Page 145 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 孙志峰等： 超声脉冲窄带激励的水泥环第二界面探测方法 583

管的共振波信号叠加在一起，这时不能采用波形开 射到套管中，可以增大第二界面的反射回波信号幅
窗法计算二界面的胶结质量。本文采用了波形反演 度，进而进行第二界面固井质量评价。当声源信号
的方法提取第二界面胶结质量信息，该方法首先根 的带宽一定时，第二界面反射回波的幅度与水泥地
据给定的正演模型参数 (如超声波在套管中的传播 层界面的反射系数有关，随着反射系数的增大，第二
时间、水泥声阻抗和传播时间、地层声阻抗) 获得理 界面回波幅度增强。该技术进行第二界面固井质量
论超声反射回波波形，与实测波形进行比较，得到两 评价的前提是第一界面固井质量良好，如果第一界
者的误差，然后不断改变正演模型参数，直到误差满 面固井质量不好，即使声源信号带宽很窄，也无法探
足一定的收敛准则，最后反演得到水泥声阻抗信息。 测第二界面的反射回波信号。声波测井中利用超声
图 7(b) 为采用波形反演方法得到的 MUIL 仪 脉冲反射法进行套管厚度及固井质量评价方法一
器在该井第一、第二界面的固井质量评价图。图中 般采用 3 种不同频率的探头，可以覆盖油田生产中
第一道为仪器测量某方位的原始波形信号，第二道 常用的5 ∼ 16 mm的套管。本文数值模拟和刻度井
为第一界面水泥声阻抗曲线，第三道为第二界面胶 实验测量均以 350 kHz 探头进行计算的，研究结果
结指示曲线。由图可见，刻度井中第一、第二层的平 表明该频率的探头激励脉冲宽度为 50% 左右，可以
均水泥声阻抗约为 7.0 MRayls，与已知水泥样品的 有效地进行二界面胶结质量探测。使用其他两种频
水泥声阻抗基本相当，水泥胶结质量良好，与模型的 率的探头进行测量时，同样激励信号脉冲宽度越窄
胶结情况吻合。第三、第四、第五层的水泥环第一界 越有利于第二界面探测，但是需要进一步进行理论
面缺失角度分别为 60 、45 、15 ，且水泥环缺失图 和实验研究，本文未详细展开说明。该技术在刻度
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案与刻度井模型图案形状一致，水泥缺失处的水泥 井中的实验结果表明窄带超声脉冲反射回波技术
环声阻抗为 1.5 MRayls左右，测量结果与模型用的 有望解决水泥环第二界面固井质量评价难题。
聚氨酯水声材料基本一致；水泥胶结良好处的平均
水泥环声阻抗为 6.8 MRayls，测量结果与刻度井采
参 考 文 献
用的水泥声阻抗基本一致。由图中第三道反射系数
成像曲线可见，第一、第二层图像颜色较深，表明反
[1] 魏涛. 油气井固井质量测井评价 [M]. 北京: 石油工业出版社,
射系数较小，第二界面的水泥胶结质量良好；而图像
2010: 288–289.
颜色较浅，表明反射系数较大，第二界面的水泥胶结 [2] 孙建孟, 苏远大, 李召成, 等. 定量评价固井 II 界面胶结质量
质量差，图中展示的固井质量结果与刻度井模型固 的方法研究 [J]. 测井技术, 2004, 28(3): 199–202, 269.
Sun Jianmeng, Su Yuanda, Li Zhaocheng, et al. On quan-
井质量情况一致。第三、第四、第五层反射系数成像
titative evaluation of second interface cementing qual-
图明显指示了与第一界面完全一致的缺陷，这是由 ity[J]. Well Logging Technology, 2004, 28(3): 199–202,
于当第一界面水泥胶结差时，超声脉冲反射波入射 269.
[3] 张宏兵, 黄宝华, 陶宏根, 等. 利用声波变密度测井检测第二
到水泥环中的信号极弱，进而无法反演第二界面的
界面固井质量 [J]. 河海大学学报 (自然科学版), 2006, 34(5):
水泥环胶结质量，而这三层其他部分指示水泥胶结 552–556.
质量良好，与刻度井模型固井质量情况一致。 Zhang Hongbing, Huang Baohua, Tao Honggen, et al. De-
tecting cementing quality of secondary interface by using
5 结论 acoustic variable density logging[J]. Journal of Hohai Uni-
versity (Natural Sciences), 2006, 34(5): 552–556.
[4] 苏远大, 孙建孟, 李召成, 等. 裸眼时差与变密度测井地层波
本文采用有限元方法数值模拟了平面超声换 能量相结合改进固井 II 界面评价 [J]. 中国石油大学学报 (自
能器在套管井多层介质中的声传播规律，讨论了声 然科学版), 2006, 30(4): 38–41.
源信号脉冲宽度、水泥/地层界面反射系数及水泥 Su Yuanda, Sun Jianmeng, Li Zhaocheng, et al. Improved
second interface cementing evaluation using open hole
环厚度对第二界面超声反射回波的影响。并制作了
slowness and formation wave energy of variable density
具有不同水泥环第一、第二界面胶结情况的实验样 log[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition
品及刻度井，进行实验研究。利用超声脉冲反射法 of Natural Science), 2006, 30(4): 38–41.
[5] 王卫, 李永杰, 王玉娟. 变密度测井能量谱法定量评价固井第
进行第二界面固井质量评价的关键是采用窄带信
II 界面 [J]. 测井技术, 2013, 37(2): 205–208.
号声源，这样意味着使更多能量的超声脉冲信号入 Wang Wei, Li Yongjie, Wang Yujuan. Energy spectrum