，产生发射、接收直流逻辑方波，并形成同步脉冲。同步脉冲与发射逻辑共同进入逻辑控制电路，产生各种控制信号，触发脉冲送发射电路，经换能器转换成声波信号，经地层传播，被接收换能器转换成电信号而送入预放级，经隔离选择，控制晶体发射、接收，然后接收信号经增益控制、发射干扰抑制等处理，最后与发射标志脉冲经电缆传输到地面。

二、声波变密度测井能够解决的问题

1．全波列分析

全波列测井包含声波的速度、幅度、频率等信息。我们主要对前12～14个波的幅度及到达时间进行分析。一般情况下，前3个波与套管波有关，反映套管

与水泥环的胶结状况；第4～6条相线与水泥环中传播的声波信号有关，它反映水泥环与地层的胶结状况。

2.声波变密度测井检查固井质量

（1）套管外无水泥。这种情况下，套管波反射能力很强，地层波较弱或没有，变密度的相线差别不大，基本均匀分布，套管接箍明显，固井声幅为高幅值。（2）水泥与套管和地层胶结良好。这种情况下，由于套管和固结水泥的差别较小，声波大量进入地层，因而套管波很弱，地层波很强，固井声幅为低幅值。（3）水泥仅与套管胶结良好，与地层胶结差。这种情况声波不在套管界面反射而是进入水泥环。水泥环对声波能量衰减很大，传给地层的声波能量很小，所以套管波和地层波都很弱，但固井声幅显示低幅值。

（4）水泥与套管胶结一般。这种情况下套管把大部分声波能量反射回来，只有小部分声波能量进入地层，套管波和地层波都有一定的幅度。

3.声波变密度测井的优点

（1）能够对即套管与水泥和水泥与地层两个界面进行胶结状况的评价。（2）施工效率提高。采用组合测井方式，缩短了作业时间，降低了劳动强度，缩短了完井周期。

（3）在一定程度上提高了固井质量。能够对两个界面进行评价，这对固井工作的要求和固井工艺的改进是一种促进作用。

（4）可以帮助决策人员选择好的射孔层位，防止水窜。如果射孔后试油出水，一定程度上能够帮助正确认识储层性质；在低渗透井帮助确定是否采取压裂措施、确定压裂井段等参数；水泥返到地面时，声幅测井解释难度较大，可以采用声波变密度测井。

三、影响固井质量测井的因素

固井是钻完井的一道重要工序，固井质量的优劣，对测井质量会产生直接影响。因而深入分析影响固井质量测井的因素，是十分必要的。

1.微环的影响

水泥胶结时有体积膨胀到收缩的过程，从而形成有水的微小空间，称微环空间。由于套管波的传播方向与界面平行，微环空间使声耦合变差，降低了固井测井的灵敏度。

2.仪器偏心的影响

仪器偏心有两方面的影响，一是反射波到达换能器的时间发生变化；二是换能器离套管壁过近，换能器和套管之间形成多次反射，与测量波形成叠加，影响测量结果。

3.快地层或双套管的影响

快地层或双套管中，水泥环外边界光滑且边界两侧介质存在明显声阻抗差异时，在边界上会出现较强的反射回波，影响测量结果。

四、技术完善与配套

（1）加强仪器维修管理，确保仪器工作在良好性能状态。

（2）配套了胜利测井公司研制的φ89mm 的SL1418单芯声波变密度测井仪。

（3）配备了专用于侧钻井、小井眼井的φ43mm单芯声波变密度测井仪。

（4）地面系统不断更新，现在使用的全部为SL3000型数控测井系统。

通过以上技术完善和配套，达到了仪器的配套系列化，具备了完成多种类型井的服务能力。自从声波变密度测井在胜利油田推广应用以来，已先后在多个采油厂成功应用。由于自身所具备的优势，为用户在制定试油、开发方案时提供了科学可靠的资料依据，并且在实践中取得了良好效果。目前在胜利油田，声波变密度测井已经广泛应用于生产井、侧钻井、水平井和探井固井测井中。

五、结语

声波变密度测井不仅能够对套管与水泥的胶结进行评价，而且能够对水泥与地层的胶结进行评价，从而克服了普通声幅测井的片面性,提高了解释的可靠性。能够在进行试油时，防止因窜槽、气侵等原因造成的固井质量问题而导致的施工

失败。该技术的推广应用还能够提高施工效率，降低劳动强度，同时具有明显的经济效益和社会效益。