八扇区声波测井仪的改进及应用

吴恩明

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司　黑龙江　大庆　163153)



·经验交流·

八扇区声波测井仪的改进及应用

吴恩明

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司黑龙江大庆163153)

摘要：提出了一种有效评价固井质量的八扇区声波测井仪，并简要介绍了其工作原理。针对使用过程中的问题，对仪器的机械结构、部分电路和地面解码系统进行了相应的改进与完善。通过对其在外蒙塔木茶格油田的塔19-360-t234井进行现场测试，该仪器能准确评价出水泥胶结指数。应用效果进一步表明，改进后的仪器性能更加稳定，能在150℃、60 MPa的环境下可靠工作。

关键词：固井质量；八扇区声波测井仪；地面解码系统；水泥胶结指数

0引言

八扇区声波测井仪是大庆油田测试技术服务分公司研发的测井仪器，用来评价固井质量。仪器除在大庆油田应用外，在外蒙塔木查格油田年测井200多口。在广泛应用的同时，也反应出几方面的问题：1)干扰信号对接收传感器接收正常信号存在影响；2)干扰信号对校深伽马信号存在影响；3)充油腔体由于连续使用出现密封效果间歇性不稳定状态。针对以上问题，设计人员及时对仪器的信号处理电路、机械部分以及地面解码板进行了相应的改进与完善，使得该仪器的现场应用效果得到显著提高。

1仪器的工作原理

八扇区声波测井仪利用声源向井内各个方向发射声脉冲，以临界角入射不同介质的声脉冲，能在不同介质中产生滑行波，滑行波在一定位置的折射波被探测器接收[1]。由于不同的介质(套管、水泥、地层)对弹性波的影响不同，从而引起波的速度、幅度和频率的变化[2]。通过记录的这些参数，来判断固井质量情况，这就是声波全波列测井(VDL)[3]。测井时，如果只记录全波列中首波的幅度，即是声幅测井(CBL)[4]。

八扇区声波测井仪具有标准的三英尺声幅(CBL)/声波传播时间和五英尺全波列变密度(VDL)显示[5]，该仪器还设计有二英尺源距的8个独立扇区声波幅度,根据这8个扇区声幅可作出套管外水泥分布剖面图,并可计算出平均声幅及衰减系数。

2仪器的改进

2.1仪器信号处理电路的改进

八扇区声波测井仪器里有9个用于发射声波的压电陶瓷换能器(以下简称传感器)，由于传感器的个体差异，在传感器施加的激励(+200 V交流电压)停止时，个别传感器仍在振动(发声)，发出的声波被接收传感器接收。而这个声波幅度又很大,如图1所示,图中绿色为干扰。这样就造成仪器解码有时不正常。针对上述问题，对仪器信号处理电路(以下简称发射电路板)进行了改进。

图1　八扇区声波测井仪信号

原有电路的设计方法是激励(+200 V交流电压)在时序的控制下，分时给传感器供电，电原理框图见图2。

图2仪器原有发射板电原理框图

改进后电路的设计方法是激励(+200 V交流电压)在时序的控制下，分时给传感器供电，同时在供电结束后，瞬间(3 μs)使激励(+200 V交流电压)接地，保证传感器上没有电压，使其不再振动发声。改进后电原理框图见图3，电路原理图见图4。

图3　改进后发射板电原理框图

图4　控制电路原理图

2.2八扇区声波测井仪地面解码板的改进

八扇区声波测井仪在测井过程中，需要配接伽马仪进行校深。输出的信号先是同步信号，然后是声波信号，最后是伽马信号，如图5所示。这样就要求伽马信号的幅度大于声波信号而小于同步信号。而声波信号随着地层参数的变化而变化，同时随着地层温度的变化输出的各个信号的幅度会有微小变化。两种因素叠加在一起就会导致声波的信号影响到伽马信号。针对这个问题，对声波测井仪地面解码板的伽马信号的处理电路进行了改进。

图5　八扇区声波测井仪信号

改进前声波板卡的伽马信号处理电路流程是声波信号和伽马信号分别进入声波信号处理电路和伽马信号处理电路，然后进入单片机进行数据处理。改进前原理框图见图6。

图6　改进前原理框图

改进方法是声波信号直接进入声波信号处理电路不变，而伽马信号在进入处理电路之前和从单片机发出的控制信号通过与门相与，再进入伽马信号处理电路，然后进入单片机。这样进入伽马信号处理电路时就不再有声波信号，所有可能的干扰信号都被屏蔽掉了。改进后原理框图见图7，控制电路原理图见图8。

图7　改进后原理框图

图8　控制电路原理图

2.3机械部分的改进

仪器利用活塞式压力平衡原理将传感器部分封装在充满油的活塞式腔体内，腔体和电路筒之间用密封塞连接以保证仪器在高压时也能正常工作。但仪器在使用过程中有时会出现充油腔体不能完全充满油、充油腔体和电路筒间的密封塞损坏、用于平衡内外压力的密封活塞无法平衡压力的情况。针对上述问题，对扇区水泥胶结测井仪密封部分进行了改进。

2.3.1充油腔体和电路筒密封部分的改进

由于仪器结构和尺寸的限制，如图9所示，在外径35 mm的密封塞体里放置25个Φ4.5 mm密封塞，密封塞一端不能用胶尾连接，原仪器密封塞直接承受压力。在充油的过程中，密封塞易渗油和漏气，导致仪器充油腔体内不能完全充满油。改进后的仪器采用新工艺，不再使用密封塞，而是采用针体和密封塞体直接高温固结，既解决了塞体的密封问题，又使仪器25根引出线由手工焊接变为接插件连接，便于仪器组装、维修，提高了仪器的可靠性。

2.3.2用于平衡内、外压力滑动活塞的改进

图9　密封部分机械图

原有仪器密封活塞外部用一道“O”圈密封，当受到井内压力时，有时会出现密封活塞倾斜，导致密封活塞不密封，这样需重新对仪器进行充油。反复拆、装和充油既浪费了成本，又耗费了人工，同时也降低了仪器的可靠性。改进后的仪器密封活塞用两道“O”圈密封，保证密封活塞受到压力时居中，起到了平衡压力的作用。

3应用效果

仪器改进完善后，在大庆油田和外蒙塔木查格油田进行了50多口的现场应用。图10为改进后的声波测井仪在外蒙塔木茶格油田的塔19-360-t234井完井套后固井质量测井图。从图中可以看出，在2 088 m为实际水泥返高。水泥胶结指数显示以差；在2 088 m以上为混浆段，声幅曲线(CBL)的幅度50 mV左右，胶结图除接箍处均为白色，表示几乎没有水泥；在2 088～2 108.5 m之间除个别地方(2 098～2 100 m和2 012.5～2 013.5 m)外，为胶结较好处，变密度曲线(VDL)的套管波没有显示，声幅曲线(CBL)幅度很小，水泥胶结指数显示以好为主。从整条曲线来看，仪器声幅曲线(CBL)、八扇区、变密度(VDL)响应一致，表明仪器的工作是正常的。

图10　塔19-360-t234井完井套后固井质量测井图

4结论

对电路部分的改进，使得仪器耐温指标达到150℃；对地面解码系统的改进，保证了仪器能可靠、稳定地工作；对机械部分的改进，使得仪器耐压指标达到60 MPa，同时也便于仪器的组装、调试与维修。现场试验充分验证了八扇区声波测井仪经过改进和完善，仪器结构更加合理，电路工作更加稳定可靠，提高了测井时效，使得仪器能够更好地满足八扇区声波测井的各种要求条件。仪器能在150℃、60 MPa的环境下可靠工作，证明八扇区声波测井仪是一种有效的评价固井质量的仪器。

参 考 文 献

[1] 李在胜,崔军,薄和秋.提高固井质量技术[J].西部探矿工程，2001,13(3)：57-59.

[2] 王爱民.扇区水泥胶结测井仪及在套管井中的应用[J].测井技术,2003,27(B04)：56-58.

[3] 姚京坤,杨荣起,姬铜芝，等.分区水泥胶结测井仪(SBT)及其应用 [J].石油仪器,2003,17(1)：29-31.

[4] 李维彦,章成广,仵岳奇，等.SBT 资料评价固井质量的应用研究[J].江汉石油学院学报,2005,27(3)：345-347.

[5] 雍世和,张超谟.测井数据处理与综合解释[M].东营: 石油大学出版社,1996：98-113 .

Improvement and Application of the Eight-sector Sonic Logging Tool

WU Enming

(Logging and Testing Services Company,Daqing Qilfield Co.Ltd.,Daqing,Heilongjiang 163153,China)

Abstract：An eight-sector sonic logging tool used to evaluate well cementation quality is presented,and its working principle is introduced briefly.According to the feedback from the users,the mechanical structure,the circuit and the ground decoding system of the tool have been improved.The on-site test was carried in the 19-360-t234 well of Tamuchage oilfield in Mongolia,the results showed that the improved tool can accurately evaluate the cement bond index and work reliably under the environment of 150℃ and 60MPa with effective evaluation of the cement quality.

Key words：cement quality;eight-sector sonic logging tool；ground decoding system； cement bond index

第一作者简介：吴恩明，男，1978年生，2002年毕业于江汉石油学院机械设计制造及其自动化专业，现在大庆油田测试技术服务分公司从事测井研究工作。E-mail:wuenming1978@163.com

中图法分类号：P631.8+1

文献标识码：A

文章编号：2096-0077(2016)03-0082-03

(收稿日期：2015-02-11编辑：姜婷)