一种扇区水泥胶结测井仪及应用

章伟江

（杭州瑞利勘测设备科技有限公司，杭州，310012）

一种扇区水泥胶结测井仪及应用

章伟江

（杭州瑞利勘测设备科技有限公司，杭州，310012）

阐述了一种SHRA扇区水泥胶结测井仪的结构特性、技术指标、基本原理。经实际应用，满足固井质量评价，节约了成本，并实现与warrior、530数控测井系统配接。

水泥胶结测井；扇区；变密度；固井质量

固井质量的准确评价对油气田的勘探开发具有十分重要的意义，早期的声波变密度测井由于受泥浆、微环间隙、快速地层、水泥环厚度等因素影响，不能对水泥环局部缺失或不均匀情况作出准确评价，在实际应用中有很大局限性[1-2]。扇区水泥胶结测井是目前检测固井质量最有效的测井仪器之一，它能沿着套管整个圆周纵向、横向测量水泥胶结质量，它可以同时测得信号的传播时间，以及声波的全波列信号，能准确判断出水泥的窜槽、水泥环的局部缺失等固井质量问题，以灰度图的形式直观地显示套管和水泥环的胶结情况, 准确评价第一界面存在的槽道、孔洞的位置、大小及分布情况；更好的满足固井质量评价，具有广阔的推广应用前景。目前，国内使用的扇区水泥胶结测井仪有康普乐公司SBT(Secidr Bond Tool)、美国Tek-co公司RIB(Radius Incremented Bond)、阿特拉斯公司SBT （Segment Bond Tool）。通过对这三家公司仪器的在各油田使用情况，康普乐公司的SBT温度等级不高，难以适应深井和复杂井况；Tek-co公司RIB声波发射能量不足，变密度VDL地层波不明显；阿特拉斯公司SBT测井效果不错，但使用成本高，它是将6臂推靠到井壁进行测量，容易受环境影响，特别随着目前特种井钻采技术的广泛应用，6臂SBT由于其结构复杂，在大斜度井、定向水平井中由于井眼弯曲和仪器重力作用更容易堵卡，根据国内现场经验，不适应于此类特种井的测量。鉴于此，我们自主研制了一种八扇区水泥胶结测井仪，克服上述的不足，并实现了与Warrior、530数控测井系统的配接。

1 仪器结构及参数

1.1 仪器组成

SHRA扇区高分辨率声波测井仪是530数控测井系统下井仪器重要组成之一，该仪器除了测量声波时差、普通的声幅CBL(Cememt Bond Log)、变密度VDL(Varrible Density Log)[3]外，还增加了八扇区水泥胶结和温度测量功能。仪器由上、下电子线路和声系三大部分组成。声系为单发六收阵列模式，发射探头XMIT位于仪器底部，减少了对上部接收信号的干扰。接收换能器分别为SEC R用于八扇区测量，R5用于测量声幅(CBL)，R1用于测量变密度(VDL)，同时R1～R5还可用来作高分辨率时差测井，接收源距分别为1.5 ft、3 ft(1 ft=30.48 cm) ，间距6 in(1 in=2.54 cm)，仪器组成如图1所示。

图1 仪器组成

1.2 技术参数

仪器外径，Φ89 mm；仪器长度，3461 mm ；重量，80 kg；仪器温度和压力等级，175℃、140 MPa；冲击、振动，50 g（11 ms）、5 g（10～60 Hz）三维；供电，250 VAC±10%、50～60 Hz；源距，1.5 ft、3 ft、5 ft；间距：6 in；套管时差，57±2 μs/ft；声波分辨率，6点/ ft（在550 m/h时）；声波精度， ± 5%；适用套管，114～318 mm (4.5 in～12.5 in)；换能器频率，15～18 kHz；最高测速，700 m/h（时差模式）、550 m/h（CBL模式）。

2 仪器原理

该仪器有两种测井模式，时差模式和CBL模式。在时差模式下：SHRA声波测井仪由遥测仪器TGR发送一握手信号来控制发射电路及时序电路，由共用电子线路2发送接收选择控制信号及增益控制信号来控制接收换能器的选择及信号的增益。声波信号输出到TGR，经功放后传至地面系统。在CBL模式下：TGR每20 ms给SHRA提供一个握手信号，控制发射一次。地面下传的控制命令经信号处理电路解码，用作接收选通。原理框图见图2。

图2 SHRA扇区声波总方框图

仪器信号上传总时序：仪器一个总的工作循环分为11个周期，同步头为先负后正，分别是八个扇区、3 ft、校验、5 ft周期。每个周期前接收一次对应的530命令，并在530握手信号下降沿出现后延迟400 μs开始，握手信号出现的间隔为20 ms。见图3。

图3 总时序

仪器发射、接收时序：仪器在每个周期同步头后100 μs时开始发射；八扇区信号在8个扇区周期同步头后200～450 μs间接收；3 ft、5 ft信号分别在其周期同步头后250 μs～1.3 ms间接收；校验信号出现在校验周期同步头后400～500 μs间接收；温度信号出现在校验周期同步头后600～1200 μs之间，它以600 μs处为0℃基准，每1℃向后位移3 μs，宽度为10 μs的负脉冲；伽玛、中子信号在每个周期同步头后的3.3～19 ms间接收，伽玛为负脉冲、中子信号为正脉冲。见图4。

图4 发射、接收时序

3 测量原理及实例

发射探头距扇区接收探头的源距1.5 ft，距接收探头R5、R1的源距分别为3 ft和5 ft，温度探头TEMP在声系的最下端。发射探头由两个径向极化的全电极换能器组成。扇区接收探头是由8对径向探头组成，每个探头覆盖套管周长的45º径向范围，将圆周分为八个扇区。而且距发射探头只有1.5 ft，因此，水泥胶结中井周各方位很小的问题都很容易被发现。扇区胶结图的阴影等级及解释方法如图5、表1所示。

图5 扇区胶结图的阴影级

表 1灰度等级解释方法

33 fftt、 55 ff tt接收探头分别接收声幅（CBL）、变密度（VDL）信号。CBL是反映第一界面套管的首波幅度随深度变化的曲线[4]，在自由套管中首波幅度标定为100%，以此计算在水泥胶结套管中实测的首波幅度的衰减率，得到第一界面的胶结指数。VDL可以定性分析反映第二界面胶结质量好坏。当第二界面胶结好时，在VDL中有明显清晰的地层波明暗条纹。VDL曲线中有弱的套管波和强的地层波时，证明两个界面都胶结良好。对于地层间窜槽，如果是由于水泥和地层之间胶结不好所致，CBL是测不出来的，VDL可根据地层波和套管波的明暗条纹定性的判断窜槽层段。

八扇区胶结成像图在管外有水泥胶结呈黑色，反之呈白色。 声幅 、变密度曲线在管外有水泥胶结声幅数值低、地层波信息强，反之无水泥胶结或水泥胶结不理想。图6为测井曲线实例，图中2962～2964 m显示套管外水泥胶结质量较差，扇区最大、最小、平均的声幅曲线与常规3 ft声幅曲线有一定的对应性，灰度图像呈浅白，水泥胶结质量显示直观明显。

图6 测井曲线灰度图像

4 结束语

扇区水泥胶结测井仪是新一代径向固井质量评价测井仪器，它可以从水泥环径向和纵向两个方向来评价水泥胶结质量，包含了声幅变密度测井的所有信息，并能详细地评价第一界面在360º的胶结情况，为分析储层管外水泥胶结状况奠定了良好的基础；扇区声波源距短，测量结果不受快速地层的影响，并适合井内各种流体。扇区仪器可与陀螺测斜仪配接而获取了方位信息，可直观发现井下水泥环中出现的空洞或裂缝，井下生产作业队对可能造成窜槽的具体层面、方位进行射孔，填补水泥，这将大大地节约生产成本。

[1] 赵晨光. 八扇区水泥胶结测井技术及应用[J].石油天然气学报, 2009,31(1):237-239.

[2] 金志宏. 扇区水泥胶结测井及信号处理方法[J].石油仪器，2010, 24(5):15-17.

[3] 章成广. 声波测井原理与应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[4] 洪有密. 测井原理与综合解释[M].北京:石油大学出版社,1993.