声波变密度测井
精选生产测井若干种固井质量检测技术的对比分析
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3 几点建议(续)
④ SBT测井用扇区水泥图进行管外环形空间水泥成像，能直
度衰减和声波的衰减系数、时差，还有全
波列；
③ 使用137Cs放射性源。用远近探测
器分别定量测量管外平均密度，套管壁厚，
套管偏心系数等信息；
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1 国内现有的固井质量测井技术 1.3 声波－伽马密度测井
技术特点(续)
④ 能识别水泥环与套管之间的微间隙、水部分测井质
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1 国内现有的固井质量测井技术
1.5 CET水泥评价测井
技术特点
• 确定水泥抗压强度； • 对微环有抗干扰性（如微环内充填气体则 影响加大）； • 有一定分辨沟槽的能力； • 能消除环境（如快地层）的影响； • 可以确定套损的腐蚀程度及套管的椭圆度； • 不能对第二界面提供评价。
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1 国内现有的固井质量测井技术 1.5 CET水泥评价测井 应用情况
1
1 国内现有的固井质量测井技术
1.1 声波变密度测井
技术特点 声波变密度测井是现场检查固井质量常用
的测井方法，其优点是仪器国产化，采集信息 较丰富即在对应的每一深度采样点上，输出一 个反映该点所在层段的声波全波列图，一般情 况下提供的固井质量检测资料及评价结果能满 足油田生产的需要。
2
1 国内现有的固井质量测井技术
两种SBT仪器设计上有差别，两者的性能也有所不同。 Eclips-SBT贴井壁测量，受水泥空隙、双层套管、仪 器偏心、泥浆性能变化等诸多因素的影响小，能了解水 泥沟槽大小、形状、位置和方向，且不受快地层的影响。 而康普乐SBT为居中测量，在一定程度上仍受井内泥浆 气侵、仪器偏心的影响，且不能定向测量。
声波测井介绍
声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速 测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、 井下声波电视(BHTV)、噪声测井到现在的多极子阵列声波测 井、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等。特 别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下 地质构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、 判断储集层中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和 物探的纽带，有着良好的发展前景。
在薄层左侧面上，存在作用力
；在其右侧面上，
由于声波在介质中传播了 以后，声压变化为
（为
负值），因而对此体积元右侧面的作用力为：
所以该薄层沿其传播方向运动的作用力为：
即：
根据牛顿第二定律，此力等于薄层的质量和其加速度的 乘积，所以有：
两边化简并对时间积分，有：
（1）
为积分常数，当没有声压作用时（t=0），薄层的运动速度为
等效声中心（声源）传播到距等效声源为r的某处，此时声波的 波阵面是以声源为球心，r为半径的球面。若声源发出的总功率
为W，则由声强的定义有：
从上式可以看出，对球面波来说，随着传播距离的增加， 波阵面上的声强按平方规律衰减。
对于柱面波，若柱状声源长度为 ,圆柱波阵面的半径为 ， 声源声功率为 ，则波阵面上的声强为：
能量称为声功率，用W表示，单位为微瓦（W）。在声波传
播的波阵面上，单位面积上声功率的大小称为声强，声强通
常用J表示，单位为W /m2。
为了说明声压和声强的数学关系，先讨论由于声压引起
声波测井原理
纵波：介质质点旳振动方向与波旳传播发向一致。弹 性体旳小体积元体积变化，而边角关系不变。
横波：介质质点旳振动方向与波传播方向垂直旳波。 特点：弹性体旳小体积元旳体积不变，而边角 关系发生变化，例如,切变波。
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它旳 切变模量=0
2 弹性体旳应力和应变
2.1物体分类
弹性体：当物体受力发生形变，一旦外力取消又能恢 复原状旳物体，称为弹性体。
塑性体：反之，当物体受力发生形变，一旦外力取消 而不能恢复原状旳物体，称为塑性体。
弹性体
可变成
塑性体
在声波测井中，声源旳能量很小，声波作用 在岩石上旳时间很短，因而岩石能够当成弹 性体，在岩石中传播旳声波能够被以为是弹 性波。
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
绪论
声波测井
声波测井
声波
声波旳分类 一般按照频率来分，声波能够分为：
超声波（ultra-sonic wave）>20Байду номын сангаасHz
声波 (sonic wave)
20~20KHz
次声波（infrasonic wave) <20Hz
声波变密度测井技术及其应用
即逻辑 单 元 、 收单 元 、 接 低压 电源及 信号 衰 减单 元 、 发射控制 及换档 脉冲检测 单元 。
２ 声 波 变 密 度 测 井 的 应 用 ２ １ 检 查 固 井 质 量 ．
２ １ １ 套管外无 水泥 。该种情 况下 ， ． ． 套管 的波反 射 能力很 强 ， 地层 波较弱 或没有 ， 变密 度 的相 线差别 不 大， 基本均 匀 分 布 ， 管接 箍 明显 ， 套 固井声 幅为高 幅
１７ ６ ０声 波 仪 器 外 型 尺 寸 图
传输 到地 面 。 井下 仪电路 主要 由四个单元 电路组 成 ，
声 波变 密度 测井 也 属 于声 波测 井 的一 种 ， 原 其 是利用水 泥和 泥浆 （ 或水 ） 声阻抗 的较大差 异对 其 沿套管轴 向传播 的声波 的衰减 影响来 反映水 泥与套 管间 、 管与地层 的胶 结质量 。 套 井下仪器 主要 包括 声 系和 电子线 路两 部 分 ， 系的功 能是 为 了进 行 声 波 声
１ 声 波 变 密 度 测 井 原 理 、 器 仪 １ １ 声 波 变 密 度 测 井 原 理 ．
６ ＃
２ ＃
逻 辑信 号首 先 进入 半峰 值 再生 电 路 ， 测 出 的 检
逻辑 信号进入逻 辑形成 电路 ， 生发射 、 收直流逻 产 接
辑方 波 ， 并形成 同步脉 冲 。 同步 脉 冲与发射 逻辑共 同 进入 逻辑控制 电路 ， 生各种 控制 信号 ， 发脉 冲送 产 触 发 射 电路 ， 经换 能 器转 换 成声 波信 号 经地 层传 播 被 接 收换能 器转 换成 电信号 而送 入 予放 级 ， 隔离 选 经 择 ， 制 晶体 发射 、 收 ， 控 接 然后 接收 信号经增 益控制 、 发 射干 扰抑 制等处 理 ， 最后 与发 射标 志 脉 冲经 电缆
声波变密度测井技术及其应用
声波变密度测井技术及其应用目前油田固井质量检查的主要方法是声波幅度测井和声波变密度测井。
声波变密度测井是由声幅测井发展而来的，其原理是利用水泥和泥浆（或水）声阻抗的较大差异对沿套管轴向传播的声波的衰减影响，来反映水泥与套管间、套管与地层的胶结质量。
井下仪器主要包括声系和电子线路两部分。
声系的功能是为了进行声波测井，它包括发射探头和接收探头，仪器的源距有两种，3ft和5ft，3ft的用于声幅测量，5ft的用于变密度测量。
电子线路可以挂接连续测斜仪、高分辨率声波、双侧向和双感应等探头，实现多探头组合测井。
一、声波变密度下井仪测井仪的声系由两个压电晶体组成，一个发射，一个接收。
声源的工作频率为20KHz，重复频率15-20Hz。
测井时，声源发出的声脉冲在井内各个方向传播，当传播到两种介质的交界面时，会发生声波的反射和折射。
井下仪电路主要由4个单元电路组成，即逻辑单元、接收单元、低压电源及信号衰减单元、发射控制及换档脉冲检测单元。
逻辑信号首先进入半峰值再生电路，检测出的逻辑信号进入逻辑形成电路，产生发射、接收直流逻辑方波，并形成同步脉冲。
同步脉冲与发射逻辑共同进入逻辑控制电路，产生各种控制信号，触发脉冲送发射电路，经换能器转换成声波信号，经地层传播，被接收换能器转换成电信号而送入预放级，经隔离选择，控制晶体发射、接收，然后接收信号经增益控制、发射干扰抑制等处理，最后与发射标志脉冲经电缆传输到地面。
二、声波变密度测井能够解决的问题1、全波列分析全波列测井包含声波的速度、幅度、频率等信息，我们主要对前12-14个波的幅度及到达时间进行分析。
一般情况下，前3个波与套管波有关，反映套管与水泥环的胶结状况；第4-6条相线与水泥环中传播的声波信号有关，它反映水泥环与地层的胶结状况。
2、声波变密度测井检查固井质量（1）套管外无水泥。
这种情况下，套管波反射能力很强，地层波较弱或没有，变密度的相线差别不大，基本均匀分布，套管接箍明显，固井声幅为高幅值。
声波变密度测井影响因素研究
工作研究—16—声波变密度测井影响因素研究符 林 胡天然 姜博涵（中国石油集团测井有限公司辽河分公司生产测井项目部，辽宁 盘锦 124010）引言：现阶段，声波变密度测井方式应用效果较为显著，通常利用该方式检测固井仪器，以保证固井的质量。
同时，在实际的测井过程中，需以声波变密度为主要参数，根据该方式能够有效检测对声波信号强度。
因此，声波变密度仪器在油田测井工作中应当较为广泛，并以此解决相关问题，从而达到良好的检测效果。
1声波变密度测井原理利用声波变密度开展测井工作时，则需借助相关仪器，以此发射出高压脉冲，继而触发晶体，并将接收后的信号以此传递到线路中。
同时，利用通道声波信号进行有效处理，将处理好的信号传输到地面中。
因此，声波变密度测井的方式需通过对电路的控制，以达到良好的切换。
通常情况下，当完成测井工作之后，需明确具体测量的数据，并以此为声波，将其与首波进行同步，掌握其具体的时间差。
根据对数据的有效了解，以此能够准确计算出孔隙度，从而明确储层中的相关信息。
并且，在实际的测井工作过程中，确保首波与声波同步时，避免被干扰现象的影响，明确声波变密度测井的影响因素，防止测井工作质量出现下降的趋势，影响实际的测井效果。
例如，以中国石油集团测井有限公司辽河分公司为例，该公司成立于2018年，主要经营测井项目，对测井仪器进行检定。
同时，还包括油气田测井、射孔，并为人们提供测控技术服务以及测井数据等工作。
因此，该公司的工作开展过程中，以测井工作为主，在实际的测井过程中，主要采用的方法为声波变密度测井。
并且，该技术得到了显著的应用效果，但在具体的应用过程中通常还会出现有关问题。
为此，技术人员应当结合实际情况，针对影响因素，采取相应的方式，以此达到良好的检测效果，提高整体的测井质量，保证声波变密度测井工作符合规定的标准，满足测井工作的基本要求，可对测井工作进行有效分析，推动该技术的广泛应用。
2声波变密度测井的实际影响因素2.1电源频率影响 在实际测井工作中，技术人员应当根据测井工作的具体要求，并对其进行充分了解，以此结合具体情况，采用声波变密度的测井方式，在该方式的利用下需应用发电机为测井工作提供电源[1]。
SDZ-3041声波变密度测井仪解析与故障分析
Ｓ Ｄ Ｚ 一 ３ ０ ４ １ 声波变密度短节＋ Ｓ Ｄ Ｚ 一 ３ ０ Ｂ ０ 双感应八侧向。
１ ． ２ 工 作原 理 ｌ Ｚ
３ ）对 于声 波探 头 的 四个 接收 晶体 ，在 变 密度 测 井中可把离发射晶体最近 的接收晶体作为 ３ Ｒ信号接 收 晶体 ，把 离发 射 晶体最 远 的接收 晶体 作 为 ５ ｆ ｔ 信 号 接 收 晶体 。 可 以通 过单 片机 的指 令控 制仪 器 为声波 工 作 方式 或变 密度 工作 方式 ， 通过 单 片机还 可 以控制 选
Ｓ ＤＺ － ３ ０ ３ ０绝 缘 短 节＋ Ｓ ＤＺ － ３ ０ ５ ５挠 性 短 节￣ Ｓ ＤＺ 一 ３ ０ ９ ０ 补 偿 中子＋ Ｓ ＤＺ － ３ ０ ７ ０ 连 斜微 球＋ Ｓ Ｄ Ｚ ． ３ ０ ８ ０ 液 压 推靠＋
个 接收 探头 到 同 一深度地 层 的时差 ，得到 薄层 （ 即高 分 辨 ）时差 。利 用第 一个 接收 探头 和第 四个 接收探 头 在 上下 围岩 的时差 平均值 ，得到补 偿 时差 。
化 设 计 、数 字 处 理 等 先 进 技 术 ，大 大 缩 短 了仪 器 长 度 ，改 善 了仪器 的地 层分 辨率 。一次 下井 ，可 同时 完 成 电极 系 、双 侧 向 、感应 、补偿 声波 、高分 辨 声波 、 微球 、微 电极 、井径 、 自然伽 玛 、补 偿 中子 、补偿 密 度 、连 续 测 斜 等 功 能 ，极 大地 提 高 了测 井 时 效 。而 Ｓ ＤＺ － ３ ０ ４ １声 波变 密 度短 节是 对 原有 的快 速 测 井平 台 声波 测 井功 能进 行扩 展 ， 使 仪 器兼 顾声 速和 变 密度 两
关 键 词 ：声 波 变密度 ；通 讯 电路 ；信 号处理 ；基线 中图法分 类号 ：Ｐ ６ ３ １ ． ８ ３ 文献标识 码 ：Ｂ 文章 编号 ：１ ０ ０ ４ — ９ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ２ ５ ． ０ ３
固井质量测井评价技术
（3）
（4）
（5）
——声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； g——当次固井井段中水泥胶结质量最好处的声波衰减率，可根据实验水泥抗压强度通过本标准图1求得，单位为dB/m或dB/ft； A1、A2——分别为近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV； A1g、A2g——分别为当次固井最好水泥胶结井段近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV；
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4.1、声波/变密度测井评价方法
测井评价方法
CBL相对幅度法 CBL为套管波幅度读数，这种测井方法应用较广，测量参数较少，解释方法也相对简单。CBL使用相对幅度Ｃ评价固井质量： 其中：CBL—目的井段的CBL值； CBLP—自由套管段的CBL值。 Ｃ≤15％为固井质量良好； Ｃ在15％～30％为固井质量中； Ｃ≥30％为固井质量不好。
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2.3、分区水泥胶结测井(SBT)
测井原理
优点： （1）不受仪器偏心的影响; （2）适合在各种流体的井内测井； （3）不需要自由套管刻度，特别适合于检测无自由段套管的固井质量； （4）基本不受快速地层的影响。(仪器设计使用的短源距,使补偿衰减测量结果基本上不受快地层的影响。) 缺点： 无法区分微环隙和差胶结。
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水泥浆类型的影响
测井影响因素
水泥浆密度越低，声幅越大； 水灰比越大，声幅越大。
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水泥环外地层（包括快速地层）
测井影响因素
快地层(硬石灰岩和白云岩)的声速超过套管声速，地层波先到达接受器，或叠加在套管波之上，影响了固井评价，这时应辅助常规声波检验。
第*页
汇 报 内 容
BR——胶结比； fp——自由套管声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBLfp——声幅值，单位为%或mV； ——测量深度点的声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBL——声幅值，单位为%或mV。 g——当次固井水泥胶结最好井段的声波衰减率，通常在当次整个测井井段中衰减率最高，单位为dB/m或dB/ft； CBLg——当次固井水泥胶结最好井段的声幅值，通常在当次整个测井井段中声幅最低，单位为%或mV。
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实际测井曲线
胶结不好 胶结好
声波变密度测井资料
滨南有些井的水泥返高在井口，没有自由套 管段，无法进行刻度，我们就 在整个测量井段中 寻找反射最强的井段，作为100％来进行刻度，油 水井经过长时间的生产，绝大部分井都有一些胶 结不好的井段，利用这些资料进行刻度也能说明 问题，这样做虽有一定的误差，但从实际的解释 结果来看，与测井公司的解释是一致的，而且所 测资料的指标也是相同的。
资料分析
磁定位 曲线
首波时间 曲线
CBL 曲线
变密度二维图
计算机带参数计算后得 到的第一界面胶结情况
人工判断的第二界面的胶结 情况
套管外
无水泥由于套 管外无水泥， 界面波阻抗差 别大，所以套 管波反射很强， 地层波较弱或 没有，因而变 密度相线的差 别不大，基本 是均匀分布， 套管接箍也能 反映出来，呈 人字纹显示。 固井声幅为高 幅值。
油层
油层 的 界 面 是 20HZ
第 一 界 面 测井时,声源发出的声
脉冲在井内各个方向传
水泥与地 播,当声波传播到两种
油层
层的界面 第二界面
介质的交界面时,会发 生声波的反射和折射，
首波
声幅测井原理
当水泥与套管的胶结良 好时，界面上的声波损 失较小，若界面胶结不 好时，界面声阻抗变大, 反射的声波幅度较大。 声幅测井就是根据这个 原理,测量沿套管传播 (称之为滑行波)的首波 幅度大小,来判断套管 与水泥环的胶结状况, 测得的曲线叫CBL曲线, 也叫水泥胶结比。
的声波幅度,相距五
英尺的晶体用来接
收第二界面的声波
幅度。
声波变密度测井资料
在水泥返高以上的这一段， 称为自由套管。测井时，该段的 声波幅度最大，依此作为CBL的评 定标准，当首波幅度低于自由段 的16%时胶结好，在16％-40％之 间时胶结较好，40％以上为胶结 较差， 因此能够做到半定量解 释。
声幅测井原理
用此种方法可以
准确判断第一界面
的胶结质量,检查套
油层
油层
套管与水泥 的界面 是
管外串通情况,判断 套管与水泥面的微
第 一 界 面 环空(热至微环空,
工程至微环空),在
某些条件下可判断
油层
管外出气层的位置。
声波变密度测井原理
声波测井只纪录声波波列 中的首波幅度，只能判断第 一界面的情况。实际上,仪器 在接收到首波以后,还会接收 到后续波,这些波可能是穿过 水泥环后返回的,
水泥
与套管和地 层胶结都良 好由于套管 和固结水泥 的差别较小， 所以声波大 量进入地层， 因而套管波 很弱，图中 已看不见。 但地层波很 强。固井声 幅为低幅值。
水泥与套管 胶结好，与地 层胶结差由于 套管和水泥胶 结良好，所以 声波并不在套 管界面上反射 而是进入了水 泥环。但水泥 环对声波能量 衰减很大，传 给地层的声波 能量也小，因 此，套管波和 地层波都很弱。 固井声幅也显
甚至是通过地层传播的声波信号,将这些波接收记录下来,
经过数据处理后,就得到了声波变密度曲线(VDL),它能反 映出第二界面的胶结情况,以及与地层性质有关的资料。
三
五英 英尺 尺
声波变密度测井仪示
意图
发射探头
变密度仪器采用
一个发射晶体和两
接收探头 个不同源距的接收
晶体来组成声系。
油层
接收探头
相距三英尺的晶体 用来接收第一界面
声波变密度测井
声波变密度测井是由声幅测井发 展而来的,声幅测井(CBL)又称水泥 胶结测井。是测量声波在井内传播 时，遇到不同界面后反射回来的声 波幅度的大小，来判断界面胶结程 度的一种仪器
声幅测井仪示意图
发射探头
测井仪的声系由两 个压电晶体组成，一个
接收探头 发射，一个接收。
声源的工作频率为
套管与水泥 20KHZ,重复频率15-
声波变密度测井资料
我们对滨南采油厂各区块的 声波传播规律了解的不多，因此 在选井时，希望能选一些水泥返 高不在井口的井进行测量，以获 取各区块的刻度标准。
施工要求
⑴、冲砂至人工井底，清水洗井、保证井内无死油。 ⑵ 、用Ф116—Ф118mm通井规通至人工井底。 ⑶ 、起出通井管柱，井筒无严重变形及错断。 ⑷、井内灌满清水，(保证管柱起出后水泥返高以上是清 水,漏失严重的井在地面需有充足的水源) 盖好井口，防止 落物。 ⑸、声幅变密度测井仪Ф70mm，测试第二介面水泥固井 情况及串槽情况时间较长约4小时，故作业队现场不能离人。