HH-2530声幅-变密度测井资料质量问题分析及解决方法

邹 辉，何 强

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆 400021)

0 引 言

HH-2530测井系统是北京环鼎公司于2005年以CSU为蓝本开发出来国产化的成像测井系统，该测井系统在川渝地区使用已有10余年的时间。该测井系统在进行声幅-变密度测井作业时，在完成裸眼井段组合测井后，可不用中途换接仪器，直接通过地面系统切换到声幅模式即可进行套管井声幅-变密度测井，能够极大地提高施工时效，深受用户欢迎。但该系统目前在套管井测得的声幅-变密度资料，与专门用于声幅-变密度测井[1]的SKD-3000三组合系统相比还有一定的差距，仪器工作还不是很稳定，取得的资料还存在一定的质量问题。本文针对HH-2530声幅-变密度资料质量问题提出解决方法。

1 测井原理

HH-2530声幅变密度仪器声系结构为单发四收结构,如图1所示。

图1 HH-2530声幅-变密度声系结构图

当进行声幅-变密度测井作业时，R2和R3不工作，变成单发双收模式，既换能器T发射，接收器R1，R4接收。源距分别为：3 ft(1 ft=304.8 mm)和5 ft。

对于3 ft源距接收器，声波发射器发射声波脉冲，经泥浆折射入套管，产生套管波，套管波又折射入泥浆，接收器接收声波波列中的首波幅度。经电子线路转化成电压值，当仪器沿井身移动时，就测出一条随井深变化的声幅曲线，套管声幅值的高低来判断套管与水泥环胶结的好坏。

对于5 ft接收器，接收的是声波的全波列[2]。分为3个部分：即套管波、地层波、泥浆波。接收电子线路将信号转化为与其幅度成正比的点信号。经电缆传送至地面，波检后只保留正半周部分。这部分信号调制成光点亮度。波幅大，电压高，光点就亮。测井图上显示条带为黑色，而光点亮度低时，显示为灰色条带。负半周电压为零，光点不亮，测井图上显示为白色条带。形成的变密度测井图就是黑白相间的条带。仪其颜色的深浅来表示信号的强弱。通过对变密度测井图上显示的套管波、地层波、泥浆波的强弱分析，来确定套管与水泥环，水泥环与地层胶结质量的好坏。HH-2530声波-变密度原理图如图2所示。

2 测井资料常见质量问题

川庆测井技术分公司XX队在XX井出现的资料质量问题是HH-2530测井系统进行声幅-变密度测井经常遇到的问题。

XX井基本信息:

井深： 3 216 m；

套管尺寸： 177.8 mm×3 215.70 m；

钻井液性质： 钾聚磺；

钻井液比重： 1.76 g/c3；

水泥性质： 嘉华G级；

固井时间： 2015年6月26日；

井别： 直井。

XX井测得的声幅-变密度主曲线与重复曲线对比图如图3所示。

图3 XX井声幅-变密度主曲线与重复曲线对比资料

从图3可以看出：在井段1 600～1 660 m CBL曲线重复性特别差，并且CBL与VDL相关性也很不好，该井测得的声幅-变密度资料存在明显的质量问题。不能真实反映井下的水泥胶结情况，可以看出HH-2530声幅-变密度资料存在以下2个方面的问题：

1)主曲线CBL与VDL相关性差;

2)声幅-变密度测井曲线重复性不好。

原因分析：HH-2530声幅-变密度仪器通过电缆缆芯上传的声波信号为模拟信号[3]。正常情况下，地面计算机系统对上传的3 ft、5 ft波信号经过增益补偿后，地面测井计算机系统根据相应套管尺寸首波开门时间，在一定门宽范围内的对套管首波进行自动跟踪检测。地面系统检测到的波形如图4所示。图中红色圆点指示的是为3 ft波首波波峰位置，红色圆点只能在固定的滑动门宽(蓝色圆圈)活动。

在套管波明显井段套管波首波时差不能出现突变，它与自由套管首波时差存在以下关系[4]:

Tfc-Tc≤4 μs

式中,Tfc为自由套管波首波时差值；Tc为套管波首波时差。

图4 地面系统监测到的波形

将声幅-变密度仪器放入7 in(1 in=25.4 mm)刻度筒，加压4个大气压(500 PSI)。用示波器检测声波线路上的上传声波信号，示波器检测的波形如图5所示。

图5 示波器检测的声波信号波形图

从图5可清晰地看出：井下仪器上传的声波信号由于幅值过高，波形发生了畸变，由正弦波变成了方波，声波严重失真，声波幅度没有工作在性线范围内，导致地面计算机系统无法锁定套管波首波。这就是测井曲线相关性不好及重复性差的根本原因。换言之，要想改善HH-2530声幅-变密度测井资料质量，需要对上传的声波信号的幅度进行调整。

3 解决方法

3.1 井下增益计算

HH-2530声幅-变密度仪器接收电路PA4板电路如图6所示。图中,N3为可编程运算放大器，从声系上传的接收信号(R1～R4 输出)，输入到由 CD2400可编程放大器[5]构成的差动比例运算电路。 井下上传的声波信号由这个负反馈运算放大器放大倍数所决定，井下1档增益的放大倍数K，由下式得出：

K=1+R20/(R21+R22+R23+R24)

图6 接收电路PA4板电路图

3.2 井下增益调整

声波探头在7 in刻度筒里，加满水，加压4个大气压(500PSI)，用声波测试盒供电测试，R20由110 K改为短接，R21由原51.5 K改为51 K+110 K，R22由3.01 K改为82 K。在井下增益1档，各输入信号(R1、R2、R3、R4接收换能器出来的信号)的两端挎接一个合适的电阻(参考值2 K左右)，使得E1波形幅度在上端31芯插座的23#、29#之间为9 V±0.5 V。

通过调整各电阻阻值后，井下增益K变小，只有原来幅值的。

示波器检测到的波形已有原来的方波变成正弦波，如图7所示。

图7 调整后示波器检测的声波信号波形图

3.3 地面增益选择

在自由套管刻度时，要保障3 ft和5 ft接收的波形在显示器窗口上观察应尽可能的大但不能限幅；地面增益档位的选择与测井电缆的长度有关，一般使用3 000～7 000 m的电缆，建议在4～8档之间选择。并且刻度时是那个增益，测井时必须采用那个增益，测井过程中不能改变。地面增益选择参数见表1。

表1 地面增益设置参考表

4 应用效果

将调试好的声幅-变密度仪器，在XX井进行资料对比验证，下井组合为HRAS/REC/BDS/AH169/TGR/TTR/CCL，HH-2530声幅-变密度测井资料对比如图8所示。

从图8可以看出：HH-2530声幅-变密度资料与SKD-3000测井系统测得的资料具有很高的吻合度。提高资料对比验证，可以看出：调试后的HH-2530仪器测得的声幅-变密度资料质量有了显著的改善，说明此次调试有实质性的效果，这种方法是完全可行的。

图8 XX井5 in套管井HH-2530与SKD-3000声幅-变密度资料对比图

5 结束语

1)HH-2530声幅-变密度仪器完全能够完成CBL-VDL测井，与其他系列的声幅资料进行对比，有着很好的重复性，完全能够取得优等的声幅-变密度测井资料。

2)鉴于井下上传的声波信号可能出现限幅，而在地面系统根本看不出来，建议对HH-2530声幅-变密度仪器，每6个月在基地刻度筒进行波形检测，确保井下上传声波波形为一幅度为9 V±0.5 V之间的正弦波。这样就能够提高声幅-变密度测井资料质量。

[1] 郭海敏.生产测井导论[M]. 北京：石油出版社, 2010：559-562.

[2] 章成广, 江万哲. 声波测井原理与应用 [M].北京：石油出版社, 2009:85-92.

[3] 杜兵营. 提高声幅变密度测井质量的措施 [J].石油仪器,2012,26(6)：65-68.

[4] 魏 涛. 油气井固井质量评价[M]. 北京：石油工业出版社,2010:130-131.

[5] 北京环鼎.声幅-变密度测井仪器修理手册[Z].2005.