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1、主讲人：李维彦,长江大学地球物理与石油资源学院,第十章 套管井中声波测井,在套管井中测量声波信号的声幅测井主要用于评价固井质量，也称水泥胶结测井(CBLCement Bond Logging)。主要内容：1 套管井中波成分 2 声波波型与固井质量关系 3 声幅测井及其应用 4 变密度测井（VDL）,11163,微妙,/,英尺,砂岩,骨架,声速,18000,英尺,/,秒,砂岩,骨架,时差,55.5,微妙,/,英尺,10.1 套管井中波成分,接收器依次得到波有：套管波、地层波水泥环波、泥浆波,一、套管波(纵波横波复合波):1套管波特性通过套管传播的波叫套管波即滑行波、一次反射波及多次反射波（能量很
2、弱）.滑行波与一次反射波到达接收器时间只差0.2us，可看作同时到达。,套管波只与源距、套管、仪器尺寸有关到达接收器时间在全井段是不变的,套管波的声强（或幅度）大小与水泥胶结好坏有关，设12为折射系数,23为反射系数,入射声强为J0,则反射声强为:J=J01223 21=J0 21223说明反射声强与套管水泥界面反射系数23有关.胶结不好23就大,声强幅度增大;管外是水泥还是泥浆或空气,接收套管波相差45倍。因此套管波幅度的大小可确定第一界面水泥胶结质量。,1套管外为水2套管外为固结水泥 以d=14cm测得的声幅为100%,1)套管特性影响：(1)套管直径的影响:套管直径本身对套管波衰减无关,
3、反映了泥浆对套管波的衰减影响,直径大衰减大,套管波幅度减小.,2套管波影响因素,套管外有水泥,3000,(2)套管厚度的影响:自由套管时,厚度影响不明显,当外有水泥时,套管波衰减与厚度有关,厚度大反射回井中套管幅度大,衰减系数变小.(这与声场能量分布有关,套管厚度一般),由于泥浆、仪器测量条件影响，套管波不规则，要求记录本井自由套管幅度，用于刻度。,2)水泥环参数的影响:(1)水泥抗压强度的影响:水泥环抗压强度大,进入水泥环的能量就多,套管波就变小,衰减变大;计算抗压强度值与出厂值比较(标定值),两者相等为胶结好,小于出厂值可能为套管与水泥胶结不好有裂隙或窜槽、水泥不纯、水泥凝固时间不够（一般
4、48小时）。（2）水泥环密度或声速影响：波阻抗Z大，进入水泥环的能量多，套管波幅度就低，衰减大；,1理论计算 2纯水泥加40%水，大气压3纯水泥加40%水，800psi 4加8%膨润土 800psi 5水泥、火山灰各50%800psi 85F,L=5ft,A=16%A0,套管厚0.304,查得100PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);A=2.6%A0,套管厚0.304,查得500PSI(1PSI=0.0704kg/cm2);,水泥抗压强度的影响,(3)水泥环厚度影响：厚度小(1.905cm变化不明显;,3)水泥凝固时间对套管波的影响,实验水泥块凝固时间,水泥凝固时间长,水泥强度大,套
5、管波愈能透射到水泥环向地层传播使套管波幅度下降,衰减系数增大响.水泥凝固时间受速凝剂、水灰比、水泥中杂质等影响，实验考察3048小时进行声幅测井比较合适。,二、水泥环波:在第一界面上不会出现滑行波，只有一次或多次反射波（sin2/sin3=V2/V3,V2V3),由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密,一般水泥环的能量很弱,常被其它波列所掩盖,忽略不计.,三地层波,1)包括地层纵波地层横波;2)到达时间跟岩性有关:砂泥岩剖面:比套管波到达晚 碳酸岩剖面:比套管波到达早3)幅度跟岩性和胶结质量有关:,管外无水泥胶结，为自由套管仅套管与水泥胶结，水泥与地层无胶结套管与水泥、水泥与地层部分胶结低速地层
6、，套管与水泥、水泥与地层胶结良好高速地层，套管与水泥、水泥与地层胶结良好,10.2 声波波型与固井质量的关系,从全波列上来分析，为声幅测井、变密度测井提供方法原理。分几种水泥胶结类型来讨论。,一、自由套管,声波波型与固井质量的关系,套管,地层,(1)L=5ft，T=320us出现套管波，幅度大，固井声幅测井往往以自由套管波幅度作刻度的；(2)套管波有规则，其周期可以计算套管波的频率(18kHz);(3)整个波型的包络线有高的振幅和能量,延续时间长;(4)无地层波,在945us左右出现泥浆波。,V1V2 V3 V1 V4,二、仅套管与水泥胶结（仅一界面胶结好）,320us,945us,此时大部分
7、能量进入水泥环（水泥环波衰减大），套管波幅度很小，其特点：(1)320us(L=5ft),由于一界面胶结好,套管波幅度大大减小;(2)套管波后为水泥环波,衰减无规则,幅度小,有时无显示;(3)无地层波,仅少量能量环形流体层(泥浆),进入地层更少;(4)最后出现为泥浆波.,三、部分胶结,(1)套管波幅度介于自由套管和仅一界面胶结好的情形，(2)后续波有地层波,幅度不大(3600部分传播),到达时间与地层速度有关.,四、完全胶结（砂岩）,由于套管、水泥、地层之间声耦合好，进入套管的大部分能量透射到地层，地层波幅度大，套管波幅度很小（与水泥抗压强度有关），泥浆波叠加在地层波末端,地层纵波,完全胶结（
8、碳酸岩）,一声系和记录内容 单发单收声系;记录固定时间窗内的波幅度实际操作过程中,测井操作员在自由套管井段选择固定时间窗的开窗时间,10.3 声波幅度测井,二 声幅测井存在问题,1、仪器偏心影响：(1)套管波幅度减小;(2)到达时间提前;(3)后续波失真;在井剖面上套管波到达时间不是固定的.采用扶正器来实现。2、记录套管波的局限(头半周):仅评价一界面,不能评价二界面情况,窜槽有可能水泥地层胶结不好引起的。利用地层波来解决。3、水泥环间隙影响：间隙一般0.1mm,不足以引起流体窜流,但对声耦合有影响,造成套管波幅度与部分胶结相同。解决办法：(1)加压再测量依次(可能造成压裂套管、水泥环),(2
9、)采用反射脉冲反射法测井。,三声幅测井定量解释,mv,1、水泥抗压强度法考虑到套管尺寸、厚度、源距影响，采用抗压强度来衡量固井质量，计算值与出厂值相等，胶结良好。,2、胶结指数法胶结指数=目的层衰减系数/完全胶结段衰减系数一般大于80%，可认为胶结好。3 相对幅度法:相对幅度=目的层幅度/自由套管幅度评价标准:40%:固井质量差相对幅度(2040)%:固井质量中等 20%:固井质量好,1、确定水泥面2、检查固井质量（一界面胶结情况）3、检查套管接箍，间隙对能量衰减大，负峰6070%4、测定套管断裂位置（在无水泥胶结地方，裂缝处套管波衰减大，出现负尖峰）,四 声幅测井应用,半幅点,相对幅度,5、
10、判别管外气层,第一次固井质量不好，出水,第二次固井质量好，封堵上部水层，产油,水层,油层,泥岩层,6、检查补挤水泥效果,10.4 变密度测井VDL,一 变密度测井原理,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，L=5ft（一般与声幅测井一起测量CBL：L=3ft），以调辉方式记录整个波形（模拟信号），通过对波形按幅度大小以灰度等级来显示的（数字信号）。显示只保留波形正半周（或负半周），幅度大以黑色显示，幅度小以灰色显示，去掉的半周以白色显示，这样以黑白间互线条组成了变密度测井。,1、套管波：直线条（320us）2、地层波：曲线条，变化的3、泥浆波：接近直线条,二 变
11、密度测井资料解释,（1）自由套管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。全波列波形中套管波幅度很大，地层波非常弱或没有。变密度曲线左端套管波为黑白反差明显呈整齐直线条；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失，没有地层波为套管波后续波，右端呈灰白间隔的直线条。声幅曲线为高幅值,1、检查固井质量,（2）仅一界面胶结好大部分能量通过套管透射到水泥环中，很少进入地层中。全波列波形中套管波幅度弱，地层波也非常弱或没有。变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失，泥浆波呈灰白间隔的直线条。声幅曲线为低幅值,（3）部分胶结一部分能量在套管中传播，也
12、有相当大能量透射到地层中。全波列波形中套管波幅度中等，地层波也呈中等强度变密度曲线左端套管波为灰白间隔直线条；右端地层波为灰白间隔的曲线条。声幅曲线为中等幅值,（4）两个界面都胶结好套管、水泥和地层连成一体，大部分能量通过套管透射水泥，再透射到地层中。全波列波形中套管波幅度很弱，地层波很强变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波为黑白反差明显的曲线条。声幅曲线为低幅值,2、检查窜槽CBL对一界面窜槽现象评价是有效的，但二界面窜槽是无能为力的，例上下两层CBL都为低幅值，但油层射开出水，通过变密度测量，显示地层波很弱，可确定为二界面窜槽。,3、检查压裂效果为了增产需要，对低产油层需要进行压裂。经压裂后，地层存在大量的裂缝，声波传播其能量衰减很大，传播时间也增大，通过压裂前后两次变密度测井对比，可检查压裂效果。压裂前地层致密地层波幅度大，变密度黑白反差明显；压列后裂缝发育地层波幅度小，变密度灰白模糊显示，弯曲率也大。,
