Page 177 - 《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 1353

水中测试的时域波形与频谱分析，其反射波幅
2 仪器性能特点
度为 4.18 V，带宽超过 110%，相比传统 PZT 压
电 陶 瓷 换 能 器 灵 敏 度 提 升 约 20 倍， 在 密 度 为
2.1 合理的采集模式
1.88 g/cm 的油基泥浆中仍可清晰成像，并可工
3
在工作时采集计算套管内壁 240个点的内径与
作于205 C/140 MPa的高温高压环境。图9为换能
◦
幅度，并上传 60道波形用于壁厚计算与固井质量检
器在套管井中的声场快照，由图可见，超声波换能器
测，在确保套管腐蚀精细成像 (周向分辨率 1.5 ) 与
◦
噪声很少，且波阵面与套管内壁形状贴合很好，能更
固井质量精细评价 (周向分辨率 6 ) 的同时，兼顾了
◦
好地产生套管共振。
测井速度。图 5 为仪器测量成果图，图中展示了高
分辨率的内壁成像、壁厚成像与水泥胶结成像测量 2
ฉॎ V pp =4.18 V
结果。 1
2.2 高性能换能器 ႃԍ/V 0
-1
超声波扫描成像测井仪在井下工作时，回波信 -2
号幅度大小受井筒中介质影响较大，尤其在重泥 95 100 105 110 115
௑ᫎ/ms
浆环境中时，反射回波衰减严重。为了克服重泥浆
ᮠ៨ f=529.3 kHz
所产生的严重衰减，研制了一种高灵敏度超声换 1.0
BW=116.7%
能器 (图 6)，换能器使用复合材料晶片，灵敏度获 ࣨए
得极大提升；同时采用新型背衬材料并结合消声结 0.5
构(图 7)，有效减少了换能器噪声。图 8 为换能器在 0
0 200 400 600 800 1000 1200
ᮠဋ/kHz
图 8 MUIL 超声换能器波形及频谱特性
Fig. 8 Waveform and spectral characterization of
MUIL ultrasonic transducer

15 ms 21 ms 27 ms

39 ms 51 ms 75 ms

图 6 MUIL 超声换能器实物
Fig. 6 Picture of MUIL ultrasonic transducers

图 9 MUIL 换能器超声声场快照
ܱܧ
Fig. 9 MUIL transducer sound field snapshots
༟࠰ెந
2.3 固井质量评价方法与模板

ᑀᛮ 脉冲回波检测方法可以计算套管外介质声阻
抗，但声阻抗值无法直接用于评价固井质量。为解

ఃྟ 决该问题，本文利用分区法求取套外物质声阻抗，获
得了更准确的声阻抗计算结果，并提出声阻抗值-介
Ӝᦡࡏ 质状态-胶结率的转化方法，解决了固井评价指标难
题，形成固井质量评价流程 (图 10)。在此基础上制

图 7 MUIL 超声换能器结构 定了固井质量评价标准 (图 11)，从而提高固井质量
Fig. 7 MUIL ultrasonic transducer structure 评价的准确性与可用性。