CN109882152A - 一种套管与水泥环之间的微环识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种套管与水泥环之间的微环识别方法，具体涉及应用地球物理和石油勘探开发领域。其解决了现有的微环测量要重复测井，测井成本很高的不足。该套管与水泥环之间的微环识别方法运用从声波测井得到的拉伸型兰姆波衰减或幅度、弯曲型兰姆波的衰减以及套管共振波的共振效率等，联合三种不同类型的套管波响应特征，确定微环的存在。该套管与水泥环之间的微环识别方法包括在深度区间内进行弯曲型兰姆波测井、超声反射成像测井、SBT测井或CBL/VDL测井；分别得到弯曲型兰姆波的衰减Att_asy、套管共振波的共振效率Rate以及拉伸型兰姆波的衰减Att_sy或幅度；判断套管后微环的存在三个主要步骤。
Description
技术领域
本发明涉及应用地球物理和石油勘探开发领域，具体涉及一种套管与水泥环之间的微环识别方法。
背景技术
水泥完整性评价服务通过在套管与地层岩石之间注入水泥提供井筒完整性和层位封隔，对油田安全作业至关重要。长期以来，主要利用声波测井方法探测水泥环第一界面进而评价固井质量，已由最初的无定向水泥胶结测井声幅测井(CBL)和声波变密度测井(VDL)发展到分扇区水泥胶结测井(原阿特拉斯公司的SBT和康普乐公司的SBT)和各种水泥声阻抗类测井，例如，斯伦贝谢推出的水泥封隔成像测井(Isolation Scanner)。综合利用这些固井质量评价的测井方法可为确定水泥胶结类型提供保证。
现有的这些评价水泥胶结好坏的声波测井方法，根据其在套管中激发的套管波类型，可分为三类，第一类是利用沿套管传播的零阶对称型兰姆波，也称为拉伸波，利用CBL/VDL以及SBT测井仪器等；第二类是沿着套管传播的反对称兰姆波，也称为弯曲型兰姆波，例如斯伦贝谢推出的水泥封隔成像测井仪等；第三类是利用套管共振波(一阶或高阶对称兰姆波)，例如各类反射超声成像测井仪，哈里伯顿的CAST、斯伦贝谢的USI、井下电视等。水泥胶结测井均是利用这些套管波的幅度或衰减评价水泥与套管胶结的好坏。但一种类型的套管波幅度或衰减变化，可能是由多种因素造成的，例如CBL或SBT的套管波幅度升高或衰减降低可能是存在微环或者某扇区胶结差或者是自由套管(完全没有水泥胶结)的响应造成的，但微环一般认为不会造成流体窜槽，但胶结差的情况需要再次注入水泥才能开采。如何区分微环还是水泥与套管之间胶结差一直是测量的难点，目前常用的方法是在套管内加压，再次测井，对比加压前后的测井响应，判断是否有微环，这种方式需要重复测井，测井成本很高。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种运用从声波测井得到的拉伸型兰姆波衰减或幅度、弯曲型兰姆波的衰减以及套管共振波的共振效率的套管与水泥环之间的微环识别方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种套管与水泥环之间的微环识别方法，包括以下步骤：
步骤①：在深度区间内进行弯曲型兰姆波测井、超声反射成像测井、SBT测井或CBL/VDL测井；
步骤②：分别得到弯曲型兰姆波的衰减Att_asy、套管共振波的共振效率Rate以及拉伸型兰姆波的衰减Att_sy或幅度；
弯曲型兰姆波的衰减，是将接收的远近接收器的弯曲型兰姆波波形首先做希尔伯特变换，取希尔伯特变换后的峰值，远近波的峰值的比值计算得到的，如式(1)：
其中，wave1和wave2是测量弯曲型兰姆波时近和远接收器接收到的直达兰姆波，Hilbert是指做希尔伯特变换，abs是取希尔伯特变换后波形的模；
拉伸型兰姆波的衰减，利用水泥胶结测井记录的波形，首先对T1发射R1和R2接收的W11和W12波形以及T2发射R1和R2接收的W21和W22波形做希尔伯特变换，得到变换后拉伸型兰姆波波包的峰峰值a1、a2、a3和a4，利用式(2)计算得到拉伸型兰姆波的衰减Attsy：
其中，L是相邻两个接收器R1R2的间距；T1是第一发射器1，T2是第二发射器，R1是第一接收器，R2是第二接收器；
共振效率Rate是对接收的超声反射波做希尔伯特变换后，在共振波时窗内取均方根值再和反射波时窗内最大值的比值，共振效率采用式(3)得到，
其中，wavedata是指接收到的超声反射波，i是波形点数，n是指共振波的起始点，w是指共振波时窗中的总点数；
步骤③：判断套管后微环的存在；
Ⅰ.套管后耦合快速水泥中微环的存在判断包括四种组合方法：
Ⅰ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和套管共振波的共振效率Rate，在共振效率Rate较低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，可确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅲ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率Rate较低，其反演的阻抗大于4.0MRayls和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅳ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于4.0MRayls、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅱ.套管后耦合慢速水泥中微环的存在判断包括两种组合方法：
Ⅱ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环；
Ⅱ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于3.0MRayls和拉伸型兰姆波衰减Att_sy较低的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环。
优选地，所述步骤②中，弯曲型兰姆波测井数据通过超声探头斜入射方式测量获取到套管弯曲波。
本发明具有如下有益效果：
本方案提供了一种可确定套管后存在微环的有效方法，运用从声波测井得到的拉伸型兰姆波衰减或幅度、弯曲型兰姆波的衰减以及套管共振波的共振效率等，为从油气勘探开发评价套管与水泥环之间的微环提供一种实用可行的方法和技术。
附图说明
图1为补偿式衰减的测量方式；
图2为零阶对称兰姆波的衰减曲线；
图3a为零阶弯曲型兰姆波-套后耦合轻质水泥的衰减曲线；
图3b为零阶弯曲型兰姆波-套后耦合慢速水泥的衰减曲线；
图4为利用套管共振波计算的套后阻抗的变化趋势图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
一种套管与水泥环之间的微环识别方法，包括以下步骤：
步骤①：在深度区间内进行弯曲型兰姆波测井、超声反射成像测井、SBT测井或CBL/VDL测井；
步骤②：分别得到弯曲型兰姆波的衰减Att_asy、套管共振波的共振效率Rate以及拉伸型兰姆波的衰减Att_sy或幅度；
弯曲型兰姆波的衰减，是将接收的远近接收器的弯曲型兰姆波波形首先做希尔伯特变换，取希尔伯特变换后的峰值，远近波的峰值的比值计算得到的，如式(1)：
其中，wave1和wave2是测量弯曲型兰姆波时近和远接收器接收到的直达兰姆波；Hilbert是指做希尔伯特变换，abs是取希尔伯特变换后波形的模；弯曲型兰姆波测井数据通过超声探头斜入射方式测量获取也可以通过其他方式到套管弯曲波。
如图1所示，拉伸型兰姆波的衰减，利用水泥胶结测井记录的波形，首先对T1发射R1和R2接收的W11和W12波形以及T2发射R1和R2接收的W21和W22波形做希尔伯特变换，得到变换后拉伸型兰姆波波包的峰峰值a1、a2、a3和a4，利用式(2)计算得到拉伸型兰姆波的衰减Attsy：
其中，L是相邻两个接收器R1R2的间距；T1是第一发射器1，T2是第二发射器，R1是第一接收器，R2是第二接收器；
共振效率Rate是对接收的超声反射波(wavedata)做希尔伯特变换(Hilbert)后，在共振波时窗(一般取反射波峰值位置滞后7μs作为起始位置，窗长一般取20μs，w是时窗内的点数)内取均方根值再和反射波时窗内最大值的比值，共振效率采用式(3)得到，
其中，wavedata是指接收到的超声反射波，i是波形点数，n是指共振波的起始点，w是指共振波时窗中的总点数；
步骤③：判断套管后微环的存在；
Ⅰ.套管后耦合快速水泥中微环的存在判断包括四种组合方法：
Ⅰ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy(depth,Azimuth)数据和套管共振波的共振效率Rate(depth,Azimuth)，在共振效率Rate较低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高(一般大于70dB/m)的井段或扇区位置，可确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据(depth,Azimuth)和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy(depth,Azimuth)，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高(一般大于70dB/m)的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅲ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate(depth,Azimuth)和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy(depth,Azimuth)，在共振效率Rate较低，其反演的阻抗大于4.0MRayls和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低(一般在4-7dB/m)的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅳ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate(depth,Azimuth)、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy(depth,Azimuth)和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy(depth,Azimuth)，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于4.0MRayls、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高(一般大于70dB/m)和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低(一般在4-7dB/m)的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环。
Ⅱ.套管后耦合慢速水泥中微环的存在判断包括两种组合方法：
Ⅱ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy(depth,Azimuth)数据和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy Att_sy(depth,Azimuth)，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低(一般在4-6dB/m)和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy(一般大于70dB/m)较高的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环；
Ⅱ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate(depth,Azimuth)和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy(depth,Azimuth)，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于3.0MRayls和拉伸型兰姆波衰减Att_sy较低(一般在4-6dB/m)的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环。
本发明是联合三种不同类型的套管波响应特征，确定微环的存在。图1是零阶对称兰姆波的衰减曲线，可见在套管与水泥环之间存在微环时，在0-100kHz测井频段，其衰减降低明显，基本与自由套管的衰减相当，因此很难区分套外是微环还是胶结差(包含自由套管的状况)。图2是零阶反对称兰姆波，反对称兰姆波的衰减变化趋势针对快慢水泥不同，快速水泥是指水泥的纵波速度大于套管中弯曲型兰姆波的相速度，慢速水泥是指水泥的纵波速度小于套管中弯曲型兰姆波的相速度；由图2可见，在微环出现后，若套后是快速水泥，则弯曲型兰姆波的衰减明显增大，在微环厚度小于0.3mm时，衰减一直持续比较高的状态；在套后耦合慢速水泥时，在微环厚度小于0.3mm时，微环的存在与胶结良好时一致，均处于较高的状态；图3是在套后耦合快速和慢速水泥时，利用套管共振波反演的套后阻抗的变化趋势，可见，在套后微环厚度较小时(<0.2mm)，共振效率变化很小，也即套管共振波对套后微环也不敏感。
其中图2、图3a、图3b和图4对应的彩图详见其他证明文件中的附图。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种套管与水泥环之间的微环识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤①：在深度区间内进行弯曲型兰姆波测井、超声反射成像测井、SBT测井或CBL/VDL测井；
步骤②：分别得到弯曲型兰姆波的衰减Att_asy、套管共振波的共振效率Rate以及拉伸型兰姆波的衰减Att_sy或幅度；
弯曲型兰姆波的衰减，是将接收的远近接收器的弯曲型兰姆波波形首先做希尔伯特变换，取希尔伯特变换后的峰值，远近波的峰值的比值计算得到的，如式(1)：
其中，wave1和wave2是测量弯曲型兰姆波时近和远接收器接收到的直达兰姆波；Hilbert是指做希尔伯特变换，abs是取希尔伯特变换后波形的模；
拉伸型兰姆波的衰减，利用水泥胶结测井记录的波形，首先对T1发射R1和R2接收的W11和W12波形以及T2发射R1和R2接收的W21和W22波形做希尔伯特变换，得到变换后拉伸型兰姆波波包的峰峰值a1、a2、a3和a4，利用式(2)计算得到拉伸型兰姆波的衰减Attsy：
其中，L是相邻两个接收器R1R2的间距；T1是第一发射器1，T2是第二发射器，R1是第一接收器，R2是第二接收器；
共振效率Rate是对接收的超声反射波做希尔伯特变换后，在共振波时窗内取均方根值再和反射波时窗内最大值的比值，共振效率采用式(3)得到，
其中，wavedata是指接收到的超声反射波，i是波形点数，n是指共振波的起始点，w是指共振波时窗中的总点数；
步骤③：判断套管后微环的存在；
Ⅰ.套管后耦合快速水泥中微环的存在判断包括四种组合方法：
Ⅰ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和套管共振波的共振效率Rate，在共振效率Rate较低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，可确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅲ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率Rate较低，其反演的阻抗大于4.0MRayls和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅰ-Ⅳ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于4.0MRayls、弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低的井段或扇区位置，确定套管后存在小于0.3mm的微环；
Ⅱ.套管后耦合慢速水泥中微环的存在判断包括两种组合方法：
Ⅱ-Ⅰ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的弯曲型兰姆波的衰减Att_asy数据和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在拉伸型兰姆波的衰减Att_sy低和弯曲型兰姆波的衰减Att_asy较高的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环；
Ⅱ-Ⅱ：获得处理深度depth、井周方位Azimuth位置处的套管共振波的共振效率Rate和拉伸型兰姆波的衰减Att_sy，在共振效率较低Rate低，其反演的阻抗大于3.0MRayls和拉伸型兰姆波衰减Att_sy较低的井段或扇区位置，确定套后存在小于0.3mm的微环。
2.如权利要求1所述的一种套管与水泥环之间的微环识别方法，其特征在于，所述步骤②中，弯曲型兰姆波测井数据通过超声探头斜入射方式测量获取到套管弯曲波。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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