井周聲成像測井原理及應用簡析

1、井周聲成像測井原理及應用簡析姓 名：曹沛卿指導師傅：杜書龍單 位：測井四分公司c1068隊工作總結我叫曹沛卿，2012年6月畢業(yè)于東北石油大學機械設計制造及其自動化專業(yè)，2012年7月來到測井公司，在公司培訓中心進行了近一個月的入廠培訓，學習了安全生產(chǎn)相關常識， hse管理體系和儀器、儀修的相關基礎知識，拓寬了我的知識面。隨后到在四分公司logiq系列c1068隊實習。在過去的一年時間里，上井共計四十余口次，完成完井、電成像、聲成像、核磁等測井項目，基本熟悉了logiq系列測井儀器施工流程，曾在大慶、吉林、海拉爾、冀東等油田進行施工作業(yè)。在領導和同事的熱情幫助和耐心教育下，我的測井方面相關知識

2、有了深刻的認識。在四分公司工作的一年多時間主要完成了以下幾方面的工作：1、通過井口工崗位培訓,學習井口相關知識，基本已掌握了logiq測井設備保養(yǎng)、連接、刻度的相關技能；對logiq測井系統(tǒng)有了一定的了解，掌握了測井過程中的操作程序，能處理遇到的一些簡單問題。2、仔細學習了小隊工作的各項操作規(guī)程，做到嚴格按照標準施工；學習了excel 2000和 insite數(shù)據(jù)采集軟件的使用及數(shù)據(jù)處理等測井操作。一年多的工作讓我成熟了不少,在今后的工作中我將更加嚴格的要求自己,更加勤奮的工作，刻苦的學習，培養(yǎng)更加嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，在為測井公司不斷做出貢獻的過程中實現(xiàn)人生價值。摘 要摘要：cast-v是哈里伯頓

3、公司于1996年推出的井周聲波掃描成像測井儀，該儀器可以為地層評價提供豐富的裸眼井與套管井信息。在裸眼井，cast-v可以提供完整的井眼成像，用于精確的地層評價；在套管井，cast-v可以同時獲取超聲波套管探傷及水泥膠結評級資料。文章簡單分析了cast-v的原理，介紹了儀器結構和特點，影響資料采集的相關因素。關鍵詞: cast-v；成像測井;超聲波abstractabstract：cast-v is short for circumferential acoustic scanning tool-visualization , which was launched by halliburton

4、 in 1996. cast-v could be used to gather the rich and accurate information of bare hole and cased hole well for stratum and casing pipe evaluation. in the bare hole well, cast-v can obtain the whole well hole image to make accurate stratum evaluation; in the cased well, cast-v is used to detect the

5、flaw on the casing pipes and rate the quality of cementation.this paper analyzes the principle of cast-v instrument, introduced the instrument structure and characteristics, the calibration principle and operation steps, at last discussed logging problems encountered in the process and matters needi

6、ng attention.一、前言所謂成像測井，主要是指在井下采用陣列或旋轉(zhuǎn)掃描測量，沿井眼縱向、周向或徑向大量采集地層信息，傳輸?shù)降孛婧?，通過圖像處理技術得到井壁的二維或井眼周圍某一探測深度內(nèi)的三維圖像，可以方便地對底層信息進行可視化顯示。與傳統(tǒng)的測井曲線表示方式，可以更精確、直觀、方便地反映底層信息的變化。石油工業(yè)對井下信息的可視化成像顯示的探索始于上個世紀50年代。當時采用6mm鏡頭獲取井下照片。20世紀60年代，井下電視持續(xù)發(fā)展，但是成像測井技術轉(zhuǎn)而采用電法、聲法測井技術。80年代、90年代微電阻率成像測井、超聲波成像測井、核磁共振成像測井相繼得到發(fā)展及推廣，廣泛應用于井筒、井周及井邊

7、成cast-v是哈里伯頓公司于1996年推出的井周聲波掃描成像測井儀，該儀器可以為地層評價提供豐富的裸眼井與套管井信息。在裸眼井，cast-v可以提供完整的井眼成像，用于精確的底層評價；在套管井，cast-v可以同時獲取超聲波套管探傷及水泥膠結評級資料。其主要特點有：（1）、實時井眼流體探測，以便對數(shù)據(jù)進行校正；（2）、套管模式下，水泥膠結評價及套管探傷提供360度井周覆蓋，確定套管厚度，了解套管變形和損傷情況；（3）、成像模式下，對井眼360度成像，反映井周幾何形狀，確定地層構造特征、沉積環(huán)境、描述孔隙度。二、cast-v工作原理下圖是超聲波井眼掃描成像測井儀的工作原理，圖中圓球表示發(fā)射與接

8、收換能器。換能器按照順時針方向旋轉(zhuǎn)，記錄點成螺旋上升。測量的信號是井壁反射波的回波幅度和回波傳播時間。經(jīng)定向后，可以獲得按照地理北、磁北定向的井周聲波幅度和傳播時間圖像。超聲波掃描換能器在井中走的是螺旋軌跡，螺距取決于測井速度。超聲波在井眼中傳播示意圖cast-v是以超聲波掃描測量方式對井壁地層成像，反映井壁底層特征。該儀器采用兩個換能器，主換能器安裝在旋轉(zhuǎn)掃描頭上，探頭發(fā)射超聲波信號，并且接受來自地層及套管的反射信號。第二個換能器用于采集流體時差數(shù)據(jù)，通過測量井筒內(nèi)流體時差及雙程旅行時間可以計算井眼流體聲阻抗用于反映井壁巖性物性變化。cast-v有兩種工作模式，分別是成像模式（imaging

9、 mode）和套管井模式（cased hole mode）。成像模式及可以用于裸眼井也可以用于套管井，套管井模式通常只用于套管井。1、成像模式發(fā)射換能器發(fā)射具有一定能量的超聲脈沖，穿過井眼流體，撞擊到井壁上，在井壁上大部分能量被返回發(fā)射換能器。在成像模式下，cast-v記錄兩種測量數(shù)據(jù)：傳播時間和反射波幅度。傳播時間是指發(fā)射換能器發(fā)射聲波穿過鉆井液到井壁，被井壁反射后再回到發(fā)射換能器所需時間。幅度測量是指返回信號首播的幅度。發(fā)射器每發(fā)射一次，同時記錄幅度與傳播時間。這些數(shù)據(jù)以黑白或彩圖形式成像。一般情況下，淺色代表傳播時間短，接收信號的能量高（幅度高）；深色代表傳播時間長，接受信號的能量低（幅

10、度底）。在成像模式下，掃描儀評價底層聲波幅度或傳播時間。高分辨率為每英尺采樣40次。水平采樣率為200次，可提供二維或三維成像。聲波脈沖的傳播時間和幅度用于評價裂縫、孔洞、井壁情況。這些圖像用于套管檢查，揭示套管變形、磨損、孔眼、裂口和其他套管內(nèi)壁上的異常情況。 成像模式測井原理2、套管井模式發(fā)射換能器發(fā)射具有一定能量的超聲脈沖，穿過井眼流體撞擊到套管壁上，在套管壁上大部分能量被返回到發(fā)射換能器上。發(fā)射器每發(fā)射一次，一部分能量直接返回到接受器，有一些能量沿套管外的物質(zhì)而傳播。作為接受器的換能器最初接受到來自套管內(nèi)壁的返回信號及隨后到達的隨指數(shù)衰減的信號，后者反映了套管膠結的情況：膠結情況查衰減

11、慢，膠結情況好衰減快，有套管和水泥的耦合情況決定。cast-v在套管井模式下，記錄四種測量數(shù)據(jù)：傳播時間、波峰幅度、諧振窗計數(shù)和套管壁厚。傳播時間是指發(fā)射器發(fā)射到波列的最高峰返回時間。幅度測量是指接受反射波信號的首波幅度。首播幅度和諧振計數(shù)用于計算聲阻抗，傳播時間和泥漿槽傳播時間一并用于計算井徑。套管壁厚使用諧振頻率來計算的。當需要對包括套管壁厚進行詳細套管評價或當需要評價套管與水泥環(huán)的膠結情況時，超聲波掃描儀同樣也可以工作在套管井模式下。在套管井模式下可以確定套管內(nèi)半徑和套管壁厚度。套管厚度與套管外徑測量結果相結合，可以用來指示套管外部缺陷。在儀器常規(guī)工作方式下將提供每英尺采樣4次的縱向分辨

12、率，每個深度下方采樣數(shù)據(jù)100次。也可以將這些數(shù)據(jù)包以每英尺12采樣方式記錄，但是測井速度需要降低，同時可以記錄幅度和傳播時間數(shù)據(jù)，提供圖像解釋能力。 套管井模式測井原理三、cast-v儀器結構、指標與使用條件1、儀器結構cast-v井下儀包括三部分：電路部分、定位單元及掃描頭單元。電路部分主要作用是觸發(fā)測量換能器和泥漿槽換能器，處理掃描數(shù)據(jù)并傳輸?shù)降孛?，同時對地面?zhèn)鬏數(shù)拿钸M行編譯。電子線路由rtu 板,v40 處理器板,發(fā)射控制及前放板,馬達控制板及慢速a/ d 板等組成,其rtu 地址是2c00 ,地面測井系統(tǒng)通過與通訊短節(jié)的通訊,并進一步與cast 的rtu 識別地址后, 可以交替?zhèn)鬏?/p>

13、mudcell 傳感器和measurement 傳感器的數(shù)據(jù),經(jīng)過放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理,與方位數(shù)據(jù)一起打包通過1553 總線到d4tg,根據(jù)地面命令要求采集數(shù)據(jù),包括地層和方位及泥漿信息,以便獲得各種有用的井下信息。cast - v儀器的線路框圖定位單元包括x軸和y軸兩個定位裝置，在成像模式下可以提供井眼傾角、井眼方位和相對方位。相對方位是指掃描頭定位槽與井眼高邊之間的夾角。在套管井模式下，可以提供井眼傾角和相對方位。掃描頭單元包括兩個超聲換能器，每個都是即作為發(fā)射器又作為接收器。第一個換能器安裝在旋轉(zhuǎn)掃描頭上，當它發(fā)射一超聲脈后馬上進入到接收方式，接受的信號井電路處理后上傳到地面。第二個換能

14、器是泥漿槽換能器，用來測量井眼中流體的聲速，通過它和流體傳播時間確定井眼或套管內(nèi)徑及橢圓度。在大多數(shù)情況下，為保持較好的縱向和水平分辨率，測井速度不要超過21ft/min。 旋轉(zhuǎn)掃描頭 泥漿槽2、儀器指標與使用條件cast-v井周超聲波成像測井儀可以用于水基鉆井液和油基鉆井液的不同尺寸井眼環(huán)境，但是不宜在以下條件的井眼環(huán)境中使用：（1）、高衰減流體；（2）、氣井；（3）、低壓井（壓力小于200psi）；（4）、套管壁過薄或過厚（小于0.2in，大于0.7in）。相關技術指標如下列表格尺寸與額定值耐溫350f（177c）耐壓137mpa最大外徑3.63in（9.22cm）最小井眼4.5in（11

15、.4cm）儀器長度17.9ft（5.46cm）最大井眼13.0in（33cm）重量143.5kg井眼條件井內(nèi)流體鹽水、淡水、油基推薦最大測速21ft/min （每英尺掃描40次，每秒旋轉(zhuǎn)14次）儀器位置居中儀器硬件特征生源類型旋轉(zhuǎn)探頭上的壓電超聲換能器傳感器類型生源部分作為傳感器傳感器間距無激發(fā)率200次/井周垂向掃描率40次掃描/ft垂向采樣率0.3in組合能力可與dits系列儀器組合儀器技術指標測量原理測量脈沖反射波首波最大幅度和傳播時間測量范圍自動調(diào)節(jié)幅度，傳播時間在30409.6s之間縱向分辨率0.3in探測深度無靈敏度無準確性5%主曲線最大反射波幅度、傳播時間、井眼流體時差附屬曲線井

16、斜方位、井斜、流體傳播時間、井眼橢圓度、溫度四、采集基本信息與主要用途成像模式下、cast-v記錄的是反射波振幅和傳播時間兩個測量值；在套管井模式下，記錄的是四種數(shù)據(jù)：傳播時間、反射波幅度、聲阻抗與套管壁厚度。通過處理可以得到井壁或套管壁直觀的二維與三維圖像。傳播時間是鉆井液傳播速度和距離這兩個參數(shù)的函數(shù)，cast-v在測井過程中，同時測量井內(nèi)鉆井液或井內(nèi)流體的傳播速度，因此可以計算出儀器距井壁的距離。因此可以獲得360度井周的幾何形狀。在成像模式下，可以得到回波幅度和傳播時間的圖像，同時可以得到井斜、方位、相對方位、流體傳播時差等曲線。在套管井模式下，得到反射波幅度、內(nèi)徑、聲阻抗、套管壁厚四

17、條曲線，同時得到壓縮強度、井斜、相對方位等曲線。井周聲波成像測井可以在裸眼井中進行構造、沉積、裂縫等方面的評價；在套管井中進行井周套管厚度、內(nèi)徑進行檢測，同時對套管的破損及射孔情況進行檢測，是解決地質(zhì)問題及工程問題的一種重要手段。成像模式下，cast-v可以提供井眼垮塌大小、形態(tài)、方位等重要信息，進而確定地應力方向。由于聲波回波幅度與巖性、孔隙度、變化有關，因此可以根據(jù)圖像差異識別出地層言行和地質(zhì)特性。cast-v在套管井中的另一個重要應用是測量套管內(nèi)壁大小，評價水泥的膠結情況，其應用包括如下方面：套管探傷、超聲波水泥評價、套管內(nèi)徑測量、套管壁厚測量。五、儀器主刻度1、刻度要求每月進行一次，儀

18、器維修或軟件升級更新后重新刻度，儀器硬連接?？潭戎饕嬎隳酀{槽換能器發(fā)射聲波在泥漿槽中傳播時間與標準時間的誤差，掃描頭換能器發(fā)射聲波在樹脂刻度塊中傳播時間與標準時間誤差，計算出的誤差應在允許范圍之內(nèi)，并在測井過程中減掉這個誤差。2、刻度步驟1）、住刻度在車間內(nèi)進行，儀器連接后保持探頭處于水平泥漿槽朝上，用清水填滿泥漿槽，并保證泥漿槽內(nèi)沒有氣泡；2）、進入刻度程序，在掃描頭上加樹脂刻度塊，刻度塊與掃描頭之間填滿水不要有氣泡，儀器預熱，待mud cell gain值穩(wěn)定后進行刻度；3）、在泥漿槽泥加入彈簧鋁片,待mud cell gain值穩(wěn)定后進行刻度六、質(zhì)量要求與影響因素分析1、質(zhì)量要求1）、

19、重復段要求重復段長度不小于10米，重復段要選在井壁有明顯聲特性的井段進行測量，重復段測量與主測井所反映井壁特征一致。2）、主測井要求井眼規(guī)則井段，井壁成像要清晰；回波幅度成像與回波時間成像方位要一致，井壁特征要有對應性；無遇阻遇卡情況時圖像上不應出現(xiàn)不連續(xù)圖像。2、影響因素影響信號幅度衰減的主要因素有：聲波信號頻率、井眼流體的衰減率、傳感器與井壁的距離、井壁的構造、聲波的入射角度，以及井壁于井內(nèi)流體聲阻抗的差異。聲波信號的頻率與傳感器的設計有關，流體的衰減率與井眼內(nèi)的流體類型有關，井壁與傳感器的距離與井眼的尺寸有關。當傳感器與井壁距離過大，井壁粗糙，聲波入射角過大，或井眼流體衰減率較大的情況下

20、，cast-v就會記錄到不可靠的數(shù)據(jù)。1）、頻率影響聲波信號通過流體后的衰減直接與發(fā)射器的發(fā)射頻率成正比。2）、井眼流體的影響不同類型的井眼流體的衰減率也不同，如果鉆井液類型與傳感器發(fā)射頻率是確定的，則衰減率和鉆井液密度成正比。鉆井液密度過大，一方面會引起鉆井液對聲波衰減系數(shù)增大，另一方面會導致反射系數(shù)減小，只是回波幅度降低。如果地層特征反映不明顯，將影響資料的分析。另一種情況是如果鉆井液中含有大量的固體顆粒，就會對聲波信號產(chǎn)生反射，產(chǎn)生大量的干擾信號，采集到的資料質(zhì)量就會很差。3）、距離影響超聲波有發(fā)射器發(fā)出，經(jīng)井壁返回接收器，傳播距離是引起信號衰減的主要因素，當儀器在井眼中不同位置時，測量

21、信號強可能會有差異，距離越大，信號在流體中衰減就越大。二者的關系是非線性的，距離稍有增加，信號幅度將被大幅度衰減。4）、井眼形狀的影響井眼不規(guī)則將會導致聲波不是按照垂直于井壁入射，使反射波的傳播路徑與反射率與垂直入射式時回波幅度和傳播時間有一定的差異，以及由于井眼的傾斜造成儀器的偏心，回波幅度和傳播時間出現(xiàn)與實際特征不符使儀器采集資料準確性下降。如果井眼呈橢圓形或儀器不居中，反射聲波大部分不會反射到接收器，致使能量降低，干擾資料的正常采集。5）、井壁構造如果其他的衰減因素不變，通常光滑的井壁要比粗糙的井壁聲波反射好。心得體會及建議從大學畢業(yè)參加工作到現(xiàn)在，一年的時間已經(jīng)過去了。在這一年的時間里，我最大的感受就是要在工作中學習相關理論知識，將理論與實踐相結合。在這一年的時間里，在師傅們的耐心指導下，熟悉了解了井口操作規(guī)程，基本掌握了加測和完井儀器的相關技術指標參數(shù)。在這一年里我的收獲很大，養(yǎng)成了嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，及不斷要求進步的工作態(tài)度。下面是我從事一年工作來的一些建議：套管井井徑相對較小。如果不加扶正器，儀器不居中，影響采集資料的質(zhì)量；如果加傳統(tǒng)十八爪橡膠扶正器，就會加大儀器遇阻、遇卡的幾率，且不便于打撈；傳統(tǒng)鋼制固定環(huán)外徑較大，和套管接箍發(fā)生突然撞擊導致儀器或