最新随钻声波测井仪的技术性能与应用实例

最 新 随 钻 声 波 测 井 仪 的 技 术 性 能 与 应 用 实 例
林 楠 王 敬 萌 亢 武 臣 杨 锦 舟 马 哲
（ 胜 利 石 油 管 理 局 钻 井 工 艺 研 究 院 ， 山 东 东 营 ） ２ ５ ７ ０ １ ７
摘 要 ： 详 细 介 绍 了 贝 克 休 斯 公 司 随 钻 声 波 测 井 仪 、 哈 里 伯 顿 公 司 随 钻 声 波 测 井 仪 、 斯 伦 贝 谢 公 司 Ａ Ｐ Ｘ Ｃ Ｌ Ｓ Ｓ 的 工 作 原 理 、 技 术 优 势 及 应 用 实 例 。 重 点 介 绍 了 随 钻 声 波 测 井 仪 为 声 学 仪 新 一 代 随 钻 声 波 测 井 仪 ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｖ Ｉ Ｓ Ｉ Ｏ Ｎ Ａ Ｐ Ｘ ） 、 与 典 型 仪 器 等 单 向 有 线 测 井 仪 不 同 的 全 向 发 射 器 、 以 实 现 径 向 多 极 器 优 化 配 置 而 设 计 的 计 算 机 模 型（ Ｆ Ｅ Ａ Ｌ Ｗ Ｄ 全 向 接 收 器 阵 列 、 具 有 多 频 调 节 功 能 的 隔 声 带 、 有 助 于 提 高 仪 器 信 噪 比 的 信 号 源 、 用 于 噪 声 探 测 子 声 源 激 发 的 ６ × ４ 。 较 全 面 地 分 析 了 三 大 公 司 最 新 研 制 的 随 钻 声 波 测 井 仪 器 的 加 速 度 计 和 用 于 不 同 地 层 不 同 测 量 模 式 的 四 极 子 波 技 术 等 ， 为 国 内 开 展 同 类 技 术 研 究 及 仪 器 的 研 制 ， 提 供 了 可 借 鉴 的 资 料 ， 并 建 议 我 国 应 该 研 发 具 有 自 的 技 术 性 能 和 应 用 情 况 。 主 知 识 产 权 的 随 钻 声 波 测 井 仪 器 关 键 词 ： 随 钻 测 井 仪 ； 声 波 测 井 仪 ； 声 波 时 差 ＋ ： 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： （ ） 中 图 分 类 号 Ｔ Ｅ ９ ２ ７ ． ６ Ｂ １ ０ ０ １ ０ ８ ９ ０ ２ ０ ０ ６ ０ ４ ０ ０ ７ ３ ０ ４
第 卷 第 期 石 油 钻 探 技 术 ， Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ ３ ４ ４ Ｎ ｏ ． ４ 年 月 ， ２ ０ ０ ６ ７ Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ Ｕ Ｍ Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｉ Ｑ Ｕ Ｅ Ｓ ２ ０ ０ ６ Ｊ ｕ ｌ ． 工 具 与 设 备
国 外 随 钻 声 波 测 井 仪 器 及 其 应 用 ２ ［ ］ ２
随 钻 声 波 测 井 仪 ２ １ 犃 犘 犡
声 波 在 不 同 介 质 中 传 播 时 ， 其 速 度 、 幅 值 及 频 率 等 声 学 特 性 均 不 相 同 ， 声 波 测 井 就 是 利 用 这 一 原 理 来 分 辨 所 钻 地 层 。 声 波 测 井 ， 由 发 射 探 ห้องสมุดไป่ตู้ 和 接 收 探 Ｔ 头 组 成 的 声 系 来 完 成 ， 最 早 采 用 的 声 系 为 单 发 双 Ｒ 收 声 系 ， 其 测 量 原 理 如 图 所 示 。 １
收 稿 日 期 ： ； 改 回 日 期 ： ２ ０ ０ ６ ０ １ １ ２ ２ ０ ０ ６ ０ ４ １ １ 作 者 简 介 ： 林 楠 （ — ） ， 女 ， 年 毕 业 于 山 东 广 播 电 视 大 １ ９ ６ ８ １ ９ ９ ０ ， 中 国 石 油 大 学（ 华 东 ） 在 读 硕 士 研 究 生 ， 工 学 应 用 电 子 技 术 专 业 。 程 师 联 系 电 话 ： （ ） ０ ５ ４ ６ ８ ５ ５ ３ ２ ７ ９
结 构 与 工 作 原 理 ２ ． １ ． １ 随 钻 声 波 测 井 仪 由 贝 克 休 斯 公 司 Ａ Ｐ Ｘ Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｑ 生 产 ， 其 结 构 见 图 。 该 仪 器 声 源 以 最 佳 频 率 向 井 眼 ２ 周 围 地 层 发 射 声 波 ， 声 波 在 沿 井 壁 传 播 的 过 程 中 被 接 收 器 检 测 到 并 被 接 收 ， 接 收 器 采 用 了 先 进 的 嵌 入 技 术 ， 将 接 收 到 的 声 波 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 信 号 ， 获 取 地 层 声 波 时 差 （ ） ， 而 后 将 原 始 声 波 波 形 数 据 和 预 狋 Δ 处 理 的 声 波 波 形 数 据 ， 存 储 在 高 速 存 储 器 内 。 主 要 技 术 性 能 ２ ． １ ． ２ 计 算 机 模 型 （ ） 。 该 模 型 是 为 声 学 仪 器 的 优 Ｆ Ｅ Ａ
图 声 波 测 量 原 理 １
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石 油 钻 探 技 术 年 月 ２ ０ ０ ６ ７
２ 犆 犔 犛 犛 化 配 置 而 设 计 ， 同 时 具 备 有 助 于 不 同 窗 口 模 式 的 评 价 ２ 结 构 与 工 作 原 理 ２ ． ２ ． １ 。 和 解 释 随 钻 声 波 测 井 仪 又 叫 补 偿 声 波 测 井 仪 ， 由 Ｃ Ｌ Ｓ Ｓ 全 向 发 射 器 。 与 典 型 的 仪 器 等 单 向 的 有 线 哈 Ｌ Ｗ Ｄ 里 伯 顿 公 司 生 产 ， ， 其 结 构 如 图 所 示 外 壳 是 一 个 ３ ， 发 射 器 使 用 一 组 圆 柱 形 压 电 晶 体 ，光 测 井 仪 不 同 Ａ Ｐ Ｘ 滑 的 圆 柱 筒 。 其 工 作 原 理 与 单 发 双 收 仪 器 基 本 类 对 井 眼 和 周 围 地 层 提 供 的 覆 盖 范 围 ， 其 声 源 能 似 ３ ６ ０ ° ， 发 射 器 和 接 收 器 的 工 作 主 频 范 围 为 １ ０ ２ ０ ０ ０ ０ ～ 频 率 范 围 内 调 频 ， 并 可 以 以 单 极 Ｈ 够 在 １ ０ １ ８ ０ ０ ０ Ｈ ｚ ～ 。 因 发 射 器 和 接 收 器 为 非 全 向 的 ， 它 们 安 装 在 筒 ｚ 。 子 和 偶 极 子 发 射 体 的 一 侧 。 这 种 结 构 可 以 消 除 诸 如 井 径 、 岩 层 厚 度 、 。 ， 全 向 接 收 器 阵 列 接 收 器 阵 列 间 距 ６ × ４ ２ ２ ８ ． ６ 周 波 跳 跃 等 对 声 波 测 量 的 不 利 影 响 。 记 录 的 是 Ｃ Ｌ Ｓ Ｓ 。 这 种 全 向 结 构 类 似 于 电 缆 测 井 系 统 ，声 Ｘ Ｍ Ａ Ｃ ｍ ｍ 波 时 差 的 平 均 值 ， 对 井 眼 因 素 的 影 响 起 到 补 偿 作 接 收 器 阵 列 与 声 源 排 成 一 条 线 ， 以 实 现 径 向 多 极 子 声 用 。 。 源 激 发 隔 声 带 。 其 作 用 是 避 免 声 波 从 仪 器 的 发 射 器 直 接 。 的 隔 声 带 空 间 设 计 为 ， 具 向 接 收 器 传 播 Ａ Ｐ Ｘ ３ ｍ ， 其 信 号 衰 减 能 力 可 达 ， 有 多 频 调 节 的 功 能 － ４ ０ ｄ Ｂ 隔 声 效 果 极 好 。 信 号 源 。 实 验 室 试 验 显 示 ， 该 仪 器 信 号 源 和 仪 器 ， 在 高 频 段 （ ） 时 外 筒 间 的 声 音 连 接 ２ ０ １ ０ ０ ０ ０ Ｈ ｚ ～ ， 在 时 最 差 ， 在 钻 柱 表 面 开 浅 槽 有 助 于 较 好 １ ６ ｋ Ｈ ｚ 。 提 高 仪 器 的 信 噪 比 接 收 器 。 该 仪 器 的 声 源 具 有 优 化 发 射 频 率 功 能 ， 其 接 收 器 有 几 个 比 仪 器 本 身 信 号 低 很 多 的 波 段 可 以 ， 图 随 钻 声 波 测 井 仪 结 构 ３ 犆 犔 犛 犛 技 术 优 越 性 。 在 关 掉 发 射 源 的 ２ 显 著 减 少 接 收 器 及 钻 柱 连 接 的 干 扰 ． ２ ． ２ ） 针 对 和 井 眼 设 计 ， ， 该 仪 器 测 试 到 的 信 号 主 要 来 自 于 频 率 低 于 情 况 下 ２ １ ５ ． ９ ｍ ｍ ３ １ １ ． １ ｍ ｍ ５ １ 井 径 适 用 范 围 。 的 钻 头 噪 音 。 １ ７ １ ． ５ ７ ６ ２ ． ０ ｍ ｍ Ｐ Ｄ Ｃ ｋ Ｈ ｚ ～ ） ， 具 有 较 高 的 声 绝 缘 性 其 独 特 的 声 差 隔 离 器 用 于 噪 声 探 测 的 加 速 度 计 。 在 接 收 器 上 安 装 了 ３ ２ 高 效 的 发 射 极 、 接 收 极 ， 既 可 保 证 仪 器 具 有 高 信 噪 个 加 速 度 计 ， 用 来 捕 捉 钻 井 液 流 动 和 钻 进 时 钻 柱 振 动 和 和 高 抗 干 扰 性 能 ， 又 能 提 高 在 软 地 层 的 测 井 能 力 。 ， 然 后 通 过 优 化 滤 波 技 术 提 取 地 层 信 号 。 比 产 生 的 噪 音 ） 发 射 器 和 接 收 器 的 非 全 向 性 及 其 安 装 方 式 ， 较 大 的 动 力 范 围 。 该 仪 器 具 有 较 大 的 信 号 采 集 动 ３ 该 仪 器 具 有 测 量 自 身 与 井 壁 间 隙 的 能 力 。 当 井 下 装 ， 能 够 显 著 提 高 信 号 穿 越 地 层 的 能 力 ， 有 助 于 使 力 范 围 置 处 于 旋 转 状 态 时 ， 这 种 结 构 有 助 于 改 善 波 形 ， 识 别 。 信 号 的 提 取 规 则 井 眼 ； 另 外 ， 还 可 作 为 一 个 精 度 较 低 的 井 径 测 四 极 子 波 技 术 。 首 次 采 用 四 极 子 波 发 射 技 术 ， 同 不
［ ］ １ 声 波 测 井 仪 的 测 量 原 理 １
当 发 射 探 头 被 激 发 后 ， 按 一 定 的 指 向 特 性 形 Ｔ 成 逐 渐 扩 散 的 声 波 场 。 发 射 信 号 穿 过 地 层 ， 先 后 被 其 下 方 的 、 接 收 探 头 接 收 。 假 定 发 射 探 头 与 最 Ｒ Ｒ Ｔ １ ２ 近 的 接 收 探 头 的 距 离 为 ， 、 之 间 的 距 离 是 Ｒ 犾 Ｒ Ｒ １ ０ １ ２ ， ， 又 假 定 在 时 刻 首 次 接 到 信 号 在 时 刻 犾 Ｒ 狋 Ｒ 狋 １ １ ２ ２ 首 次 接 到 信 号 。 从 公 式 ／ （ ） 中 不 难 看 出 ， 狏 ＝ 犾 狋 － 狋 ２ １ 对 于 不 同 的 地 层 ， 所 测 到 的 时 差 不 同 ， 相 应 的 声 速 狏 也 不 相 同 ， 据 此 就 可 以 判 断 临 近 地 层 的 状 况 。
近 年 来 ， 声 波 测 井 技 术 已 成 功 应 用 于 随 钻 测 量 （ ） 和 随 钻 测 井 （ ） 中 。 随 钻 声 波 测 井 技 Ｍ Ｗ Ｄ Ｌ Ｗ Ｄ 术 ， 为 钻 井 施 工 和 储 层 评 价 提 供 了 全 面 的 数 据 支 持 和 测 井 解 释 。 在 钻 井 施 工 中 利 用 随 钻 声 波 测 量 数 据 可 以 提 高 钻 井 效 率 ， ， 。 优 化 钻 井 作 业 改 善 钻 井 安 全 该 技 术 发 展 迅 速 ， 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 ， 但 是 目 前 主 要 被 斯 伦 贝 谢 、 哈 里 伯 顿 和 贝 克 休 斯 三 大 公 司 所 垄 断 ， 国 内 尚 未 见 到 相 关 仪 器 的 使 用 报 道 。 因 此 ， 尽 快 研 究 随 钻 声 波 测 井 技 术 和 开 发 随 钻 声 波 测 井 仪 器 ， 是 目 前 国 内 钻 井 工 程 技 术 领 域 面 临 的 重 要 课 题 之 一 。