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分区水泥胶结测井仪(6)

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分区 水泥 胶结 测井
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分区水泥胶结测井仪(原理及应用胡培毅 余涛 阳成军摘要:分区水泥胶结测井仪( 司研制生产,本文介绍了该仪器的结构及仪器工作原理等,并与传统固井质量测井方法 行了对比,提供了仪器的基本技术参数指标,结合测井公司对外服务资料对解释方法作出了说明。关键词:测井仪,泥胶结,分区仪 器 原 理一、仪器结构分区水泥胶结测井仪 阿特拉斯公司 20 世纪 90 年代初期推出的一种新式的固井质量评价测井仪。 英文字母缩写,意为“分区胶结测井仪”,该仪器的系列号为 1424器有 6 个极板,每个极板上有 1 个发射探头和 1 个接收探头,共计 6 个发射探头和 6 个接收探头,分别用于发射声波和接收声波;测井时 装的 6 个动力推靠臂各把一块发射和接收换能器滑板贴在套管内壁上, 6 个极板上的 12个高频定向换能器不断的发射和接收声波信号,由于测井时同时测量 6 个极板分属的 6 个区域信息,因而可得到 6 条分区的套管水泥胶结评价曲线,故该仪器称为“分区水泥胶结测井仪” 。传统检测固井质量的方法有 的是单发单收声系来判断第一胶结面的胶结质量,的是单发双收声系来识别第一和第二胶结面的水泥胶结质量,由于这两种测量都只能提供沿套管周边声幅的平均值,因而这类测量难以区分围绕套管外的低抗压强度水泥,还是套管周围水泥胶结好、但周长中有一小区块水泥胶结差的高抗压强度水泥这两种情况,例图 1 所示。理论分析和实际测量都表明上述两种仪器存在以下缺点,:1、 仪器偏心对声波幅度的影响较大。2、 微环对信号幅度的影响较大。3、 井内泥浆性质的变化和刻度方法的不同都会影响解释结果。井仪则可以较好地减少上述三种影响,还能对水泥胶结质量从纵向和横向沿套管周边进行定量测量,并可以成像方式显示给用户,给用户提供大量的有用信息。二、仪器测量原理图 1 常规水泥胶结测井测量的多解性量系统以环绕方式在包括整个井眼的 6 个角度区块定量测量水泥胶结情况。声波换能器装在相隔 60°的称为 极板上,支撑滑板与套管内壁接触,进行声波补偿衰减测量,波滑板阵列 360°展开图可由图 2 表所示。图2: 开图用声波换能器控制技术增强固定在滑板上的换能器和全波列发射器二者的输出,这种技术利用两个发射单元(每个为 1/4 波长)控制发射器的方向特性,并利用延时原理,在一定的逻辑控制下最远单元首先发射,当声波从第一单元通过第二单元时,第二单元发射,从而增强了该预定方向上的声波,如图 3 所示。因为声波强度随幅度的平方变化,因而有效声波能量可以增大 4 倍。声波能量的增强全面提高了变密度测井或全波资料的测井质量,尤其对于低速地层,改善的波形有助于更深入地提取波列信息。在对应的 区中,利用 4 个邻近滑板上的 2 个发射器和 2 个接收器组成的声系可从两个方向来测量声波衰减。发射器 射,测量 的声幅,定义为 图 4 所示。发射器 射,测量 的声幅,定义为 由下式计算出声波衰减:衰减=10 43)/(42)图 3图 4:供 6 个分区的补偿衰减测量两次测量结果组合在一起可求出补偿后数值,因而所得结果将不取决于接收器灵敏度或发射器的能量。这种测量过程在 6 个分区中的每一个都进行着重复。发射和接收器的排列也同时补偿了套管表面不平和套管内壁有残留水泥的影响。由于该仪器从纵向、横向(沿套管周围)两个方向测量固井胶结质量,同时该仪器设计考虑的短源距使补偿衰减测量结果基本上不受快地层的影响,因而该仪器能用于各种流体的井内,包括重泥浆和含气井液等。测井时只要保持滑板与套管内壁接触,一般的偏心不影响测量结果。可提供仪器方位曲线,两个井下加速度计用来确定下井仪相对于井斜的偏侧,当井斜大于 1°时,相对方位测量精度在±5° 以内。三、仪器电路分析电子线路为 1633电路板有:低电压输出板,信号发射接收板,口板,保温筒内的 制板及 8 位双通道 A/D 转换板以及相应的连接板等。低电压输出板接收由缆芯 7#和 10#送来的 150V 直流电,经串联稳压及高频自激振荡后再经整流、滤波及三端稳压后输出+15V,5V 三种低压电供线路单元及其下的头使用。地面控制信号也由缆芯 7#,10#送入信号发射接收板,经整形,放大,增益控制后以n)进入 制板进行解编,而采集的测井信号则受 发出的/制,经场效应管推动后仍由 7#,10#输出送至地面。则接收组合仪 1309然伽玛和 2420 2435子送入的信号,经处理后送至 上供 制板采集。双通道 A/D 转换板对 头数据进行模数转换,最终送入 制板的数据总路线上。制板一方面解编地面送来的控制命令,一方面将测井数据以曼彻斯特码的方式输出,同时还向 头发送 钟,步等控制信号,提供 发射、接收的逻辑。 头为 1424电路包括:电源板,射驱动板,高压电容板,接收板,极板发射驱动板等。电源板:该板将 150V 滤波直流提升至 300V,为发射提供能量。由 1633来的150V 滤波直流首先被 80荡器斩波为方波,再由变压器升压、整流、滤波后输出300V 高压直流;耦合变压器次级输出降压振荡波形,经桥式整流滤波和稳压后输出+15V、 15V 及 5V 直流。电容板:其作用是为 射晶体提供足够的能量储备。接收板:对各测量信号进行放大,选通及逻辑控制等功能。其前置放大器增益为 20,多路选择器控制对极板信号还是对 X,Y 方向加速计的信号进行选道;移位寄存器则完成由 1633出的控制信号 生成选道时钟(,其目的是 1、选择 6 个极板之一进行发射;2、射; 3、不发射。其输出由电阻网络降至 5V。另外本板产生的 号将用于直流马达的开、收腿控制。极板发射驱动板:该板设计了 12 个高品质驱动电路以驱动 6 个极板上各包含名为 称为 发射晶体,这种延迟模式目的在于提高声波发射功率,电路中以场效应管 为激励级,为驱动级,其逻辑由接收板的 行控制。射板:该板电路与极板驱动板相似,也采用了发射延迟原理,其驱动级采用效应管。四、仪器性能参数及技术指标:耐温: 350℉ (177℃)耐压: 20000(小套管直径: 16 60°动态范围: 0~25 db/ ±1.0 dB/ (测深度: 2 (缆要求: 单芯或 7 芯电缆遥传通讯协议: 3504五、仪器组合及注意事项1、仪器组合简约的仪器组合为:1633424424中:1633通讯仪,1424 1424 密度)探头, 与辅助仪器串的组合顺序从上向为:2330309633424424合仪电源要求及档位选择仪器名称 系列号 电源要求 档位的位置330源 5346源 1—6;2— 63095030—6;2— + 24355030通讯线路仪 163350851505井时) 无4245000开腿时)15000收腿时)424意事项1) 、测井时必须把马笼头的 2#和 5#公插头取掉。2) 、仪器串的 为 150V 左右,不能超过 180V。3) 、测井时最佳测速为 9 米/分钟,最大测井速度为 。4) 、使用扶正器,尽量保证仪器串测量时的居中。解 释 方 法测量 6 条(即 6 个方向)水泥胶结曲线, 1 条 对方位)曲线,1 幅密度地层胶结波列。 能和 管节箍) 、直流电源的自然伽马) 、偿中子)等仪器组合,附带测量 R、 3 条深度校正曲线。量成果分为五道显示出来,第一道显示自然伽玛,最小、最大时差及 相对方位;第二道显示 6 个极板的声波幅度衰减,并对基线进行充填;第三道是平均声波幅度衰减曲线,最小声波幅度衰弱曲线,声波平均幅度曲线;第四道是按套管壁 360°展开的水泥胶结质量成像图;最后一道是 声波波形或声波变密度图。按常规声幅解释方式可把第三道和第五道当成主测井图,主测井图与普通水泥胶结测井图格式类似,显示水泥胶结声幅、最小和平均衰减曲线、特征波形或变密度、平均衰减曲线是 6 个区块测量结果的平均值,最小衰减曲线代表最小衰减的 60°区块。这两条曲线用同一比例尺并行显示,标出的两条衰减曲线的幅度差表示套管某一侧缺失水泥。分区阵列图(第二道)定量显示 6 个补偿衰减测量值,并在第四道依照 6 个极板声波幅度的衰减关系得到随深度变化的套管周边“胶结图”,即成像图。胶结图的配色原理与数字井周声波成像仪 微电阻率成像仪 样,即利用色阶表示法,由彩色的不同深浅表示不同的水泥胶结程度,色彩越深代表胶结得越好,极浅色白区指示未胶结套管,白区的宽度同时指示该特定深度窜槽的程度。例图为塔里木油田 井测井资料图,为了保证阵列成像显示效果,图中去掉了第五道( 显示,井深 1475 米处的套管接箍非常明显,对应于 井曲线高值尖子,六个极板衰减曲线均出现能量衰减的高读值,另外最小声波时差与最大声波时差出现明显差异性,声幅曲线出现极低值,这些均表明声波能量很好地耦合进入了地层,像图上出现一条明显的暗带,与上下胶结不好的水泥环(亮带)对比非常明显。与 1475 米处一样,与 处的套管接箍也很明显,成像图上显示套管四周水泥环胶结不均一,暗黑的深色部分指示水泥胶结好,浅色部分显示胶结差。其中3300 米以上井段水泥胶结较好,声波幅度明显较低,其中六个极板大部分衰减曲线都呈现较高的衰减值,但 1、6 号极板衰减幅度稍低,对应这两个极板的位置在成像图上出现浅色的亮带,指示 1、6 号极板方向水泥胶结不好,由其最小声波衰减与平均声波衰减曲线间的差异指示出该井段水泥环胶结不均一的程度。而 3300 米以下井段则出现整体胶结不好而局部胶结好的相反情况,一号极板的声波衰减较大,对应该方向的成像图显示较黑条带,表明局部胶结较好。由以上对分区水泥胶结测井仪 仪器结构介绍、电路分析及现场使用情况的了解,认为该仪器能提供更多更精确的井下水泥胶结质量情况信息,更能满足钻井工程日益增涨的套管固井质量检测要求,能更好地服务于甲方,也符合公司提出的:积极引导甲方使用高新测井技术,大力推广成熟的、附加值高的测井新技术的工作方针。因而该测井方法有比较广阔的应用前景。
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