Page 179 - 《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 1355

记模型的仿真正演波形为 w (Z c , Z m , d)，其中 代无效值的数据优化方法，对壁厚、套管内外声阻
Z c 为水泥声阻抗，Z m 为泥浆声阻抗，d为套管厚度。 抗初步反演结果进行数据优化，以达到改善反演结
由于声阻抗不影响共振波的频率，因此套管厚度 d 果的目的。
可以通过群延时单独反演出来，故而将仿真正演化 上述数据处理流程图如图12所示。
简为w(Z c , Z m )。
假设仿真波形的共振波拟合直线的截距为 ͌ᄾ஝૶
I (Z c , Z m )，斜率为 S (Z c , Z m )，对于测量的套管回 ᮠ៨ಣ൤
੿ష
ࠄ฾஝૶
波信号，对包络取对数，共振波后半部分线性回归拟
合直线的截距和斜率，分别记为 I 0 和 S 0 ，则参数反
演可以转化为如下方程组：
Ꮖण௑ྲढ़ ᤖ̽Ԧ໦

ᝠካ ܞԒ
I (Z c , Z m ) − I 0 = 0,

(2)
S (Z c , Z m ) − S 0 = 0.
 ฉॎ᧘ட ӊፏྲढ़ ᤖ̽Ԧ໦
੿ష ᝠካ ܦ᫾ઈ
采用求解方程组的迭代公式 X n+1 = X n −
−1
′
[F (X n )] F (X n )得
஝૶͖ӑ
    Ԧ໦ፇ౧
੿ష
Z mn+1 Z mn
  =  
图 12 数据处理流程图
Z cn+1 Z cn
∂I ∂I  
 −1 Fig. 12 Data processing flowchart
 ∂Z m ∂Z c  I − I 0
−     . (3) 4 应用案例
∂S ∂S S − S 0
 
∂Z m ∂Z c
自仪器首次在渤海成功应用以来，MUIL 已在
实际计算中，公式 (3) 中的雅可比矩阵采用差
国内外完成了 240 余井次的商业化作业，广泛应用
分方法计算。
于套管磨损变形检测及固井质量评价等，在复杂井
3.2 数据处理方法 况如高温、高压、重油基泥浆井中也能给出准确的
超声波换能器脉冲回波信号可由实验室获得。 检测结果。
基于三维声波传播理论仿真获得的波形虽然与地 案例一 中东某井 2660∼2700 m 存在 3 个射孔
面实验测量得到的回波响应一致，但是在实际测井 层段，在 2690∼2695 m 段存在诸多射孔孔眼，应用
过程中，随着深度的变化，泥浆的压力和温度对换能 MUIL成功检测到了射孔层段和射孔孔眼。如图 13
器的特性有较大的影响。因此在数据处理过程中首 所示，图中第 2 道、第 3 道分别为反射波幅度成像
先要根据理论波形对实测波形做频谱校正，然后计 及到时成像图，第 4 道为套管内径成像图，第 5 道为
算理论波形和频谱校正后实测波形的群延时特征， 套管最大内径、最小内径、平均内径三条曲线。通
建立泥浆声阻抗与套管壁厚的迭代方程。由于声阻 过反射波幅度和反射波到时成像图，可以清晰地看
抗不影响共振波的频率，因此套管厚度 d 可以通过 到三个射孔层段，放大2690∼2695 m 段的反射波幅
群延时特征单独反演出来。 度，可以清晰地观察到射孔孔眼，并且确定射孔相位
受换能器的性能以及井下恶劣工况的影响，超 (为单相位)。在同一口井的背靠背对比测试中，国
声回波包络的形状往往不规则。如果波形的峰值变 际知名服务公司的仪器在同口井中未检测到射孔
化较大，反演结果会受共振波包络选取范围的影响。 孔眼。
为此，提出一种波形重整算法，在进行包络特征计算 案例二 双层套管由于具有多个界面，容易
前对波形进行重整，使时域波形更加规则。 造成水泥胶结/声波变密度测井 (Cement bonding
在实际测井过程中，受仪器偏心、套管严重腐 logging/variable density logging, CBL/VDL) 声幅
蚀及变形等因素影响，部分超声回波的共振波偏弱， 偏高，难以准确评价套管与水泥环的胶结质量，而
难以反演出有效的声阻抗。为此采用临近点均值替 MUIL则不受双层套管的影响。如图14所示，图中