扇區(qū)聲波水泥膠結(jié)測(cè)井儀構(gòu)造及工作原理

扇區(qū)聲波水泥膠結(jié)測(cè)井儀包括普通的聲波幅度測(cè)井聲系、聲波變密度測(cè)井聲系、扇區(qū)分割式八個(gè)聲幅測(cè)井聲系和電子線路。每個(gè)扇區(qū)分割式聲系由聲波發(fā)射換能器與源距2ft接收探頭組成，并一一垂直對(duì)應(yīng)，每一聲系覆蓋測(cè)量套管外的固井水泥環(huán)45°扇區(qū)。測(cè)井時(shí)，各個(gè)聲系同時(shí)工作，聲幅測(cè)井、聲波變密度測(cè)井八個(gè)聲系各自測(cè)量信號(hào)，經(jīng)處理后，得到聲幅測(cè)井曲線、聲波變密度測(cè)井圖和八個(gè)扇區(qū)聲幅圖（根據(jù)八個(gè)扇區(qū)聲幅作出的套管外固井水泥分布剖面圖）。

扇區(qū)聲波水泥膠結(jié)測(cè)井儀是將套管外的固井水泥環(huán)分成各為45°的八個(gè)扇區(qū)，分別測(cè)量每個(gè)扇區(qū)的水泥膠結(jié)質(zhì)量的聲波測(cè)井儀器。

扇區(qū)聲波水泥膠結(jié)測(cè)井儀主要用于固井質(zhì)量檢查。2100433B

將一個(gè)受控聲波振源放入井中,聲源發(fā)出的聲波引起周圍質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),在地層中產(chǎn)生體波即縱波和橫波,在井壁一鉆井液界面上產(chǎn)生誘導(dǎo)的界面波即偽瑞利波和斯通萊波。這些波作為地層信息的載體,被井下接收器接收,送至地面的記錄下來,就是聲波測(cè)井。接收器、聲源統(tǒng)稱為聲系,根據(jù)聲系排列及尺寸的不同,聲波測(cè)井儀可分為補(bǔ)償測(cè)井儀(BHC)、長源距聲波測(cè)井儀( LSS)和陣列聲波測(cè)井儀。聲波在井內(nèi)地層中傳播由于地層巖石成分、結(jié)構(gòu)、孔隙中流體成分的變化其波的速度、幅度甚至頻率都會(huì)發(fā)生變化。只記錄聲波速度變化的稱為聲速測(cè)井(AC),而記錄聲幅度變化的則稱為聲幅測(cè)井。聲波速度測(cè)井中短源聲系僅記錄縱波(即首波)傳播時(shí)差,長源距聲系可記錄下縱波、橫波、偽瑞利波、斯通萊波等各種波列的傳播時(shí)差,所以又稱為全波聲波測(cè)井,而陣列聲波儀由于聲系復(fù)雜既可以記錄縱波聲速,又可以記錄全波列聲速,還可以記錄聲幅。

1.補(bǔ)償聲波測(cè)井儀(BHC)

補(bǔ)償聲波測(cè)井儀(BHC)的聲系如圖1所示。是用兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器組成的特殊類型的聲波速度測(cè)井儀,普通的聲速測(cè)井儀只有一個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器。它的測(cè)量結(jié)果受井徑變化和儀器相對(duì)于井軸傾斜的影響。當(dāng)儀器的間距與源距固定時(shí),它對(duì)于發(fā)射器在接收器之上和發(fā)射器在接收器之下的測(cè)量結(jié)果的影響正好相反。井眼補(bǔ)償聲波測(cè)井儀是把這兩種情況結(jié)合起來消除井徑變化和儀器傾斜影響的儀器。

補(bǔ)償聲波測(cè)井可消除井徑變化(垮塌、溶洞及工程原因)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。使用井眼補(bǔ)償聲波測(cè)井,求取縱波速度,從而確定巖性和巖石孔隙度，但由于這些方法的探測(cè)深度較淺，受井眼環(huán)境及侵入帶影響較大,為此提出了長源距聲波測(cè)井和陣列聲波測(cè)井。

2.長源距聲波測(cè)井

長源距聲波測(cè)井是繼井眼補(bǔ)償聲波測(cè)井儀之后出現(xiàn)的一種聲波測(cè)井儀。它具有前者井眼補(bǔ)償?shù)南嗤攸c(diǎn)，同時(shí)由于源距較長使波列中各種成分的波更易于劃分、有利于充分利用聲波測(cè)井的各種信息，并且由于探測(cè)深度較大，結(jié)果受井壁影響較小。長源距聲波測(cè)井儀有兩個(gè)接收器（R、R2）和兩個(gè)發(fā)射器（T1、T2）。測(cè)量是在兩個(gè)位置上進(jìn)行的，在第一個(gè)位置時(shí)，發(fā)射器T1（或T2）發(fā)射、在頂部兩個(gè)接收器測(cè)最時(shí)差；當(dāng)儀器提到兩個(gè)發(fā)射器和第一個(gè)位置時(shí)兩個(gè)接收器位置接近時(shí)，兩個(gè)發(fā)射器發(fā)射，R2（或R1）記錄。第一個(gè)位置記錄的結(jié)果由地面儀器存貯起來，等第二個(gè)位置記錄之后，由儀器自動(dòng)計(jì)算并輸出經(jīng)過井眼補(bǔ)償?shù)穆暡〞r(shí)差。

3.陣列聲波測(cè)井陣列聲波測(cè)井

現(xiàn)代聲波測(cè)井儀普遍采用多個(gè)傳感器，構(gòu)成所謂陣列聲波測(cè)井儀，如阿特拉斯公司的DAC、MAC和斯侖貝謝公司的DSl等。通過記錄多條曲線進(jìn)行相關(guān)和疊加處理，可以有效地壓制干擾，準(zhǔn)確提取縱波、橫波和斯通利波的各種信息。由于接收器的間距較小，能滿足薄層研究的需要。

陣列聲波測(cè)井的聲系如圖2所示,在聲系的下部是兩個(gè)壓電陶瓷發(fā)射器,間距2ft(61cm),發(fā)射器帶寬為5~18kHZ。聲系的上部有8 個(gè)壓電陶瓷接收器,每個(gè)接收器之間的距離為6in (15.2cm),這組接收器用于陣列聲波測(cè)井。第一個(gè)接收器與上發(fā)射器之間的源距為8ft,與下發(fā)射器之間的距離為10ft,第一個(gè)接收器與第五個(gè)接收器間的距離為2ft,這樣的聲系可組成源距分別為8ft 和10ft 的長源距聲波測(cè)井。

在聲系的中部有兩個(gè)間距為2ft 的接收器，它們與上、下發(fā)射器組成以源距分別為5ft 和7ft的標(biāo)準(zhǔn)井眼補(bǔ)償測(cè)井，可用于裸眼井測(cè)量；在下套管井中可用源距為3ft 的聲系進(jìn)行水泥膠結(jié)測(cè)井(CBL),用源距為5ft 的聲系進(jìn)行變密度測(cè)井(VDL),這兩種測(cè)量結(jié)果可用于檢查水泥固結(jié)質(zhì)量。在儀器的最頂部是用于測(cè)量井內(nèi)流體聲速的測(cè)量系統(tǒng),發(fā)射器與接收器相距很近,測(cè)井時(shí)可連續(xù)測(cè)量中流體的聲波速度。

4.偶極子陣列聲波測(cè)井

是將普通聲波測(cè)井儀的單極子技術(shù)同偶極子技術(shù)有機(jī)的組合在一起，其最大優(yōu)勢(shì)是在地層橫波速度低于井內(nèi)流體聲速時(shí)的松軟地層，同樣可以獲得準(zhǔn)確的縱波、橫波、斯通利波的時(shí)差及各類波形在不同接收器上的幅度、衰減系數(shù)等參數(shù)，同偶極子陣列聲波相比交叉偶極子陣列聲波測(cè)井還可以提供地層橫波各向異性的大小和方向，對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行綜合分析，可協(xié)助常規(guī)測(cè)井資料有效地對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，在計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)、工程應(yīng)力參數(shù)、評(píng)估井眼穩(wěn)定性方面都有其獨(dú)特的功效。

5.超聲波成像測(cè)井

采用旋轉(zhuǎn)式超換能，對(duì)井眼四周進(jìn)行掃描，并記錄回波波形。巖石聲阻抗的變化會(huì)引起回波幅度的變化，井徑的變化會(huì)引起間波傳播時(shí)間的變化。將測(cè)量的反射波幅度和傳播時(shí)間按井眼內(nèi)360度方位顯示成圖像，就可對(duì)整個(gè)井壁進(jìn)行高分辨率成像，由此可以觀察井下巖性及幾何界面的變化。

聲波測(cè)井分為聲速測(cè)井和聲幅測(cè)井。聲速測(cè)井測(cè)量地層聲波速度。地層聲波速度跟地層的巖性、孔隙度以及孔隙流體性質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)聲波在地層中的傳播速度，就可以確定地層孔隙度、巖性即孔隙流體性質(zhì)。

聲波速度測(cè)井簡稱聲速測(cè)井，它記錄的是聲波通過1米巖層所需的時(shí)間，測(cè)量地層滑行波的時(shí)差△t(地層縱波速度的倒數(shù))。主要用以計(jì)算地層孔隙度、地層巖性分析和判斷氣層等。