八扇區(qū)聲波測井儀的改進及應用

吳恩明

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司　黑龍江　大慶　163153)

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八扇區(qū)聲波測井儀的改進及應用

吳恩明

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司黑龍江大慶163153)

摘要：提出了一種有效評價固井質量的八扇區(qū)聲波測井儀，并簡要介紹了其工作原理。針對使用過程中的問題，對儀器的機械結構、部分電路和地面解碼系統(tǒng)進行了相應的改進與完善。通過對其在外蒙塔木茶格油田的塔19-360-t234井進行現(xiàn)場測試，該儀器能準確評價出水泥膠結指數(shù)。應用效果進一步表明，改進后的儀器性能更加穩(wěn)定，能在150℃、60 MPa的環(huán)境下可靠工作。

關鍵詞：固井質量；八扇區(qū)聲波測井儀；地面解碼系統(tǒng)；水泥膠結指數(shù)

0引言

八扇區(qū)聲波測井儀是大慶油田測試技術服務分公司研發(fā)的測井儀器，用來評價固井質量。儀器除在大慶油田應用外，在外蒙塔木查格油田年測井200多口。在廣泛應用的同時，也反應出幾方面的問題：1)干擾信號對接收傳感器接收正常信號存在影響；2)干擾信號對校深伽馬信號存在影響；3)充油腔體由于連續(xù)使用出現(xiàn)密封效果間歇性不穩(wěn)定狀態(tài)。針對以上問題，設計人員及時對儀器的信號處理電路、機械部分以及地面解碼板進行了相應的改進與完善，使得該儀器的現(xiàn)場應用效果得到顯著提高。

1儀器的工作原理

八扇區(qū)聲波測井儀利用聲源向井內各個方向發(fā)射聲脈沖，以臨界角入射不同介質的聲脈沖，能在不同介質中產(chǎn)生滑行波，滑行波在一定位置的折射波被探測器接收[1]。由于不同的介質(套管、水泥、地層)對彈性波的影響不同，從而引起波的速度、幅度和頻率的變化[2]。通過記錄的這些參數(shù)，來判斷固井質量情況，這就是聲波全波列測井(VDL)[3]。測井時，如果只記錄全波列中首波的幅度，即是聲幅測井(CBL)[4]。

八扇區(qū)聲波測井儀具有標準的三英尺聲幅(CBL)/聲波傳播時間和五英尺全波列變密度(VDL)顯示[5]，該儀器還設計有二英尺源距的8個獨立扇區(qū)聲波幅度,根據(jù)這8個扇區(qū)聲幅可作出套管外水泥分布剖面圖,并可計算出平均聲幅及衰減系數(shù)。

2儀器的改進

2.1儀器信號處理電路的改進

八扇區(qū)聲波測井儀器里有9個用于發(fā)射聲波的壓電陶瓷換能器(以下簡稱傳感器)，由于傳感器的個體差異，在傳感器施加的激勵(+200 V交流電壓)停止時，個別傳感器仍在振動(發(fā)聲)，發(fā)出的聲波被接收傳感器接收。而這個聲波幅度又很大,如圖1所示,圖中綠色為干擾。這樣就造成儀器解碼有時不正常。針對上述問題，對儀器信號處理電路(以下簡稱發(fā)射電路板)進行了改進。

圖1　八扇區(qū)聲波測井儀信號

原有電路的設計方法是激勵(+200 V交流電壓)在時序的控制下，分時給傳感器供電，電原理框圖見圖2。

圖2儀器原有發(fā)射板電原理框圖

改進后電路的設計方法是激勵(+200 V交流電壓)在時序的控制下，分時給傳感器供電，同時在供電結束后，瞬間(3 μs)使激勵(+200 V交流電壓)接地，保證傳感器上沒有電壓，使其不再振動發(fā)聲。改進后電原理框圖見圖3，電路原理圖見圖4。

圖3　改進后發(fā)射板電原理框圖

圖4　控制電路原理圖

2.2八扇區(qū)聲波測井儀地面解碼板的改進

八扇區(qū)聲波測井儀在測井過程中，需要配接伽馬儀進行校深。輸出的信號先是同步信號，然后是聲波信號，最后是伽馬信號，如圖5所示。這樣就要求伽馬信號的幅度大于聲波信號而小于同步信號。而聲波信號隨著地層參數(shù)的變化而變化，同時隨著地層溫度的變化輸出的各個信號的幅度會有微小變化。兩種因素疊加在一起就會導致聲波的信號影響到伽馬信號。針對這個問題，對聲波測井儀地面解碼板的伽馬信號的處理電路進行了改進。

圖5　八扇區(qū)聲波測井儀信號

改進前聲波板卡的伽馬信號處理電路流程是聲波信號和伽馬信號分別進入聲波信號處理電路和伽馬信號處理電路，然后進入單片機進行數(shù)據(jù)處理。改進前原理框圖見圖6。

圖6　改進前原理框圖

改進方法是聲波信號直接進入聲波信號處理電路不變，而伽馬信號在進入處理電路之前和從單片機發(fā)出的控制信號通過與門相與，再進入伽馬信號處理電路，然后進入單片機。這樣進入伽馬信號處理電路時就不再有聲波信號，所有可能的干擾信號都被屏蔽掉了。改進后原理框圖見圖7，控制電路原理圖見圖8。

圖7　改進后原理框圖

圖8　控制電路原理圖

2.3機械部分的改進

儀器利用活塞式壓力平衡原理將傳感器部分封裝在充滿油的活塞式腔體內，腔體和電路筒之間用密封塞連接以保證儀器在高壓時也能正常工作。但儀器在使用過程中有時會出現(xiàn)充油腔體不能完全充滿油、充油腔體和電路筒間的密封塞損壞、用于平衡內外壓力的密封活塞無法平衡壓力的情況。針對上述問題，對扇區(qū)水泥膠結測井儀密封部分進行了改進。

2.3.1充油腔體和電路筒密封部分的改進

由于儀器結構和尺寸的限制，如圖9所示，在外徑35 mm的密封塞體里放置25個Φ4.5 mm密封塞，密封塞一端不能用膠尾連接，原儀器密封塞直接承受壓力。在充油的過程中，密封塞易滲油和漏氣，導致儀器充油腔體內不能完全充滿油。改進后的儀器采用新工藝，不再使用密封塞，而是采用針體和密封塞體直接高溫固結，既解決了塞體的密封問題，又使儀器25根引出線由手工焊接變?yōu)榻硬寮B接，便于儀器組裝、維修，提高了儀器的可靠性。

2.3.2用于平衡內、外壓力滑動活塞的改進

圖9　密封部分機械圖

原有儀器密封活塞外部用一道“O”圈密封，當受到井內壓力時，有時會出現(xiàn)密封活塞傾斜，導致密封活塞不密封，這樣需重新對儀器進行充油。反復拆、裝和充油既浪費了成本，又耗費了人工，同時也降低了儀器的可靠性。改進后的儀器密封活塞用兩道“O”圈密封，保證密封活塞受到壓力時居中，起到了平衡壓力的作用。

3應用效果

儀器改進完善后，在大慶油田和外蒙塔木查格油田進行了50多口的現(xiàn)場應用。圖10為改進后的聲波測井儀在外蒙塔木茶格油田的塔19-360-t234井完井套后固井質量測井圖。從圖中可以看出，在2 088 m為實際水泥返高。水泥膠結指數(shù)顯示以差；在2 088 m以上為混漿段，聲幅曲線(CBL)的幅度50 mV左右，膠結圖除接箍處均為白色，表示幾乎沒有水泥；在2 088～2 108.5 m之間除個別地方(2 098～2 100 m和2 012.5～2 013.5 m)外，為膠結較好處，變密度曲線(VDL)的套管波沒有顯示，聲幅曲線(CBL)幅度很小，水泥膠結指數(shù)顯示以好為主。從整條曲線來看，儀器聲幅曲線(CBL)、八扇區(qū)、變密度(VDL)響應一致，表明儀器的工作是正常的。

圖10　塔19-360-t234井完井套后固井質量測井圖

4結論

對電路部分的改進，使得儀器耐溫指標達到150℃；對地面解碼系統(tǒng)的改進，保證了儀器能可靠、穩(wěn)定地工作；對機械部分的改進，使得儀器耐壓指標達到60 MPa，同時也便于儀器的組裝、調試與維修。現(xiàn)場試驗充分驗證了八扇區(qū)聲波測井儀經(jīng)過改進和完善，儀器結構更加合理，電路工作更加穩(wěn)定可靠，提高了測井時效，使得儀器能夠更好地滿足八扇區(qū)聲波測井的各種要求條件。儀器能在150℃、60 MPa的環(huán)境下可靠工作，證明八扇區(qū)聲波測井儀是一種有效的評價固井質量的儀器。

參 考 文 獻

[1] 李在勝,崔軍,薄和秋.提高固井質量技術[J].西部探礦工程，2001,13(3)：57-59.

[2] 王愛民.扇區(qū)水泥膠結測井儀及在套管井中的應用[J].測井技術,2003,27(B04)：56-58.

[3] 姚京坤,楊榮起,姬銅芝，等.分區(qū)水泥膠結測井儀(SBT)及其應用 [J].石油儀器,2003,17(1)：29-31.

[4] 李維彥,章成廣,仵岳奇，等.SBT 資料評價固井質量的應用研究[J].江漢石油學院學報,2005,27(3)：345-347.

[5] 雍世和,張超謨.測井數(shù)據(jù)處理與綜合解釋[M].東營: 石油大學出版社,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

第一作者簡介：吳恩明，男，1978年生，2002年畢業(yè)于江漢石油學院機械設計制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田測試技術服務分公司從事測井研究工作。E-mail:wuenming1978@163.com

中圖法分類號：P631.8+1

文獻標識碼：A

文章編號：2096-0077(2016)03-0082-03

(收稿日期：2015-02-11編輯：姜婷)