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1、第七章 声波井下电视、体积扫描以及其他测井方法,第一节 声波井下电视,除了利用滑行波，还可以利用反射波进行测量，这就是利用反射波幅度进行成像测井的声波井下电视和体积扫描测井,利用反射波的能量与反射界面的声阻抗有关的原理，通过测量反射波的能量的强度来了解井壁岩石和套管状况。,一：测量原理,1.换能器,井下用一个换能器既作发射又作接收，在两次发射的中间作接收。,2 换能器工作方式,以恒速在井中绕仪器轴旋转并发射和接收声波,3.图象的记录,换能器转一周，同时垂直向井壁发射2MHZ左右的超生脉冲，在仪器上升测量中，换能器向井壁作螺旋状连续声波扫描。,由于井内泥浆性质固定，反射波的能量只与井壁状况有关。
2、,声阻抗大的井壁,R大，反射波强,反之亦然,将反射波的信号放大后，送入示波管作为示波器的辉度控制信号，反射波的强弱变为扫描线的亮暗，用照相机同步照相记录。,砂泥岩剖面：砂岩亮区 泥岩 暗区,孔洞,孔洞,如果裂缝与井眼相交，则可确定裂缝的倾角：,h,3 检查套管的损伤完好的套管为白色，孔洞为黑色，断裂为黑色的条带,3 检查套管的损伤完好的套管为白色，孔洞为黑色，弯曲断裂为黑色的条带,纵截面图,水泥评价测井CET下井仪器由8个超声换能器和一个参考换能器组成，见图215。它不仅能反映套管井中两个声学界面的胶结情况，而且对管外水泥胶结具有圆周分辨力和纵向分辨率。8个换能器按螺旋形排列，相邻两个之间夹角
3、为45，各自探测套管的45角范围的空间。,1.水泥评价测井CET和方位声波成像测井SBT,其他声幅测井方法,方位声波成像测井仪SBT是贝克阿特拉斯公司推出的水泥胶结评价测井仪。SBT同样是根据测量回波的声幅变化来反映固井质量，但它提供井周每60方位的水泥胶结质量状况。SBT测井仪具有6个推靠极板，6个推靠极板呈间隔60方位排列，每个推靠极板上有一个声波传感器。测井时推靠极板将声波传感器推靠在套管壁上贴套管壁测井。,SBT能够从每间隔60的方位对套管井井壁周围的水泥胶结情况进行测量，其发射和接收探头平面展布如图216所示。SBT环能同时提供声波变密度测井资料。,图2-16 SBT声系结构平面展示
4、图,图中最后一道中的6条灰色面积曲线为SBT6个声波传感器测量得到的6个扇形区域的套管波强度衰减曲线。所不同的是CBL直接输出声波幅度曲线，而SBT输出的是幅度衰减曲线。灰色面积曲线的幅度越高，表明套管波强度衰减越大，第一界面胶结越好，如图中的X120X240井段，除局部井段（X170附近）外，声波强度衰减幅度都很高，表明该井段套管与水泥环胶结好，声波藕合好，大量的声波能量都藕合进入到了水泥环中。,井壁地层及套管技术状况评价测井,目前用于井壁介质（井壁地层或套管）状况评价的测井方法主要有Schlumberger的BHTV(Borehole Televiewer)和UBI(UltraSonic
5、Borehole Imager)以及Baker Altlas的CBIL(Circumferential Borehole Imaging Log)等井壁成像测井仪。这些测井仪器既可应用于裸眼井中研究井壁表面特征，也可应用于套管井观察套管内壁，仪器都包含声系、信号采集、信号传输与地面处理及显示4个组成部分。声系部分由一个能旋转的声波探头构成，该声波探头兼作发射探头和接收探头。测井时，声波探头以固定速率旋转，对井眼的整个井壁进行360扫描测量。由于声波探头旋转测量的过程中，仪器也以一定的速率在井中上提，因此，仪器的记录点都为螺旋上升。,1 井周声波成像测井仪CBIL CBIL(Circumfere
6、ntial Borehole Imaging Log)是Baker Atlas公司的井周声波成像测井仪，仪器结构、测量原理与UBI等超声成像仪相似，在不同的井径或钻井液状态下采用不同的发射器工作，以适应复杂的测井环境。不同的是CBIL的声波发射器由两个直径分别为1.5in和2.0in的半球组成，声波发射器的发射频率为250400kHz。测井过程中，换能器以顺时针方向旋转，对整个井壁进行360扫描测量，其垂向分辨率可达0.762cm。,CBIL资料主要用于确定地层的构造特征、沉积环境，描述原生孔隙度和次生孔隙度（如孔、洞、缝等），以及确定井眼的几何形态和井壁崩落情况。此外，它还能在套管井中确定套
7、管厚度，了解套管是否变形和损伤。图为某井段的CBIL输出的时间图像和幅度图像，由图可见，幅度图像比时间图像具有更高的分辨率。,CBIL井壁成像测井资料包含的地层信息通过成像图上的颜色、形态等反映出来。按图像颜色可分为浅色、暗色及杂色三类，分别代表了不同的地质意义，如高声阻抗、低声阻抗及声阻抗非均质地层。因此，凭借成像图上颜色的深浅变化可以对岩性、裂缝等进行识别。按图像形态分类，可分为块状、线状、条带状、斑状等模式，它们也分别表示不同的地质意义。,（1）块状模式。指颜色较单一的均质块状结构，代表一种块状沉积结构，表明沉积中不发育裂缝、层理、孔洞等。亮色块状指示岩性较致密的地层，如致密碳酸盐岩、致
8、密火成岩、块状砂岩等；暗色块状指示典型的泥岩及缝洞发育的碳酸盐岩和火成岩等。（2）条带状模式。图像上显示为明暗相间的条带状，指示为砂泥岩互层沉积环境。,（3）线状模式。图像上显示为线状，指在一定范围内由于声阻抗或电阻率的变化，而导致图像颜色突变。线状模式可指示裂缝、人工诱导缝、层面、冲刷面、缝合线、不整合面、断层等不同特征。各种特征容易混淆，因此，正确识别它们是裂缝识别和计算的关键。（4）斑状模式。成像图呈现为斑状，多为溶蚀孔洞或井壁地层剥落（对声成像）等。当地层有角砾或砾石存在时，图像呈亮色斑状。,各种井下声波成像测井仪都可以同时输出一张反射回波幅度成像图和一张反射回波到达时间图，反射回波幅
9、度成像图比反射回波到达时间图具有更高的精度。反射回波幅度成像图一般通过颜色的明暗变化来反映测量介质的表面特征：井壁声阻抗大，反射波强，颜色亮；井壁声阻抗小，反射波弱，颜色暗。反射回波到达时间图一般也通过颜色的明暗变化来反映测量介质的表面特征：井径大，颜色暗；井径小，颜色亮。,输出图像资料的特点,处理成果:声波回波幅度图像声波回波时间图像详细井眼形状图 声波回波幅度、时间平均值曲线,主要应用:识别椭圆井眼、确定椭圆长轴方向井眼形状描述,推算地应力方向裂缝、溶洞的识别识别薄层地层评价套管内径和厚度评价,CBIL成果及应用,纵向分辨率1-3cm,探测深度30cm左右,天然裂缝,井眼崩落,与BHTV相
10、比，UBI和UST具有更高的测量精度和更好的图像质量，UBI的垂向分辨率变化范围0.20.4in（0.508-1.016cm）。UBI和USI的探头结构相似，（图中的探头适用于不同井眼，根据井眼大小，UBI和USI仪器的声波探头可以拆换）。,(b)标准测量模式（c）流体性质测量模式,仪器有两种工作状态，即流体性质测量和标准测量，如图222(b)、(c)所示。探头逆时针旋转用于测量套管和井壁的声波性质，为标准测量模式；探头顺时针旋转测量井内流体的声学特性，为流体性质测量模式。,UBI可以在250kHz和500kHz两种声波频率下工作；USI可以在195kHz、650kHz两种声波频率下工作。根据
11、钻井液类型、密度不同，可选取不同的工作频率。在高分散相钻井液体系中，采用较低频率的超声波能够得到更好的图像效果。UBI has two operation frequencies,250kHz and 500kHz.And USI,195kHz,650kHz.Based on mud type,density to select available frequency.,右图示意地给出了UBI幅度资料和井径(Borehole Radius)资料在井眼应力垮塌(Breakout)、键槽(Keyseat)等研究中的应用。从图上可见，应力垮塌出现在井壁的对称方位上；而键槽仅在井壁的一个方位上出现。,
12、井眼垮塌和键槽的UBI显示,Corresponding to the ellipse borehole,breakout,keyseat and etc.UBI image shows dark points or black lines,DSI仪器结构图,采集短节,阵列接收器,单极发射器,偶极发射器,处理成果STC纵波、横波、斯通利波时差提取NDE声波能量损失处理STFRAC斯通利波裂缝分析 STPERM斯通利波渗透率分析ANISOTROPY 地层各向异性分析,主要应用确定孔隙度地层渗透性指示气水判别裂缝识别及有效性评价地层各向异性预测主裂缝走向及地应力方向,DSI成果及应用,四、声波成像测
13、井资料应用 1.探测气层：利用纵横波速度比在气层变大的特点进行。2.识别裂缝：斯通利波在裂缝段具有反射系数增大的特点，反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。3.估算地层渗透率：利用斯通利波的幅度和速度来估算，虽然没有切实可行的计算公式，但定性指示已得到实际应用，斯通利波能量衰减越大，表示渗透率越高，反之越低。,四、声波成像测井资料应用 4.判断地层各向异性：通过分析两个正交偶极发射器压力脉冲到达接收器时产生的两列波形的时间差和相位差，可以判断地层的各向异性，评价垂直微裂缝和地应力状态。5.分析岩石机械特性：通过偶极横波成像仪测井资料和体积密度，可以计算出地层条件下的岩石力学参数，从而进行出砂分析、水压裂缝高度和井眼稳定性等方面的研究。,温泉1-1井斯通利波能量及波形变密度,BARS仪器结构图,井眼反射/折射成像测井（BARS）,BARS测量原理图,BARS 在垂直井中用折射波测量原理图,BARS测量原理图,BARS测量成果图,七里19井长兴组裂缝段BARS实测结果,小 结,1.BHTV测井仪器结构和测量原理？2.BHTV测井成像原理是什么？3.不同地层和井眼在BHTV图像有什么特征？4.BHTV测井有什么应用？5.CBIL测井原理与应用?6.UBI,USI测井原理与应用？7.声波成像测井资料有哪些应用？,
