Page 175 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 沈友爱等： 高性能井筒超声脉冲回波扫描成像测井仪研制 1351

辨率等方面更具优势。本文详细介绍了仪器的主要
0 引言
技术特点，分析了现场实际应用案例，展示了仪器在
在油气井勘探开发过程中，套管磨损、腐蚀、变 套损评价、识别射孔层段和射孔孔眼、双层套管中
形、穿孔以及固井质量不良等问题会严重影响油气 内层套管的固井质量评价以及裸眼井井壁成像等
井完井建设和后期生产，诱发安全事故和极端环境 方面的应用效果，说明了仪器的功能及技术性能的
问题，甚至在油井寿命结束时不能正常关井。定期 先进性。
进行套损检测和固井质量评价是确保油气井井筒
安全的重要手段。传统检测手段由于技术局限性无 1 仪器测量原理
法满足井筒完整性精细检测的需求。为此，国外油
MUIL 利用脉冲回波原理进行检测，图 1 为仪
田服务公司先后研制出基于超声脉冲反射法的测
井仪器，如 Halliburton 公司的 CAST 系列仪器 [1] 、 器的测量原理示意图。MUIL 的声波换能器采用自
Weatherford 公司的 URS 仪器、SLB 公司的 USIT， 发自收方式工作，测井过程中，电子线路激励换能器
以及在此基础上推出的新一代 Isolation Scanner 仪 发射超声波脉冲信号，该信号经井眼流体入射到套
器(IBC)等 [2] 。 管内壁。大部分声波能量在套管内壁被反射，反射
近年来，国内相关单位在超声波脉冲回波测 回来的声波信号被换能器接收，其幅度和传播时间
井的测量原理、数值模拟方法、实验室测量等方面 经电子线路采集处理后送地面软件进行可视化成
开展了相关工作 [3−6] ，但未形成可商业化应用的 像，可以直观准确地检测评价套管内壁的腐蚀变形
产品。中海油田服务股份有限公司于 2011 年研制 情况。同时，一部分满足套管共振条件的超声波穿
出多功能超声波扫描成像测井仪 (Multi-functional 透套管内壁，在套管内壁和外部固井水泥之间来回
ultrasonic imaging logging tool, MUIL) ，并在大 反射，换能器接收到的这部分超声波信号称为套管
[7]
量工程应用的基础上，根据市场需求进行产品系列 共振波。对套管共振波进行全波采集，并进行频谱
化，满足高温、水平井、重泥浆以及特殊套管尺寸等 分析和声阻抗计算，即可获取套管厚度信息及套管
不同井况的作业要求，已在国内外实现规模应用。 外介质材料的声阻抗参数，从而完成套管腐蚀检测
相比国际同类产品，MUIL在耐温、泥浆适应性及分 和固井质量评价。

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图 1 MUIL 测量原理
Fig. 1 Basic principle of MUIL
图 2 为 MUIL 仪器测量示意图。仪器沿油井中 一起；中间圆环区域的波形为套管的共振波；最外层
心轴线进行旋转扫描测量，在井眼纵向、周向和径 圆环区域的波形为套管内壁的二次反射波。每道波
向大量采集井壁、套管及套管外介质信息。图 3 为 形首波到时有明显差异，是测井过程中仪器偏心所
MUIL仪器在套管井某深度处扫描一周记录的反射 致，虽然仪器配接有扶正器，但仍不能确保仪器完
回波，图中绘制了其中的30道波形。由图 3可见，中 全居中，所以对成果图像进行偏心校正是必不可少
心内圆区域中的波形为套管内壁的反射波，由于套 的。对图 3 中的每道波形进行傅里叶变换得到其频
管内壁的反射波幅度最大，图中显示的波形叠加在 谱曲线，如图 4 所示。由图 4 可见，每道频谱曲线中