随钻超声井径测量系统的研制

李立伟　沈雄伟　苏方波　谢培

摘要：隨钻超声井径测量系统的研究和设计的意义在于为探索解决复杂井或特殊井井径的测量提供一种新的方案。介绍了随钻超声井径井下仪的总体设计方案。为计算井径，设计了地面处理软件，并对相似性算法及干扰回波剔除处理等一些技术做了研究。不同泥浆密度对超声回波幅度的影响做了实验和分析。最后介绍进行了现场试验取得的成果。

关键词：超声井径;相似性算法;LWD;LWT;钻井安全

本文介绍了随钻超声井径的测量原理和总体设计方案。为计算井径，设计了地面处理软件，并对相似性算法及干扰回波剔除处理等一些技术做了研究。不同泥浆密度对超声回波幅度的影响做了实验和分析。最后介绍进行了现场试验取得的成果。为探索解决复杂井或特殊井井径的测量提供一种新的方案。

1 测量原理

超声井径的测量原理是基于测量超声波回波时间和介质中的声速，井下媒介的声速可以以理论值或井下刻度来获取，相对比较容易，但要测量超声波回波时间就相对比较复杂，其受泥浆密度、含沙量、岩屑大小、气泡、地层岩性和井壁光洁度等因素影响较大。

如图1所示，标号2是仪器本体，6是井眼，7是地层。发射换能器（1）受高压脉冲（25）激励后产生超声波发射信号（26），由于声阻抗边界的存在，会产生不同幅度和不同时间间隔的回波信号，但只有第一个井壁回波信号（20）是我们真正感兴趣的，因此超声井径测量系统最关键的部分就是怎样最有效的获取第一个井壁回波信号的时间间隔。

本系统采用的相似性检测算法结合皮尔逊相关系数的波形匹配算法和欧式距离算法，从而能够较佳地识别匹配点（图8中12）。

4 实验测试与分析

本系统包含了地面测试软件，用于仪器状态监控、数据回放和处理、曲线打印等，以及实验测试和分析，如图9。

为了了解回波信号的影响因素，我们做了不同泥浆密度和不同间隔的对比实验，图9第一道窗口的波形是泥浆密度为1.33g/cm3，换能器表面离井壁5cm的情况下所记录的回波信号，信噪比高，很容易检测出时间间隔。

图表10为不同泥浆密度、不同间隙与幅度的对应关系，从表中可以看出，在间隙较短时，不同泥浆密度下信号幅度大小差别比较大，在间隙较大时，泥浆密度变化对信号幅度的影响幅度变小，但总体信号要偏小很多，所以此时基线干扰小很关键，这也是工程实现时要严格控制的关键点。

5 结束语

系统介绍了超声井径的测量原理、总体方案设计、关键技术回波间隔提取的软件设计、在实验室中记录了不同泥浆密度和不同间距的回波幅度情况以及在现场试验的情况，为探索超声井径测量在油田勘探中的应用做了有益尝试，由于超声测量受井下影响因素多，技术的推广需要现场数据积累以及改进提高，最终才能推出满足用户需求的产品。

参考文献：

[1] 倪卫宁、李三国、李继波等，基于超声测距的随钻井径测量系统设计，科技导报，2013，31（3）。

[2] 强毓明、李长文、李国军等，超声成像测井的回波时间测量，测井技术，（2011）S0-0685-04。

[3] 胡凯利、余厚全、魏勇等，超声井径随钻测井回波信号补偿方法与电路实现，测井技术，（2014）01-0090-04。

[4] 张良琪、李立伟、吴世董等，用于确定超声波随钻井径测井中一次反射回波的方法，发明专利，专利号：ZL 2015 1 1016503.9。