井周声波扫描成像测井

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进,改善了井下声波电视的成像功能,改进了换
能器的设计,增加了扫描频率。
在后续的图像处理方面也进行了较多的研究, 提高了图像的质量和分辨率,能够在不同井液的 环境状态下获得清晰的图像,可以在各种井眼条 件下提供高质量高分辨率的井眼图像,发展了 “井周声波扫描成像测井”方法。
1.发展历程
目前 “声波井下声波电视”这个术语修改为 “井周声波成像测井”;在成像测井方法中的 “井下电视”,则主要是指井下光学成像方法。
套管井模式下的测量可以确定这些物质的声阻
抗,也可以确定套管与套管外水泥的胶结程度 。
4.仪器结构
CAST-V 井下仪器包括:电路部 分、定位单元及扫描头单元。 电路部分:触发测量换能器和泥 浆槽换能器,处理扫描数据并传 输到地面,对地面传输的命令进 行编译。 定位单元:包括 X 轴和 Y 轴两个 定位装置;成像方式下可以提供 倾角、方位和相对方位。套管模 式下可以提供倾角和相对方位。
井周声波成像测井代表性的仪器有, HES : CAST ( Circumferential Acoustic Scanning Tool) SLB:UBI(Ultrasonic Borehole Imaging) Baker Hughes : CBIL ( Circumferential Borehole Imaging Logging)
信号的幅度与井壁表面的情况有关,反射波幅度
图像通常用来探测井壁地层的各种性质。 所有的超声波井壁成像方法都与井筒内流体与 井壁界面的反射波能量有关。
2.物理基础与方法原理
反射波幅度 反射波能量的大小可以利用反射系数来表示, 反射系数的表达式如下:
R ( 2V2 cos 1 V1 V1 sin )
《测井新方法》
第2讲 井周声波扫描成像测井
张元中 地球物理与信息工程学院测井系
《测井新方法》
主要内容
1、声成像测井发展历程
2、物理基础与方法原理 3、CAST-V的测量原理
4、仪器结构
5、采集的信息及用途
1.发展历程
“井周声波扫描成像测井”简称“声成像测井”。 1969 年, Mobile 公司的研究
井眼流体的声波速度有关。
井眼不规则时,不同井段的传播时间会有差异, 传播时间的测量能够提供井径的信息。
2.物理基础与方法原理
传播时间
在测量到传播时间参数以后,为了计算换能器
到井壁的距离,需要知道井眼流体的声波速度。
钻井液的密度在不同的地层深度上分布不同,
在不同的井段上有不同的声波速度。 在测井过程中,通过由一个安装在仪器底部的
3.CAST-V的测量原理
成像模式 黄色的方块表示换能器, 发射具有一定能量的超声 脉冲; 穿过井眼流体(红线, Transmitted ) , 撞 击 到 井壁上。
在井壁上大部分能量被返回到发射换能器(黑
线,Reflected)。
3.CAST-V的测量原理
在成像模式下,CASTV记录两种测量数据:传
为了在确保换能器在井下工作时聚焦,可以调 节其尺寸以适合不同井眼尺寸的大小。 超声波井眼成像测井既可以在水基泥浆,也可 以在油基泥浆中进行测井;在油基泥浆中,由于 衰减太快而对钻井液密度有上限,依赖于钻井液 中固体颗粒和各种其它因素,一般是1.8g/cm3。
3.CAST-V的测量原理
CAST-V 是 以 超 声 波 扫 描 测量方式对井壁地层成像。 有2个换能器,主换能器安 装在一个旋转的扫描探头上, 探头发射并且接收来自套管 或地层的反射波信号。
第二个换能器安装在一个 固定的位置,提供关于流体 传播时间数据。
3.CAST-V的测量原理
井壁地层声阻抗的变化,包括由岩性、物性的 变化及裂缝、孔洞、层理等沉积构造引起的变化 使收到的回波幅度发生变化。仪器将记录到的回 波幅度以及回波时间(仪器至井壁的距离)按井 周360°显示成彩色或灰度等级图像。 CAST-V 有 两 种 测 井 模 式 , 分 别 是 成 像 模 式 ( Imaging Mode ) 和 套 管 井 模 式 (Case Hole Mode)。成像模式既可以用于裸眼井,也可以用 于套管井;而套管井模式通常只用于套管井。
2.物理基础与方法原理 井壁声波成像测井仪的工作原理,是以脉冲回
波法为基础。 在仪器的底部安装一个超声换能器(自发自 收),以脉冲 - 回波的方式向井壁发射声波脉冲 信号并且接收井壁反射回来的声波信号。
在仪器沿着井眼上下移动的过程中,换能器以
360o的角度对井壁进行扫描,反射幅度和传播时
间被测量并且记录下来显示成图像。
1995 年, SLB 又推出了一种新型的超声波井眼 成像测井仪UBI,换能器工作频率为2MHz的聚焦 换能器,以7.5r/s的速度高速旋转。仪器可以探测 由套管内壁和套管外壁返回的两种回波,用来探 测套管内部和套管外部受腐蚀的情况。
1.发展历程 1980年以后各个公司先后对声成像技术进行改
播时间和反射波幅度。 幅度测量是指返回信号的反射波首波幅度。发
射器每发射一次,同时记录幅度和传播时间。
3.CAST-V的测量原理 成像模式 反射波幅度和传播时间均能够以黑白图或彩图 的形式成像。 通常情况下,浅色代表传播时间短,接收信号 的能量高(幅度高);深色代表传播时间长,接 收信号的能量低(幅度低)。
裸眼井:评价裂缝、孔洞、井壁的情况等。
套管井:揭示套管形变、磨损、孔眼、裂口和 套管内壁上的其它异常来评价套管的完整性等。
3.CAST-V的测量原理
套管井模式 换能器发射的超声脉冲, 穿过井眼流体(红线, Transmitted ) , 撞 击 到 套 管壁上,在套管壁上大部分 能量被返回到换能器(黑线, Reflected)。 套管内的每一次反射,一部分能量直接返回到
首波幅度和谐振计数用于计算声阻抗。传播时 间和泥浆槽传播时间一起用于计算井径,而套管 壁厚是用谐振频率来计算的。
在套管模式下可以确定套管内半径和套管壁厚 度。套管厚度与套管外径测量结果相结合,用来 指示套管外部缺陷。
3.CAST-V的测量原理 套管井模式
对波形资料进一步处理可以得到有关套管和井 壁之间环形空间中物质的信息。环形空间中的各 类充填物质包括水泥、钻井泥浆、水、气、或这 些物质的混合物。
1990年,HES发展了井周声波扫描测井仪CAST, 中心频率为450kHz。1996年推出了新一代声波井 周扫描成像测井CAST-V。
1.发展历程
1991年,SLB的USI投入生产服务。该仪器的声 学 探 头 中 心 频 率 为 500kHz , 带 宽 为 200kHz700kHz。既能在裸眼井中对储集层的裂缝、夹层 等进行探测,也能对套管外水泥环的分布、串槽 流体的相态进行识别。
早期井下声波电视测井仪的缺点是测井速度低, 在地面采用模拟记录,成像设备的技术水平不高, 在生产中没有得到广泛应用。
1.发展历程
20世纪70年代后期,数字记录方式被用到测井
技术中,井下声波电视得到较快发展。
在这一个时期,以 AMOCO公司井下声波电视
测井仪为代表,声学探头每秒钟绕井轴旋转 3周,
1.发展历程
Atlas公司在CBIL的基础上还发展了数字井周成 像测井仪DCBIL,该仪器有两个声学换能器,直 径分别为 1.5in 和 2in ,工作频率为 250kHz ,在泥 浆比重较大的条件下也可以获得优质的图像,可 以在导电和非导电的泥浆中应用,并且能够得到 井周连续的360o图像。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
下应用了聚焦的超声换能器。这种换能器具有凹
型的表面,能够把超声波束聚焦到比换能器本身
更小的面积上。通过这种方法,空间分辨率得到
改进,偏心影响和对井眼不规则的灵敏度减少。
2.物理基础与方法原理 现在所用换能器的频率范围为 200-500kHz ,比 早期的频率低,通过优化高分辨率和在钻井液中 的穿透能力强的性能而得到。
2.物理基础与方法原理
方法原理
换能器在井中走的是螺旋
轨迹。螺旋间距依赖于测井
速度。
测井速度越快,间距就越 宽。
采样原理决定了该方法较
低的测井速度。
2.物理基础与方法原理
影响超声波井眼扫描成像的一个关键参数是换 能器的频率。早期的仪器采用的换能器频率约为 2MHz,目前的仪器已经降为几百kHz。 现代超声波成像测井仪的一个重要改进是在井
2.物理基础与方法原理
井壁声波成像测井所使用的脉冲-回波法,使用
的不是连续波,而是具有一定持续时间、按照一
定频率断续发射的超声波脉冲。 脉冲声波在介质中传播时,遇到声阻抗发生变 化的各种异常体,则在分界面处将产生反射,该
方法通常也称为脉冲-反射法。
2.物理基础与方法原理 反射波幅度
当发射换能器发射的声波通过泥浆入射到井壁 上时,一部分能量会从井壁反射回来;反射声波
接收器,一部分能量沿套管外的物质传播。
3.CAST-V的测量原理
套管井模式 换能器最初接收到来自套管 内壁的返回信号及随后到达
的随指数衰减的信号,它反
映了套管的胶结情况; 胶结状况差的衰减慢,而胶结好时衰减快,由 套管和水泥的耦合情况决定的。这些参数以黑白 图或彩图显示。
3.CAST-V的测量原理 套管井模式 在套管井模式:传播时间、首波波峰幅度、谐 振窗计数和套管壁厚。
4.仪器结构
扫描头单元:包括两个超声换 能器; 第一个换能器安装在旋转扫描 头上,当它发射一超声脉冲后马 上开关到接收方式,接收信号经 电路处理后上传到地面; 第二个换能器是泥浆槽换能器, 测量井眼中流体的声速,确定井 眼流体的传播时间。
每旋转 1 周向井壁发射 480-512 次频率约为 1MHz
的声波脉冲,测井速度为90m/h,得到井壁二维
黑白展开图。
1.发展历程
20世纪80年代,井下声波电视测井仪由模拟记
录向数字记录的转变,成果显示为彩色图,且在
裸眼井中能够显示井下的磁北方位,使该仪器具
有定位的功能。
代表性仪器是Standford大学井眼地球物理实验 室研制的非商业性仪器,声学探头主频为 1.25 MHz ,每秒钟绕井轴旋转 3 周,每旋转 1 周向井 壁发射600次声波脉冲,测井速度为90m/h。
1.发展历程
80年代后期,SLB发展了井下声波电视测井仪 ( BTTB ),探头中心频率为 320kHz 和 480kHz 两种,探头每秒旋转12周。 1990年,Western Atlas公司的数字井周成像测 井仪CBIL投入市场服务,声学探头有250kHz和 500kHz 两种,对井壁声学界面的分辨率可以达 到厘米级,探头每秒旋转6周,每旋转1周向井壁 发射250次声波脉冲,测井速度可以达到182m/h (600ft/h)。
2 2
( 2V2 cos 1 V1 V1 sin )
2 2
1 , V1 是井内流体的密度和声波速度
2 ,V2
是地层的密度和纵波速度;为入射角
V 为声阻抗,反映岩石的声学特征
2.物理基础与方法原理
传播时间 传播时间:指换能器发射声波信号,穿过泥浆 到井壁;再由井壁反射回来,穿过泥浆回到换能 器的时间。 传播时间既与换能器到井壁的距离有关,也与
独立的换能器来持续测量井筒流体的声波速度。
2.物理基础与方法原理 传播时间
井筒流体的声波速度
Vf 2d m t am
d m 为泥浆中换能器和反射面之间的距离
t a m为泥浆中脉冲信号的传播时间
换能器到井壁的距离
d V f ta 2
t a为声脉冲的传播时间
2.物理基础与方法原理
方法原理 红色圆球换能器 , 按照顺时 针方向旋转,记录点成螺旋 式上升。 测量井壁反射波的幅度和及 传播时间,经定向后可以获 得按照地理北、磁北或其它 方式的井周声波幅度和传播 时间图像。
人员应用超声成像技术研制成
第 一 代 井 下 电 视 BHTV
( Borehole Televiewer ),成
为第一种能够在油井中应用的 井下成像测井方法。
1.发展历程
早期的井下电视采用超声波成像原理,类似于 对井壁进行超声扫描,连续记录井壁的图像。在 裸眼井中,可以获得井壁的直观图像,显示井壁 上的裂缝、崩塌及岩性界面等;在套管井中,可 以用于评价套管腐蚀和破损,套管状态及射孔孔 眼的位置和状况等。
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