CN104295285A - 水泥环第二界面胶结状况的判定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥环第二界面胶结状况的判定方法及系统;方法包括:从水泥胶结成像测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;分别从所选取的6道全波波形中提取子波;根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。本发明可以将第二界面胶结状况进行半定量评价。
Description
技术领域
本发明涉及应用地球物理测井领域,具体涉及一种水泥环第二界面胶结状况的判定方法及系统。
背景技术
固井评价的核心是水泥环层间封隔评价。只有当水泥环的第一界面和第二界面都胶结良好时,才能保证层间封隔。第二界面是水泥环封隔系统的最薄弱环节,但一直是固井评价的重大难点。
上世纪50年代出现的CBL(水泥胶结)测井,只能评价水泥环第一界面胶结状况。上世纪60年代出现的声波变密度图VDL,标志着人们开始探索第二界面评价。50年来,从CBL/VDL、RBT到SBT等,都是利用VDL定性评价第二界面胶结状况。斯伦贝谢公司超声波成像测井(USIT)和中海油服的MUIL对水泥环第一界面的探测分辨率很高,但没有探测水泥环第二界面的信息。为了保证层间封隔评价,只得采用USIT与CBL/VDL组合测井的方式采集数据。斯伦贝谢公司近年推出的Isolation Scanner测井仪的优势是适合于评价低密度水泥固井质量,并能通过兰姆波确定套管偏心程度从而有利于固井评价,而波形极坐标图对于第二界面胶结状况也仅有助于定性分析。
但是针对第二界面评价的现有技术中,利用声波变密度测井VDL基本上能实现水泥环两个界面评价,但是还存在一些问题:对第二界面仅能定性评价胶结状况;受第一界面微间隙影响较大,同时快速地层和薄水泥环对评价也存在显著的不利影响,常常会造成对固井质量的误判、错判;没有环向分辨率,对水泥在管外的分布方位无法识别。另外,Isolation Scanner的弯曲波仅能显示套管居中程度,有助于识别水泥沟槽,目前尚未见到利用它来评价第二界面胶结状况的报道。
可以说,到目前为止,国际上尚无评价第二界面胶结状况的定量或半定量的成熟方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何对水泥环第二界面方位胶结状况进行半定量评价。
为了解决上述问题,本发明提供了一种水泥环第二界面胶结状况的判定方法,包括:
S101、从水泥胶结成像测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
S102、分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
S103、根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
S104、分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
可选地,步骤S102包括:
对于各全波波形wave(t),分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,取2或3。
可选地,步骤S103包括:
根据每道全波波形的子波wavelet(t),利用反褶积算法分别得到各全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形R(t):
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1
其中,“*”代表褶积运算。
可选地,步骤S104包括:
对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗,计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值;
将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
可选地,所述步骤S104后还包括:
对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
本发明还提供了一种水泥环第二界面胶结状况的判定系统,包括:
选择模块,用于从水泥胶结成像测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
子波提取模块,用于分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
反射波提取模块,用于根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
结果处理模块,用于分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
可选地,所述子波提取模块对于各全波波形wave(t),分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,取2或3。
可选地,所述子波提取模块所得到的反射波波形R(t)为:
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1
其中,“*”代表褶积运算。
可选地,所述结果处理模块包括:
能量计算单元,用于对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗,计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值;
判断单元,用于将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
可选地,所述结果处理模块还包括:
显示单元,用于对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
本发明的技术方案利用反褶积方法从贴壁波形中提取来自水泥环外侧的反射波数据(主要是其能量特征),分别根据第二界面上各位置点的反射波数据评价该位置点的胶结状况,从而可以将对第二界面胶结状况的评价上升为半定量评价,提高了评价水平,并扩了大在工程上的应用,具有很好的应用前景。本发明的一个优化方案,将携带了第二界面信息的反射波数据进行插值成像,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着声波能量值的不同发生变化,这样不同的颜色深度值就代表了不同的胶结状况,并且方位和深度信息都非常清晰直观,从而克服了声波变密度测井存在的问题,提高了纵向分辨率,对水泥在管外的分布方位也可以大体识别。
附图说明
图1为实施例一的水泥环第二界面胶结状况的判定方法的流程示意图;
图2为套管波的辐射和在水泥环第二界面反射的路径图;
图3为发射器和接收器的分布示意图;
图4为实施例一中一个固井10m井段的6个扇区上的反褶积处理结果。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合,均在本发明的保护范围之内。另外,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一、一种水泥环第二界面胶结状况的判定方法,如图1所示,包括:
S101、从CBMT(Cement Bond Mapping Tool水泥胶结成像测井仪)记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
S102、分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
S103、根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自所述水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
S104、分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
采用中海油田服务股份有限公司研制的CBMT测井仪,不仅可以测量反映第一界面胶结状况的套管波衰减率,而且可以全部记录贴壁声源产生的波形。对CBMT仪器的数值模拟和理论分析表明全波波形中来自水泥环外侧的反射波反映了水泥环第二界面的胶结状况,这为本实施方式奠定了基础。
本实施例首次利用反褶积的方法从贴套管内壁测量的全波波形中提取到来自水泥环第二界面的反射波,并根据反射波的幅度信息,从而实现水泥环第二界面胶结状况的评价。
在套管外胶结了水泥后,由于水泥的纵波和横波速度均比套管中拉伸波的速度低,沿着套管传播的拉伸波会向水泥环中泄漏纵波和横波。根据套管后胶结了常规水泥后的声场快照,可明显观测到沿着套管传播的拉伸波向水泥中除了泄漏水泥纵波还有横波,泄漏的纵波和横波到达水泥第二界面后也会发生反射,若水泥环第二界面胶结差,例如在界面处存在流体时,泄漏横波的反射系数将明显大水泥环与地层胶结良好时的反射系数,这为利用反射波信息评价水泥环第二界面的胶结好坏提供了可能。
图2描述了套管波(例如拉伸波)向低速的水泥层泄漏(或辐射)纵波以及横波时的传播示意图,泄漏到水泥中的纵波(或横波)的波阵面与套管成一角度θ,波阵面沿套管传播的视速度vcement/sin(θ)等于套管波的相速度,由此得到图2所描述的套管波的辐射和在水泥环第二界面反射的路径图,反射波(水泥中的纵波或横波)的到时可用公式(1)表示。
其中x是发射器和接收器之间的传播距离,d2是水泥环厚度,vS0是拉伸波的相速度(较低频率下频散弱),θ是泄漏纵波或横波的辐射角度(图2中的θp或θs),vcement是水泥中的纵波或横波速度。
沿着套管传播的拉伸波泄漏到水泥环中声波在传播到水泥环外侧时,水泥与地层界面的胶结状况会影响反射波的幅度和相位信息。模拟套管井水泥环第二界面胶结差(蓝色波列)和胶结良好(红色波列)时60度方位接收器记录的全波波形(径向分量)可见,沿着套管传播的拉伸波不受水泥环第二界面胶结状况的影响,但来自水泥环外侧的反射波受其胶结状况的影响较大,水泥环第二界面胶结差时反射波的幅度增强。本实施例利用来自水泥环第二界面的反射波对水泥环和地层之间的胶结状况进行判定。
本实施例中,波形的选择方法有两种:
第一种选择方法是从CBMT记录的24道波形中选取测量声系上部的6道近源距接收的全波波形,如图3的上半部分所示,发射器选择T1、T3、T5,接收器选择与它们邻近的R2、R4、R6,发射器和接收器的配对方法如下:T1-R2、T3-R2、T3-R4、T5-R4、T5-R6和T1-R6,T1-R2指T1做发射器时R2接收的波形,T3-R2指T3做发射器时R2接收的波形,其他4种的组合方式以此类推。以上记录的6道波形从发射器到接收器的传播路径覆盖了井的一周。
第二种选择方法是从CBMT记录的24道波形中选取测量声系下部中的6道近源距接收的全波波形,如图3的下半部分所示,发射器选择T2、T4、T6,接收器选择与它们邻近的R1、R3、R5,发射器和接收器的配对方法如下:T2-R1、T2-R3、T4-R3、T4-R5、T6-R5和T6-R1,T2-R1指T2做发射器时R1接收的波形,其他5种的组合方式以此类推。以上记录的6道波形从发射器到接收器的传播路径也覆盖了井的一周。
本实施例的一种实施方式中,步骤S102具体可以包括:
对于各全波波形wave(t),分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,一般取2或3。
本实施方式可以根据套管井中套管的厚度、声学参数,以及井孔流体的声学参数等信息,通过频散方程,得到套管中拉伸波的相速度,在已知套管内径的情况下,得到CBMT近测量源距,根据源距和相速度,可以估算拉伸波的到达时间t1,从t1时刻算起延伸n个周期的时间长度至时刻t2,见式(3)。
本实施例的一种实施方式中,步骤S103具体可以包括:
根据每道全波波形的子波wavelet(t),利用反褶积算法分别得到各全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形R(t):
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1 (4)
其中,“*”代表褶积运算。根据6道全波波形所提取出的子波计算出的反射波波形分别于固井的6个扇区一一对应;在一个例子中,一个固井10m井段的6个扇区上的反褶积结果如图4所示。
本实施例的一种实施方式中,步骤S104具体可以包括:
对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗(窗长约3~4个周期),计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值。
将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
本实施方式的一种备选方案中,所述步骤S104后还可以包括:
对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
本备选方案中,不同的颜色深度值就代表了不同的胶结状况,并且方位和深度信息都非常清晰直观,从而克服了声波变密度测井存在的问题,提高了纵向分辨率,对水泥在管外的分布方位也可以大体确定。
实施例二、一种水泥环第二界面胶结状况的判定系统,包括:
选择模块,用于从CBMT测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
子波提取模块,用于分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
反射波提取模块,用于根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
结果处理模块,用于分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
本实施例的一种实施方式中,所述子波提取模块对于各全波波形wave(t),可以分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,取2或3。
本实施方式中,所述子波提取模块所得到的反射波波形R(t)可以为:
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1
其中,“*”代表褶积运算。
本实施例的一种实施方式中,所述结果处理模块具体可以包括:
能量计算单元,用于对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗,计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值;
判断单元,用于将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
本实施方式中,所述结果处理模块还可以包括:
显示单元,用于对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种水泥环第二界面胶结状况的判定方法,包括:
S101、从水泥胶结成像测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
S102、分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
S103、根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
S104、分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S102包括:
对于各全波波形wave(t),分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,取2或3。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤S103包括:
根据每道全波波形的子波wavelet(t),利用反褶积算法分别得到各全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形R(t):
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1
其中,“*”代表褶积运算。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S104包括:
对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗,计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值;
将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述步骤S104后还包括:
对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
6.一种水泥环第二界面胶结状况的判定系统,其特征在于,包括:
选择模块,用于从水泥胶结成像测井仪记录的24道波形中选取测量声系上部或下部的6道近源距接收的全波波形;所选取的6道全波波形从发射器到接收器的传播路径覆盖固井内壁至少一周;
子波提取模块,用于分别从所选取的6道全波波形中提取子波;
反射波提取模块,用于根据所提取的子波,利用最小平方反褶积算法分别提取6道全波波形中来自水泥环外侧的反射波波形;各反射波波形分别对应于固井的一个扇区;
结果处理模块,用于分别计算各反射波波形的波形能量,分别根据各波形能量判定相应反射波波形所对应的扇区中水泥环第二界面的胶结状况。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于:
所述子波提取模块对于各全波波形wave(t),分别按照下式提取子波wavelet(t):
其中,w是权系数,取值在0.5左右,tm是全波波形采样点数,tc是t1~t2此段波形中峰值所处的数据点数;t1和t2是寻峰段的起始时间和终止时间:
D是发射器到接收器之间的弧长,vs0是拉伸波的相速度,f是所述全波波形的中心频率,n是预定的延伸周期数,取2或3。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于:
所述子波提取模块所得到的反射波波形R(t)为:
R(t)=wavelet'(t)*wave(t),wavelet'(t)*wavelet(t)=1
其中,“*”代表褶积运算。
9.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述结果处理模块包括:
能量计算单元,用于对所得到的6个反射波波形分别进行下述处理:从其第1个点开始取一个时间窗,计算时间窗内的波形能量E:
其中,m是选择的时间窗的点数,a(i)是时间窗内第i个数据点的幅度值;
判断单元,用于将一个反射波波形所计算出的波形能量E作为此反射波波形所对应的扇区来自水泥环第二界面的反射波的能量数据;分别根据各扇区的能量数据判定该扇区的胶结状况,能量数据越高的扇区胶结越差。
10.如权利要求9所述的系统,其特征在于,所述结果处理模块还包括:
显示单元,用于对6个波形能量E进行线性插值,生成360个点,得到反映水泥环第二界面胶结图,图像的横坐标是环井周角度,纵坐标是深度,图像的颜色随着波形能量E的不同发生变化;其中蓝色区域代表胶结良好,红色区域代表胶结差。
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