CN105649606A - 多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油测井技术领域，特别涉及多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它采用如下步骤方法：(1)设计一补偿式标定装置，该补偿式标定装置包括一若干支架，该若干支架上设置一水筒，该水筒内设置有若干带滚轮的小车，该带滚轮的小车上放置声波变密度测井仪；在靠近声波变密度测井仪发射器的位置(前端)放置一声波屏蔽罩；声波屏蔽罩内设置有声波换能器I；声波变密度测井仪尾段方向设置一声波换能器II；声波换能器I、声波换能器II分别与水筒外的控制器相连；该方法具有使用设备简单，操作方便，方便严谨，提高了固井质量监测数据的可靠性；确立了无空套情况下固井质量测井解释的基础。

Description

多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法

技术领域

本发明涉及石油测井技术领域，特别涉及多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法。

背景技术

固井质量测井是检验固井施工质量的重要依据，也是部署试油、试气及分析产层产能的基本依据。声波幅度测井仪是固井质量评价的主要工具，例如：超过90％的完井(包括国外)采用了声波变密度测井仪、八扇区水泥胶结评价测井仪测井；而全国2013年完井总数约2万口，这其中约1万6千口井使用了声波变密度测井仪。其中，声波变密度测井仪为一个发射、2个接收探头；八扇区水泥胶结评价测井仪为一个发射、8个接收探头。测井解释中，理论上要求多个接收探头具有一致的响应特点。例如，测井解释的基础：声波变密度测井中，声波的衰减率ALK由下式给出：

Alk＝23.81×log₁₀(A3ft/A5ft)，

其中，A_3ft、A_5ft分别表示声波变密度测井仪的3英尺探头、5英尺探头(3英尺、5英尺指接收探头距离发射探头的距离)。

但事实上，各接收探头的相应一致性很差，例如，个别声波变密度测井测井文件显示：3英尺探头记录的声波幅度甚至小于5英尺探头。这样肯定造成测井解释得偏差，为后续施工、产层评价带来困难。根据对中石油某测井公司随机抽取的10支仪器的检测发现：偏离准确值30％，6支仪器的偏差值在10％-20％之间，只有2支仪器的A_3ft/A_5ft偏差值小于10％。到目前为止，国内外还没有任何多探头声波幅度测井仪探头一致性的标定的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它剔除多探头声波幅度测井仪探头的一致性差异带来的误差，为后续的测井刻度、测井解释提供准确的数据基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所述的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它采用如下步骤方法：

(1)设计一补偿式标定装置，该补偿式标定装置包括一若干支架，该若干支架上设置一水筒，该水筒内设置有若干带滚轮的小车，该带滚轮的小车上放置声波变密度测井仪；在靠近声波变密度测井仪发射器的位置(前端)放置一声波屏蔽罩；声波屏蔽罩内设置有声波换能器I；声波变密度测井仪尾段方向设置一声波换能器II(标定仪声波发射器)；声波换能器I、声波换能器II分别与水筒外的控制器相连；所述声波换能器II距测井仪的5ft探头距离为3ft，距测井仪3ft探头距离为5ft。

(2)它采用如下计算方法步骤：

A.测井仪发射器发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

B.推动屏蔽罩至声波变密度测井仪发射器的位置，屏蔽测井仪发射器，控制器保证在屏蔽罩内的声波换能器I接收到测井仪发射的声波时激发声波换能器II(标定仪声波发射器)发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

C.上述A、B步骤中，A步骤中测井仪3ft探头作为近探头，测井仪5ft探头作为远探头接收声波信号；然后在步骤B中再将测井仪5ft探头作为近探头，测井仪3ft探头为远探头接收声波信号；检测过程中声波换能器在水筒内保持居中；

D.设标定系数为a(即，测井仪3ft探头的声波幅度乘以系数a后两个探头响应一致)，则水筒上的声波衰减率ALK为：

响应测井仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{a.A_{3\mathrm{ft}}}{A_{5\mathrm{ft}}}\right)$

响应标定仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}}{a.{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}}\right)$

故标定系数： $a={\left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}.A_{5\mathrm{ft}}}{{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}.A_{3\mathrm{ft}}}\right)}^{0.5}$

其中：其中，A_3ft表示在响应测井仪的发射器时3ft探头记录的首波幅度；A′_3ft表示在响应标定仪的发射器时3ft探头记录的首波幅度；5ft探头的标记方式同3ft探头。

编制配套软件，可以提取声波到时、首波幅度等参数，计算得到的标定参数自动写入与该仪器号对应的刻度文件中。

进一步地，在测井仪尾段(外侧)增设一个声波发射器，该发射器于测井仪的1个发射器及2个(或多个)接收器形成了具有补偿功能的对称结构。

进一步地，所述测井仪发射器的外设置有屏蔽罩，该屏蔽罩由内向外依次包裹有20mm胶皮层、3mm泡沫层和2mm不锈钢层组成，屏蔽罩可以有效压制声波测井仪发射探头在前述B步骤中对接收探头的影响。

进一步地，在前述B步骤中屏蔽罩内的声波换能器能够探测声波测井仪发射器的工作状态，可以保证声波换能器II(标定仪声波发射器)能够按照测井仪的工作时序发射声波并且不需要拆卸测井仪器。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它剔除多探头声波幅度测井仪探头的一致性差异带来的误差，为后续的测井刻度、测井解释提供准确的数据基础。它具有使用设备简单，操作方便，方便严谨，提高了固井质量监测数据的可靠性；确立了无空套情况下固井质量测井解释的基础。

附图说明

图1是本发明的标定位置结构示意图；

图2是本发明声波变密度测井仪、3ft探头、5ft探头一致性差异检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它采用如下步骤方法：

(1)设计一补偿式标定装置，该补偿式标定装置包括一若干支架8，该若干支架8上设置一水筒2，该水筒2内设置有若干带滚轮的小车5，该带滚轮的小车5上放置声波变密度测井仪1，该声波变密度测井仪1左侧有测井仪发射器3，正对该测井仪发射器3的位置设置一声波换能器4；所述声波变密度测井仪1上距测井仪发射器3三英尺位置为测井仪3ft探头6，距测井仪发射器3五英尺位置为测井仪5ft探头7；所述水筒2内右侧设置一标定仪发射器10，该标定仪发射器10距测井仪5ft探头7三英尺；所述声波换能器4和标定仪发射器10分别与水筒2外的控制器9相连；

(2)它采用如下计算方法步骤：

A.测井仪发射器发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

B.推动屏蔽罩至声波变密度测井仪发射器的位置，屏蔽测井仪发射器，控制器保证在屏蔽罩内的声波换能器I接收到测井仪发射的声波时激发声波换能器II(标定仪声波发射器)发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

C.上述A、B步骤中，A步骤中测井仪3ft探头作为近探头，测井仪5ft探头作为远探头接收声波信号；然后在步骤B中再将测井仪5ft探头作为近探头，测井仪3ft探头为远探头接收声波信号；检测过程中声波换能器在水筒内保持居中；

D.设标定系数为a(即，测井仪3ft探头的声波幅度乘以系数a后两个探头响应一致)，则水筒上的声波衰减率ALK为：

响应测井仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{a.A_{3\mathrm{ft}}}{A_{5\mathrm{ft}}}\right)$

响应标定仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}}{a.{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}}\right)$

故标定系数： $a={\left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}.A_{5\mathrm{ft}}}{{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}.A_{3\mathrm{ft}}}\right)}^{0.5}$

其中：其中，A_3ft表示在响应测井仪的发射器时3ft探头记录的首波幅A′_3ft度；表示在响应标定仪的发射器时3ft探头记录的首波幅度；5ft探头的标记方式同3ft探头。

所述测井仪发射器的外设置有屏蔽罩，该屏蔽罩由内向外依次包裹有20mm胶皮层、3mm泡沫层和2mm不锈钢层组成。

本发明以声波变密度测井仪器为例阐述本计算方法的原理及使用：

声波变密度测井仪器采用一个发射换能器两个接收换能器的结构。两个接收换能器到发射换能器的距离分别为3英尺、5英尺的探头(下称之为3ft探头、5ft探头)。两个探头接收到的声波首波幅度与其各自传播路径上的介质情况及探头本身、接收电路有关，其中探测声波传播路径上的介质分布情况是该仪器的设计目的；如果两个探头本身、接收电路对接收到的声波首波幅度影响一致，则可用两个探头所记录的声波首波幅度比来描述声波传播路径上的介质分布情况。

为方便讨论，作如下定义：假设一个声波发射换能器放置于3ft探头和5ft探头的中间，3ft探头和5ft探头所记录到的声波首波幅度的比称作3ft探头、5ft探头一致性差异。3ft探头、5ft探头一致性差异系数记为a，则：

a＝A*_3ft/A*_5ft，

A*_3ft、A*_5ft表示声波发射换能器放置于3ft探头和5ft探头的中间时，3ft探头和5ft探头所记录到的声波首波幅度。在理想的情况下，a为1。声波变密度测井仪器的3ft探头、5ft探头一致性差异与换能器的个体差异、接收电路的差异性有关。为标定3ft探头、5ft探头一致性差异，采用了补偿式标定法。

如图2所示，设计基础实验，实验如下：

声波变密度测井仪、3ft探头、5ft探头一致性差异可能有以下2种情况：

1、声波幅度不同，一致性差异也不同；

2、声波幅度不同，但一致性差异相同。

为确定声波变密度测井仪10a、3ft探头2a、5ft探头1a一致性差异的表现形式，设计了如下实验装置，其中，水槽10a设置在支架4a上，水槽10a内穿插有变密度测井仪9a；水槽10a、水箱5a内表面采用隔声材料；控制器7a分别与发射换能器8a和发射器6a相连，在仪器本身的发射换能器8a上罩上一个屏蔽罩，保证仪器本身的发射装置不对两个接收换能器产生影响；控制器保证发射器按照测井仪器的工作时序发射声波(通过一个声波换能器跟踪仪器的发射换能器)。

实验表明：变密度测井仪的两个探头(3ft探头2a、5ft探头1a)一致性差异值和仪器是一一对应的，不随幅度的变化而变化，也与测井档位的选择无关。因此，在声波变密度测井仪的3ft探头2a、5ft探头1a一致性的标定中，针对某一支仪器只需要确定一个标定值。

本发明所述的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，它剔除了多探头声波幅度测井仪探头的一致性差异带来的误差，为后续的测井刻度、测井解释提供准确的数据基础。它具有使用设备简单，操作方便，方法严谨，提高了固井质量监测数据的可靠性；确立了无空套情况下固井质量测井解释的基础。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (2)

1.多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，其特征在于：它采用如下步骤方法：

(1)设计一补偿式标定装置，该补偿式标定装置包括一若干支架，该若干支架上设置一水筒，该水筒内设置有若干带滚轮的小车，该带滚轮的小车上放置声波变密度测井仪；在靠近声波变密度测井仪发射器的位置(前端)放置一声波屏蔽罩；声波屏蔽罩内设置有声波换能器I；声波变密度测井仪尾段方向设置一声波换能器II(标定仪声波发射器)；声波换能器I、声波换能器II分别与水筒外的控制器相连；所述声波换能器II距测井仪的5ft探头距离为3ft，距测井仪3ft探头距离为5ft。

(2)它采用如下计算方法步骤：

A.测井仪发射器发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

B.推动屏蔽罩至声波变密度测井仪发射器的位置，屏蔽测井仪发射器，控制器保证在屏蔽罩内的声波换能器I接收到测井仪发射的声波时激发声波换能器II(标定仪声波发射器)发射声波，测井仪3ft探头和测井仪5ft探头接收声波信号；

C.上述A、B步骤中，A步骤中测井仪3ft探头作为近探头，测井仪5ft探头作为远探头接收声波信号；然后在步骤B中再将测井仪5ft探头作为近探头，测井仪3ft探头为远探头接收声波信号；检测过程中声波换能器在水筒内保持居中；

D.设标定系数为a(即，测井仪3ft探头的声波幅度乘以系数a后两个探头响应一致)，则水筒上的声波衰减率ALK为：

响应测井仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{a.A_{3\mathrm{ft}}}{A_{5\mathrm{ft}}}\right)$

响应标定仪的发射器时：

$\mathrm{ALK}=\frac{20}{L}\lg \left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}}{a.{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}}\right)$

故标定系数： $a={\left(\frac{{A^{\′}}_{5\mathrm{ft}}.A_{5\mathrm{ft}}}{{A^{\′}}_{3\mathrm{ft}}.A_{3\mathrm{ft}}}\right)}^{0.5}$

其中：其中，A_3ft表示在响应测井仪的发射器时3ft探头记录的首波幅度；A′_3ft表示在响应标定仪的发射器时3ft探头记录的首波幅度；5ft探头的标记方式同3ft探头。

2.根据权利要求1所述的多探头声波幅度测井仪探头一致性的补偿式标定法，其特征在于：

(1)在测井仪尾段(外侧)增设一个声波发射器，该发射器于测井仪的1个发射器及2个(或多个)接收器形成了具有补偿功能的对称结构；

(2)所述测井仪发射器的外设置有屏蔽罩，该屏蔽罩由内向外依次包裹有20mm胶皮层、3mm泡沫层和2mm不锈钢层组成，屏蔽罩可以有效压制声波测井仪发射探头在前述B步骤中对接收探头的影响；

(3)在前述B步骤中屏蔽罩内的声波换能器能够探测声波测井仪发射器的工作状态，可以保证声波换能器II(标定仪声波发射器)能够按照测井仪的工作时序发射声波并且不需要拆卸测井仪器。