声波变密度测井技术
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。
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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。
声幅-变密度测井行业相关
正式稿件
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固井声幅测井
采用单发单收声系，源距1m或0.9m（3英尺），声发 射器发射声脉冲，经泥浆折射入套管，产生套管波。按 照费尔玛原理，套管波沿最短路径传播，折射入泥浆。 接收器接收纵波首波，有的接收负峰，有的接收正峰。 然后经过电子线路转换为相应的电压予以纪录。仪器沿 井深移动，就测得一条随井深变化的固井声幅曲线。
色条带。以其颜色的深浅表示接受到的信号强弱，从而
正式稿件
判断一、二界面的胶结质量。
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常见介质的声学参数
介质
声速（m/s）
钢
5347
泥浆（缝、洞） 1600
水泥
2743-488
砂岩骨架
5486
砂岩（φ=20-35% ）3500-2750
砂岩（φ=5-20% ） 4910-3950
泥岩
1800
空气
330
（３）ＶＤＬ缺少套管 波，地层波较弱，最右 边出现直条带的泥浆波。
正式稿件
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检查固井质量
套管与水泥胶结好，水泥与地层胶结差
曲线特征如下：
（１）TT主要为泥浆波 传播时间，一般比地层 波慢，随深度有所变化
（２）ＣＢＬ幅度很低
（３）ＶＤＬ缺少套管 波，地层波较弱，最右 边出现直条带的泥浆波。
正式稿件
结好。
正式稿件
自由套管
CBL保持较高 的稳定值，只 在套管接箍处 有所降低。
VDL曲线显示 为黑白相间的 直条带，接箍 处呈人字纹变 化。
TT曲线保持 一恒定值，仅 在接箍处有所 升高。
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检查固井质量
/ ft
胶结良好井段的地层波和 裸眼井声波时差对比
TT曲线随深度变化，比自由 套管高一些；CBL曲线幅度 较低，；VDL曲线缺少套管 波，有明显的地层波，黑白 相间的起伏条带，之所以起 伏与岩性有关，不同岩性的 地层其波的传播速度不同。
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。
固井质量测井评价技术
1、前言 2、测井原理 3、固井质量测井影响因素 4、固井质量测井评价方法 5、MZX1井固井测井实例
第2页
前言
固井有两个作用：一是要求把油层、水层、气层之 间都封隔起来，二是固定套管。随着科学技术的发展 ，固井质量评价测井技术也随之发展。
伽马密度+ 扇区水泥胶结 伽马密度+ 声波变密度 扇区水泥胶结测井
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；
第24页
测井评价方法 4.1.2、水泥胶结指数（BI）法
第29页
汇报内容
1、前言 2、测井原理 3、固井质量测井影响因素 4、固井质量测井评价方法 5、MZX1井固井测井实例
第30页
固井测井实例 5.1、MZX1井固井施工特点
5.1、固井技术难点
大尺寸套管固井，环空间隙大，井眼轨迹不规则， 水泥浆的顶替效率低。 井深较浅,井底温度低,低温下水泥石强度发展缓 慢,低温下适用于水泥浆的外加剂少,配方筛选困难。 上部地层疏松，中部玄武岩含有大量裂缝，封固 段又长，易发生井漏，影响固井质量。
第27页
测井评价方法 4.1.3、水泥胶结比（BR）法
水泥胶结比（BR）法
通常采用此种评价方法的评价标准为： BR≥0.8，固井质量良好； 0.4≤BR≤0.8，固井质量中等； BR<0.4，固井质量差。
第28页
测井评价方法 4.2、SBT固井质量测井评价方法
水泥胶结比（BR）法
中原油田SBT测井技术
SBT与声井地所有信息如声幅、变密度等，且 具有相同的测井原理
SBT能详细地监测并评价第一界面在360度的胶结情况，为详细 分析储层管外水泥胶结情况奠定了良好的基础
SBT是领先于声幅变密度测井的技术
SBT与变密度-伽马密度对比
下井仪器对比
仪器长度：2.90m
仪器重量：68 Kg 最高耐温：175℃ 最高耐压：80MPa
SBT主要作用
精确评价水泥上返高度 详细评价第一界面水泥胶结情况 能评价第二界面水泥胶结情况
SBT能准确评价第一界面存在的槽道、 孔洞的位置、大小及分布情况
测量范围
适用于新井固井质量评价
适用于老井固井质量复查评价
适用于4—7英寸套管井固井质量测井
田永敏
一、SBT测井原理 二、SBT下井仪器简介
三、SBT测井资料综合解释
四、应用实例
五、技术对比
六、建议
一、SBT测井原理
声波传播路径
第一界面
发射器
第二界面
地层
到达接收器的波是 套管波、地层波、 泥浆波
泥 浆
套管
水 泥
接收器
声幅
声幅测井原理
未胶结 胶结好 时间
源距为3英尺，声发射器发射
声脉冲，经泥浆折射入套管， 产生套管波。仪器沿井深移 动，就测得一条随井深变化 的固井声幅曲线。
水层段一二界面 胶结差，但上下 均胶结良好
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
～
第一、二界面胶结差
窜槽通道
三、SBT与相关技术对比
SBT与声幅变密度对比
胡侧7-83井 声幅变密度 1999-06-02 2006-7-26
SBT
SBT与变密度-伽马密度对比
提高声波变密度测井精确性技术研究
提高声波变密度测井精确性技术研究盛浩(辽河油田公司钻采工程处,辽宁 盘锦 124010)摘要：本文为提高声波变密度测井技术的精确性，在不影响声波测井正常工作的前提下，对声波测井所使用仪器的电子线路做出了全面的分析以及改造工作，在满足现场对于变密度测井具体需要的同时，大幅度提升了测井的精确性。
在完成设备的改造工作后，测井成功率提高7个百分点，取得了较好的效果。
关键词：声波；固井；测井；电路改进0 引言声波变密度测井技术既能够完成裸眼井的声波测井作业，又能够完成套管井的固井测井作业。
应用这一技术时，测量所获取的变密度曲线是评价固井施工效果最为重要的指标。
和之前较为常见的声幅测井仪相比较而言，声波变密度测井法既可以对套管和水泥之间第一界面胶结的效果进行检测，又可以对水泥与地层之间第二界面胶结的效果进行检测，所以现阶段普遍应用于国内主要油田的固井质量检测工作。
但是在现场固井测井的应用过程当中，所获得的测井资料存在较多的问题，具体包括：(1)在自由套管的内部，发现变密度后续波存在较强的杂波，对测井资料造成较大的干扰，导致曲线维持在较高幅度且下降情况不明显。
(2)如果固井作业的质量不高，则很可能造成所获得的曲线一二界面不匹配的情况发生，使该次测井所获得的资料被评价为不合格资料，导致重复测井问题的出现。
针对目前仪器在现场使用过程当中所出现的问题，在对仪器的电子线路进行了系统的分析之后，认为问题主要存在于仪器的高压电路以及增益控制电路当中。
1 高压电路改进方法1.1 存在的问题在所使用仪器的高压电路当中，先是由变压器将250伏的交流电压通过整流桥改变成200伏的直流电压，之后传递至发射电路，并产生大约3000伏的高压，并以此来触发设备当中的发声晶体产生连续的声波信号，并通过设备当中的接收晶体接收到这一信号，最终传输至地面。
但是仪器的高压电源未配置稳压以及滤波电路，而是将200伏的高压直接传递至发射变压器当中。
现场使用变密度测井法判断固井作业的质量时，主要依靠地面接收到的声波其强度以及幅度来完成评价。
声波变密度测井技术在煤层气资源普查中的应用
声波变密度测井技术在煤层气资源普查中的应用摘要：煤层气资源普查项目中，当钻孔完钻并下套管后，需要把套管与井壁间的环形空间用水泥进行封固，以防止井眼垮塌及渗透层之间的相互串通。
由于固井的效果受井深、温度、井眼尺寸、添加剂、水泥类型等诸多因素的影响，对于某些井段即使使用最佳方案进行固井作业，也可能出现窜槽。
固井失败的主要后果是会导致渗透层之间流体的渗流，或导致钻孔报废。
因此，固井质量评价是工程测井中重要的手段之一。
固井质量评价的主要测井方法有“声波变密度测井”、“声幅测井”等。
本文主要就声波变密度测井技术的应用原理及该技术在昭通地区煤层气资源普查项目中的实际应用展开探讨，并做数据分析，为煤层气资源普查中固井质量检查提供实际依据及经验。
关键词：煤层气资源普查；声波变密度；固井质量1 引言煤层气资源作为我国现阶段极具潜力的新型可采资源，对未来国民经济的发展有着非常重大的意义。
因此，对区域煤层气资源进行普查是现阶段十分必要的手段。
在煤层气资源普查项目中，固井质量检查能够准确判断钻孔固井质量的等级，能为煤层气排采提供重要的技术依据[1]。
声波变密度测井技术是固井质量检查中的一项重要手段，它能检查水泥与套管之间的胶结情况；检查水泥与地层之间的胶结情况；能找出套管外的窜槽部位；能判断水泥的返高位置。
该技术已经在昭通煤层气资源普查项目发挥重要作用，为煤层气排采提供了可靠的技术辅助支持，已经成为煤层气普查项目中的一种重要的地球物理方法手段。
2 声波变密度测井的原理2.1 声波在介质中的传播声波由一种介质向另一种介质传播，在两种介质形成的界面上，将发生声波的反射和折射。
反射波的幅值取决于两种介质的声阻抗。
声阻抗（z）就是介质密度（ρ）和声波在该介质中的传播速度（v）的乘积（z=ρ·v）。
如图2-1左边所示，为声波在介质中传播示意图。
两种介质的声阻抗差越大，声能量就越不易从介质1传导到介质2中去。
通过界面在介质2中的传播的折射波的能量就越小。
小井眼CBL仪器测井具体步骤
小井眼C B L声波变密度测井操作手册1、仪器运输、放置及连接时不要磕碰，尤其声系的发声和接收晶体处不能来回摩擦，伽玛及磁定位不能挨着放在一起。
2、单芯电缆头和七芯鱼雷头每次上井前必须用硅脂枪将其注满硅脂，用兆欧表测单芯的绝缘性（保证绝缘无穷大），用万用表量单芯与第7芯的通断以及1-5芯与外壳的通断（需连通）。
将两个板簧扶正器调节合适，一个接在伽玛磁定位短节之前，另一个板簧扶正器联在声系下方。
3、确保仪器数控都连接好后，开启数控电源和仪器直流电源。
数控启动有“嘀”的声音提示，第一次1声、第二次3声、第三次3声。
仪器供电138V左右（带电缆），正常供电电流约65~70mA。
以后直接按“电压启动”按钮给井下仪供电或断开。
4、打开应用软件“SCLV5.3.3w623”进入主界面，将提示“连接到200.168.168.2”；然后连接断开，不要理会，过一会儿听见“嘀嘀”两声，接下来提示“连接到200.168.168.2”；用户选择：长庆声变；打印机控制：选择USB（822打印机）方式；深度预置：进行对深，设置深度。
5、选择服务表19“08CBL_MII声幅变密度”，该界面右下方会有“软件向采集单元下发命令的状态”，等结束后再进行其它软件操作。
6、一般情况下“信号设置”、“曲线设置”、高级“控制设置”都已完成，进入“时间仿真”检查伽玛、磁定位、CBL、VDL信号是否正常。
若信号异常则看数控0108板的指示灯是否正常，应该为：“运行1”、“运行2”交替闪烁，“信号”灯常亮，“同步”闪烁，“误码”灯熄灭，这是说明信号解码。
硬件系统SBM43声波变密度测井仪器在运输、放置时，注意保护三个透声罩（发声透声罩、3尺接收透声罩、5尺接收透声罩），不要被磕碰及来回磨擦。
多只仪器时，磁定位及伽玛不要放在一起。
1、单芯电缆头转接七芯鱼雷头的单芯电缆头制作要求：将七芯电缆的第7芯（中间芯）接到单芯上、第6芯备用，其余5芯联在一起与外壳接通。
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声波变密度测井技术及其应用
目前，胜利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，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。
（2）水泥与套管和地层胶结良好。
这种情况下，由于套管和固结水泥的差别较小，声波大量进入地层，因而套管波很弱，地层波很强，固井声幅为低幅值。
（3）水泥仅与套管胶结良好，与地层胶结差。
这种情况声波不在套管界面反射而是进入水泥环。
水泥环对声波能量衰减很大，传给地层的声波能量很小，所以套管波和地层波都很弱，但固井声幅显示低幅值。
（4）水泥与套管胶结一般。
这种情况下套管把大部分声波能量反射回来，只有小部分声波能量进入地层，套管波和地层波都有一定的幅度。
3.声波变密度测井的优点
（1）能够对即套管与水泥和水泥与地层两个界面进行胶结状况的评价。
（2）施工效率提高。
采用组合测井方式，缩短了作业时间，降低了劳动强度，缩短了完井周期。
（3）在一定程度上提高了固井质量。
能够对两个界面进行评价，这对固井工作的要求和固井工艺的改进是一种促进作用。
（4）可以帮助决策人员选择好的射孔层位，防止水窜。
如果射孔后试油出水，一定程度上能够帮助正确认识储层性质；在低渗透井帮助确定是否采取压裂措施、确定压裂井段等参数；水泥返到地面时，声幅测井解释难度较大，可以采用声波变密度测井。
三、影响固井质量测井的因素
固井是钻完井的一道重要工序，固井质量的优劣，对测井质量会产生直接影响。
因而深入分析影响固井质量测井的因素，是十分必要的。
1.微环的影响
水泥胶结时有体积膨胀到收缩的过程，从而形成有水的微小空间，称微环空间。
由于套管波的传播方向与界面平行，微环空间使声耦合变差，降低了固井测井的灵敏度。
2.仪器偏心的影响
仪器偏心有两方面的影响，一是反射波到达换能器的时间发生变化；二是换能器离套管壁过近，换能器和套管之间形成多次反射，与测量波形成叠加，影响测量结果。
3.快地层或双套管的影响
快地层或双套管中，水泥环外边界光滑且边界两侧介质存在明显声阻抗差异时，在边界上会出现较强的反射回波，影响测量结果。
四、技术完善与配套
（1）加强仪器维修管理，确保仪器工作在良好性能状态。
（2）配套了胜利测井公司研制的φ89mm 的SL1418单芯声波变密度测井仪。
（3）配备了专用于侧钻井、小井眼井的φ43mm单芯声波变密度测井仪。
（4）地面系统不断更新，现在使用的全部为SL3000型数控测井系统。
通过以上技术完善和配套，达到了仪器的配套系列化，具备了完成多种类型井的服务能力。
自从声波变密度测井在胜利油田推广应用以来，已先后在多个采油厂成功应用。
由于自身所具备的优势，为用户在制定试油、开发方案时提供了科学可靠的资料依据，并且在实践中取得了良好效果。
目前在胜利油田，声波变密度测井已经广泛应用于生产井、侧钻井、水平井和探井固井测井中。
五、结语
声波变密度测井不仅能够对套管与水泥的胶结进行评价，而且能够对水泥与地层的胶结进行评价，从而克服了普通声幅测井的片面性,提高了解释的可靠性。
能够在进行试油时，防止因窜槽、气侵等原因造成的固井质量问题而导致的施工
失败。
该技术的推广应用还能够提高施工效率，降低劳动强度，同时具有明显的经济效益和社会效益。