[發(fā)明專利]一種用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法

有效

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• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105134170B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 張秀梅;蘇暢;林偉軍;王秀明
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: E21B47/005
• 分類號: E21B47/005
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發(fā)明涉及一種聲波測井技術，尤其涉及一種用于評價套管井二界面(水泥和地層界面)水泥膠結質量的方法。

背景技術

套管井中水泥膠結質量的檢測和評價對于油井工程和油田開發(fā)具有重要的意義，主要包括一界面(套管和水泥界面)以及二界面的膠結狀況評價。最早的CBL/VDL水泥膠結測井是固井質量檢測中常用的檢測方法。其中，CBL可以用于定量判斷一界面的水泥膠結質量；VDL可用于定性判斷二界面的水泥膠結質量。但是，兩種技術都只是測量水泥環(huán)周向一定縱向距離內的平均膠結質量，無法反映環(huán)向上水泥的不均勻分布，即無方位分辨率，且縱向分辨率較低。

扇區(qū)測量技術和超聲脈沖技術彌補了無法對一界面的膠結質量進行周向檢測的缺陷。扇區(qū)測量技術包括兩類：一類是聲源居中發(fā)射，接收器分扇區(qū)分別接收的方式；第二類是將發(fā)射和接收都緊貼套管內壁，進行扇區(qū)衰減測量的方式。超聲脈沖發(fā)射類儀器可以根據(jù)測量套管諧振波的方式辨別與套管外壁接觸物質的聲學特性，可用于在周向和縱向上對一界面的水泥膠結質量進行評價。此外，常規(guī)脈沖和撓曲波成像技術的結合，可以對套管外環(huán)空間進行三維成像，確定測量方位上套管外物質的形態(tài)，從而生成固-液-氣固井質量評價的成果圖。但由于采集信號受到多種因素的影響，目前在國內外現(xiàn)場應用實例中，未見該技術在二界面水泥膠結質量評價中的應用。

目前應用的固井質量檢測方法和技術多數(shù)只適合對一界面的膠結質量進行評價，對二界面固井質量的檢測還存在一定的困難。因此，亟需一種針對二界面膠結質量的檢測技術，簡單方便的實現(xiàn)固井二界面膠結質量的檢測。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種利用超聲波在套管井中激發(fā)周向模式，從而檢測套管井中水泥和地層界面的膠結質量的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法，該方法包括：

將超聲波發(fā)射裝置與超聲波接收裝置水平方向周向間隔，放入套管井中；

超聲波發(fā)射裝置以入射角θ_i向套管井內壁發(fā)射超聲波，超聲波在套管井中激勵周向模式，套管井中各層介質反射超聲波形成反射波，其中，入射角θ_i是超聲波發(fā)射裝置的輻射面中軸線與套管井內壁的交點處,中軸線與法線的夾角；

超聲波接收裝置接收回波信號，并將回波信號與自由套管方式下接收的回波信號進行對比處理，得到套管井中回波信號形成位置對應的水泥膠結質量。

優(yōu)選地，用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法還包括，超聲波發(fā)射裝置向套管井內壁發(fā)射超聲波時，入射角θ_i滿足在聲源的主要頻段范圍內激勵的周向模式構成的速度“平臺”對應空心套管激發(fā)的最低階模式。

優(yōu)選地，用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法還包括，超聲波接收裝置位于交點與反射點之間。

具體地，反射點位于自交點以反射角θ_r發(fā)出的反射波與套管井內壁的交點。

優(yōu)選地，用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法還包括耦合塊,用于超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置與套管井內壁更好的接觸。

優(yōu)選地，回波信號主要包括自流體-套管界面上形成的反射波和激發(fā)的周向模式波與套管井的不同介質相互作用產生的反射波。

優(yōu)選地，自由套管是水泥層完全為流體的套管井。

優(yōu)選地，用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法還包括，在處理回波信號的過程中取時間窗，計算時間窗內的波形平均能量，并將檢測位置所取時窗的平均能量與自由套管方式相同時間窗內的波形平均能量進行對比得到相對幅值，并以此評價套管井二界面水泥膠結質量。

優(yōu)選地，用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法還包括，根據(jù)超聲波發(fā)射裝置與超聲波接收裝置的相對位置，放置一組或多組超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置，或者旋轉超聲波發(fā)射裝置與超聲波接收裝置，對井周的二界面水泥膠結質量進行檢測。

本發(fā)明實施例實現(xiàn)了一種用于評價套管井二界面水泥膠結質量的方法，采用激勵套管井中產生的最低階周向模式的方式檢測固井水泥界面的膠結質量，將超聲波發(fā)射裝置與超聲波接收裝置水平周向間隔布置在套管井中，增大了回波信號包含的信息量。通過放置一組或多組超聲波發(fā)射裝置和超聲波接收裝置，或者旋轉超聲波發(fā)射裝置與超聲波接收裝置，產生的回波信號包含了套管井整體性結構信息，配合回波信號數(shù)據(jù)的處理，可以對固井水泥在不同界面上的膠結情況進行有效檢測。

附圖說明