固井声波测井.ppt

第五章固井声波测井水泥返高、水泥抗压强度和套管破裂等有关固井工程质量问题都是十分重要的评价内容。由于固井声波测井的井眼条件和测量目的都与裸眼井声波测井不同，因此在方法原理和仪器设计上也有其自身特点。第一节声幅测井仪声波具有较大的吸收系数，实际到达接收器的水泥波相对很微弱，一般可认为接收信号中无水泥波的贡献。
套管壁的厚度很薄，例如外径为17.7cm的套管，其壁厚约7mm。钢套管内充满泥浆，套管外是水泥，由于钢、水泥、泥浆三种材料的声阻抗各不相同，因此套管实际上构成了一个内、外壁具有不同阻抗界面的声波系。套管波由波导中的不同模式组成，各模式波的轴向传播速度不尽相同，因而在传播过程中由于通过阻抗边界向两侧介质辐射能量而引起的衰减也各不相同。理论和实际测量表明，套管波的首波主要来自于沿套管的滑行纵波和一次反射纵波的贡献。在井内泥浆不变的条件下，套管波的首波向外层介质辐射能量的多少取决于介质的声阻抗。例如对套管滑行纵波来说，当管外为真空时，阻抗比为∞，不向管外辐射能量；当套管外层介质的声阻抗与钢管相同时，向管外的能量最多，当外层介质沿径向无限延伸，这就是相当与钢质裸眼井情况，套管滑行纵波将按的规律衰减（Z为发射器和接收器间的距离）。
对于套管井，固结良好时套管外围为水泥环，固结不好时套管外围为泥浆（或水），或者部分是水泥部分是泥浆。由于泥浆的声阻抗与套管的声阻抗相差较大，而水泥的声阻抗与套管相对比较接近，因此套管波的首波幅度与水泥环胶结质量密切相关。
在声幅测井中，把无水泥固结的套管端称为自由套管，自由套管中的套管波声幅最大，在有水泥固结的套管端，套管波的声幅明显下降。因此，对套管波的幅度或衰减测量可以显示水泥与套管的胶结情况，以及指示水泥的返高。
研究结果表明，套管波幅度除了受水泥环胶结状况的影响外，它还会受泥浆性能、仪器源距、套管直径、套管厚度、水泥配比、水泥环厚度以及水泥固结时间等因素的影响。因此，在声幅测井资料的应用中，都是采用相对幅度或相对衰减的方法来评价水泥胶结质量。
（1）相对幅度法定义：相对幅度法是以自由套管中的声幅作为参考值来评价水泥胶结质量，这种方法在一定程度上消除了井内泥浆及套管尺寸的影响，但是对所用水泥型号、配比、水泥固结时间的影响则无法消除。胶结指数法将对上述影响有所改善。定义声幅测井的幅度衰减系数为：井段中衰减系数的最大值为，并认为对应的井段是完全胶结好的井段。对于衰减系数为α的井段。其胶结指数为：电陶瓷晶体作为发射器和接收器，在有的仪器中也采用磁致伸缩材料制作发射器。声幅测井仪的电子线路有强电流脉冲发射电路和接收电路两个主要部分，接收电路负责对接收信号的放大和电缆驱动，为了保证套管波幅度的有效测量，接收电路应对接收信号作为失真放大，因此接收放大器必须严格工作在线性区，这一点在接收信号强时特别重要。我们知道，强接收信号出现在自由套管的情况。在实际工作中，通常应在室内的校验筒（钢筒）内对接收放大器的增益作严格调整，以确保接收信号的不失真放大。一般来说，效验筒的外壁为空气，这个条件比实际自由套管条件更强。
在很多情况，可以把裸眼井声速测井的井下仪器直接用于声幅测井，只要把工作方式设置为单发双收的工作方式。应该指出的是，声幅测井测量的是套管波的幅度，对仪器源距的选择应尽量保证套管波是接收波形中的首波，也就是说声幅测井仪器的源距不宜太长，通常选择的源距为1m或3ft。
5.1.3声幅测井地面仪器框图
为了对声幅测量的电路原理有更详细的了解这里具体介绍一种国产声幅测井地面仪器的电路结构及主要电路的工作原理。
地面仪器的任务是接收和放大由电缆传送来的声波信号，并从中选出第一正峰信号，在把第一正峰信号处理成与其幅度成正比的直流信号供记录仪进行照相记录，下页图是常见的一种声幅测井仪的地面仪框图。它由同步信号发生器、延迟单稳、门控信号发生器、放大器、采样门、展宽级、记录级和效验信号发生器构成。
同步信号发生器产生每秒20次、宽30μs的正、负窄脉冲。正脉冲送往井下作为触发井下声发射的同步脉冲，也称下井同步。负脉冲为地面仪器的工作同步脉冲，也称地面脉冲。
在下井同步控制下，井下仪器按每秒20次的速率发射声波，并把放大后的接收信号通过电缆传送至地面仪器的匹配级，地面放大器对声信号作进一步的不失真放大，习惯上称放大后的声信号为A信号，A信号中采选出第一正峰信号，习惯上把采选出的第一正峰信号称为B信号。
门控方波是这样形成的：地面同步经延迟单稳态延迟200～700μs，以适应声波在井内的传播时间和信号通过电缆的时间延迟。延迟后的同步信号触发门控信号发生器，得到宽为30～60μs的门控负方波。调节延迟单稳的延迟时间和门控负方波的宽度使之刚好套住A信号的第一正峰信号，这就形成了所需的门控方波。
展宽级对B信号作波形展宽变换，输出波形近似