CN110806601B - 套内外物质阻抗计算、关系确定、固井评价方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种套内外物质阻抗计算方法、套管内外物质阻抗与兰姆波衰减关系确定方法、套管内外物质阻抗与共振波共振效率关系确定方法、固井质量评价方法和计算机设备。所述套内外物质阻抗计算方法包括：设置兰姆波测量设备与共振波测量设备指向套管内同一位置，获得兰姆波衰减测量值与共振波共振效率测量值；根据所述兰姆波衰减测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系，以及根据所述共振波共振效率测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与共振效率的第二函数关系，计算获得套管内外物质的阻抗值。本发明实施例方案提高了对套后物质阻抗反演的精准度，并能同时计算套管内流体物质的声阻抗。
Description
技术领域
本文涉及套管井固井质量检测领域，尤其涉及套内外物质阻抗计算、关系确定、固井评价方法和设备。
背景技术
在套管井固井质量检测领域，具有多种测量仪器，声波类仪器为主要仪器，如：早期的声波幅度，中期的声幅变密度测井仪(CBL-VDL)，近期的扇区水泥胶结测井仪(SBT)。比较先进的固井质量检测仪器有：斯伦贝谢USI超声波成像测井仪、哈里伯顿CAST测井仪、中海油田服务股份有限公司多功能超声成像仪MUIL都是利用脉冲回波计算套后声阻抗值，根据声阻抗值判定套后介质(物质)状态，进而评价固井质量。
中早期声波仪器要求套管井内物质为水，井内存在泥浆对测量影响巨大，如果用现有处理水环境测量资料的技术，处理泥浆井测量资料，则会出现严重偏差。
发明内容
本发明实施例提供了一种套管内外物质阻抗计算方法、套管内外物质阻抗与兰姆波衰减关系确定方法、套管内外物质阻抗与共振波共振效率关系确定方法、固井质量评价方法和计算机设备，能够解决套管井内物质阻抗不确定时，声波资料不能定量计算套后物质阻抗的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种套管内外物质阻抗计算方法，包括：
设置兰姆波测量设备与共振波测量设备指向套管内同一位置，获得兰姆波衰减测量值与共振波共振效率测量值；
根据所述兰姆波衰减测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系，以及根据所述共振波共振效率测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与共振效率的第二函数关系，计算获得套管内外物质的阻抗值。
另一方面，本发明实施例还提供了一种套管内外物质阻抗与兰姆波衰减关系确定方法，包括：
采用测量设备测量套管在不同环境条件下的兰姆波测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；
根据所述兰姆波测量值反演得到套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系：Zoutl＝f1(Zinl,Att,H)，其中，Zoutl表示兰姆波测量时的套管外物质阻抗值，Zinl为兰姆波测量时的套管内物质阻抗值，Att为兰姆波在套管中传播时的衰减，H为套管壁厚度。
另一方面，本发明实施例还提供了一种套管内外物质阻抗与共振波共振效率关系确定方法，包括：
采用测量设备测量套管在不同环境条件下的共振波共振效率测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；
根据所述共振波共振效率测量值反演得到套管内外物质阻抗与共振波共振效率的第二函数关系：Zoutg＝f2(Zing,b,H)，其中，Zoutg表示共振波测量时的套管外物质阻抗值，Zing为共振波测量时的套管内物质阻抗值，b为共振波的共振效率测量值，H为套管厚度。
另一方面，本发明实施例还提供了一种固井质量评价方法，采用前述所述方法计算得到套管外物质阻抗值，判断所述套管外物质阻抗值如果大于第一阈值，确定固井质量合格，判断所述套管外物质阻抗值如果小于第二阈值，确定固井质量不合格，所述第二阈值≤第一阈值。
再一方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可实现前述方法的步骤。
本发明实施例利用超声兰姆波仪器在套管中产生兰姆波，建立其衰减值与套管内外物质阻抗的关系，以及利用超声兰姆波仪器测量共振模式的共振效率，由于共振效率的对数与套管内外物质阻抗也具有较好的线性关系，因此可以建立共振效率与套管内外物质阻抗的关系；通过实验测量和理论计算，在刻度超声兰姆波仪器测量值的基础上，联合衰减与套管内外物质阻抗的关系式以及共振效率与内外物质阻抗的关系式，求解套管内外物质的阻抗，进而判断其气液固状态。套管内外物质联合求解方法解决了当套管井内液体阻抗不确定时，固井声波资料不能定量计算套后物质阻抗的问题。实际测量试验结果显示，这种新计算方法提高了对套后物质阻抗反演的精准度，并能同时计算套管内流体介质的声阻抗。新方法比之前的计算方法相比，计算套后物质阻抗误差减小了20％以上，固井质量评价的准确度得到提高。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1a为实验测量环境俯视图；
图1b为实验测量环境剖面图；
图2a是四种厚度套管中井内流体为1.2g/cm3油基泥浆时套管外物质阻抗Zout与兰姆波衰减率的仿真计算结果图；
图2b为实验测量四种厚度套管在井内流体为水时，衰减率随套管外物质阻抗的变化结果图；
图3a是套管外物质为水，井内分别为油基泥浆时，弯曲型兰姆波衰减率与井内泥浆声阻抗Zin的关系图；
图3b是套管外物质为水，井内分别为水基泥浆时，弯曲型兰姆波衰减率与井内泥浆声阻抗Zin的关系图；
图4为本发明实施例利用共振波和兰姆波联合求解套管内外物质阻抗的原理图；
图5为本发明实施例套管内外物质阻抗计算方法流程图；
图6为本发明实施例固井质量评价方法流程图；
图7为实现套管内外物质阻抗计算方法的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
超声测井类仪器测量固井质量的基本原理是，套管外物质的声波阻抗与测量的回波信号相对应。目前，超声测井类仪器在井内流体阻抗改变时，没有针对性的计算套后阻抗的公式。声波阻抗Z等于物质的声波纵波速度与物质密度的乘积。速度单位mm/us，密度单位g/cm3，阻抗单位MRayl。在该量纲下，气体的阻抗接近0MRayl，水的阻抗等于1.5MRayl，固井水泥阻抗与水泥密度及声速有关，常用的固井水泥密度为1.0～2g/cm3，声速为1800-3700m/s，因此阻抗范围为2.8～8MRayl。有的计算套管外声阻抗的方案需要在套管井找到自由套管井段做参考，人为输入一个参考值计算套管外物质的声阻抗，此种方法误差大。
目前计算套后阻抗的计算公式如式(1)所示，需要已知套管井参考点位置的套管外物质阻抗和此位置的共振效率值。
式中，Z为套管外物质阻抗，Z0为参考点处套外物质阻抗，H为套管厚度(单位为mm)，
根据上述公式，在套管井的测量井段中，如果找不到套管外物质阻抗已知的参考点，则无法计算待测井段套管外物质的阻抗。
申请人通过在不同密度泥浆中进行大量测量实验研究，提出了一种基于超声兰姆波仪器的不用自由套管标定的计算套管内外物质阻抗的方法。本发明实施例方法无需在套管井中寻找自由套管井段做参考，通过超声兰姆波仪器测量的共振效率和兰姆波衰减，联合求解得到套管外物质的声阻抗，并同时得到了套管内物质的声阻抗，此过程无需人为干预。
为了能够联合求解套管内外物质的阻抗，需要先通过实验室数据建立共振效率与套管内外物质阻抗的关系以及兰姆波衰减与套管内外物质阻抗的关系。在实际进行井下测量时，根据仪器测量值和预先建立的关系求解套管内外物质阻抗。下面分别进行介绍。
实施例1
本实施例描述利用超声回波中的共振波求解套管内外物质阻抗的函数表达式的方法。原理是：采用测量设备测量套管在不同环境条件下的共振波共振效率测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；根据所述共振波共振效率测量值反演套管内外物质阻抗与共振波共振效率的第二函数关系：Zoutg＝f2(Zing,b,H)，其中，Zoutg表示共振波测量时的套管外物质阻抗值，Zing表示为共振波测量时的套管内物质阻抗值，b为共振波的共振效率测量值，H为套管厚度。
包括两个阶段：
1、实验准备阶段
图1a是测量环境俯视图，图1b是测量环境剖面图。图中，测井仪器可采用已有声系，本实施例中采用超声兰姆波仪器，图1中，T表示兰姆波发射探头、R1和R2表示兰姆波接收探头，T/R表示发射接收同体的共振波探头。将套管外区域分成多个扇区，每个扇区填充一种物质，每种物质的阻抗为固定值，套管外物质包括但不限于以下一种或多种：空气、油、水、泥浆、固井水泥。除了空气，其他物质阻抗经过实际测量，即套管外物质阻抗(Zout，或称套后物质阻抗)为已知值。空气阻抗为0，油的阻抗为1MRayl，水的阻抗为1.5MRayl。套后泥浆阻抗与密度相关，实验用泥浆使用钻井泥浆，用泥浆配置材料，调整泥浆密度，进而控制泥浆阻抗范围在[1.1，2.5]MRayl内。固井水泥阻抗与密度相关，按固井水泥添加剂配方调制水泥阻抗范围为[2.7，8]MRayl。套管内物质包括但不限于以下一种或多种：油、水、泥浆，通过更换套管内流体，调控阻抗范围在[1，2.5]MRayl内。
实验井筒组成套管内外物质阻抗可调、可知的标准井段。只需转动测量仪器的方位，就可测量到套后物质阻抗的不同共振效率数值的响应。改变套内物质阻抗，探头测量套后物质的区域不变。保证了测量套后物质阻抗恒定。测量环境的可靠是测量数据可靠的基础。
在套后物质阻抗、井内流体即套内物质阻抗(Zing)可调可控可知的环境下，进行共振波测量，建立套管内外物质阻抗与共振波的函数关系。
2、实验建立共振效率与套管内外物质阻抗的函数关系
使用波形处理软件，读取共振波的反射幅度、共振幅度，计算
b值是共振波测量结果，它是相对幅度，无单位，是0.00～1.00之间的小数，扩大100倍后单位是％，20％＝0.2，表示探头发射能量从套管内壁反射回的能量为100，可以引起套管自身振动(共振)的能量为20，因此，b也叫共振效率。套管外物质阻抗增大，即阻碍套管振动的力加大，b值减低。固井前后套后物质从水到水泥，阻抗从1.5MRayl到8MRayl改变，共振效率b从大变小。定量的数值还与测量探头的特性有关，为此定义
计算时利用b/B抵消探头特性的影响。
改变探头测量环境，从水中测量变为油中、泥浆中测量，即从阻抗Zing＝1.5MRayl的水，改变为Zing＝1～2MRayl，测量套后物质阻抗Zoutg＝0～8MRayl变化，测量结果见表1所示。
表1：泥浆中测量套后物质时的b值汇总(声阻抗单位为MRayl)
b＝100*(共振幅度/反射幅度)
用表1数据4#探头测量结果拟合得到的不同套管内物质与套后物质阻抗的关系如下：
(1)(2)(3)(4)式仅仅是4#探头的实验关系，去掉探头影响，用B归一化：
例如在Zing＝1.5的水中
Zoutg＝1.5-0.555H*Ln(b/B) (6)
泥浆对套管外水的自由套管的共振效率B具有影响，以在水-水条件下自由套管的B值Bw为参照，Zin改变后，B＝Bw*A，根据表1中每行的测量数据拟合得到：
A＝0.3724Zing+0.446 (7)
B＝(0.3724*Zing+0.446)*Bw
B为参考点的共振效率，Bw为套管内外都是水的共振效率，是仪器刻度时获得的已知参数。
由于套管壁厚H＝10mm，因此
式(6)可表示为：Zoutg＝5.55Ln(B)+1.5-5.55Ln(b) (8)
为了与(1)式呼应，写成
更具普遍意义的公式
Zoutg＝Zin参照-C*H*Ln(b/B) (9)
式中，Zoutg表示共振波测量时的套管外物质阻抗，Zin参照为套管内参照物质的阻抗，C是常系数，H为套管壁厚度(单位mm)，b为共振效率测量值，B＝(P*Zin+Q)*B参照，其中，P、Q是常系数，B参照为套管内外都是参照物质时的共振效率(参照物为水时为Bw)，Zing表示共振波测量时的套管内物质阻抗。当参照物质为水时，Zin参照＝1.5，C＝0.555，P＝0.3724，Q＝0.446。常系数为仪器刻度时获得的已知参数。
实施例2
本实施例描述建立超声兰姆波衰减与套管内外物质阻抗的函数关系的方法。原理是：采用兰姆波测量设备测量在不同环境条件下的兰姆波测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；根据所述兰姆波测量值反演套管内外物质阻抗与兰姆波的第一函数关系：Zoutl＝f1(Zinl,Att,H)，其中，Zoutl表示兰姆波测量时的套管外物质阻抗值，Zinl为兰姆波测量时的套管内物质阻抗值，Att为兰姆波在套管中传播时的衰减，H为套管壁厚度。
基于数值计算和实验室测量，建立慢速水泥模型中套管两侧物质阻抗与弯曲型兰姆波衰减率的函数关系。图2a是四种厚度套管中井内流体为1.2g/cm3油基泥浆时套管外物质阻抗与兰姆波衰减率的仿真计算结果，图2b为实验测量四种厚度套管在井内流体为水时，衰减率随套管外物质阻抗的变化结果。对比发现两组结果具有很好的一致性，每条直线的截距则为对应厚度下井内流体的衰减值。
图3a和3b是套管外物质为水，井内物质分别为油基及水基泥浆时，弯曲型兰姆波衰减率与井内泥浆声阻抗的关系，可以看到四种规格套管模型中衰减率与阻抗也是很好的线性关系，且对于同种规格套管线性关系的斜率基本一致，表明相同泥浆声阻抗下油基、水基泥浆对衰减率的影响程度是相同的。
根据图2和图3，可构建四种厚度下弯曲型兰姆波衰减率与井内流体阻抗和套外物质阻抗的关系式。在实际测井过程中换能器的发散性、灵敏度不一致等都会导致测量的衰减率变化，将这些影响因素统称为“仪器常数”且用K表示，则衰减率与声阻抗表达式为Att＝coef1*Zoutl+coef2*Zinl+K (10)
其中，coef1与coef2为由套管厚度确定的常量，其中：coef1为对应套管厚度下兰姆波衰减与套外物质阻抗的线性关系的斜率；coef2为对应套管厚度下兰姆波衰减与井筒流体声阻抗线性关系的斜率，coef1和coef2可根据图2和图3仿真得到；K为仪器常数，正值表示仪器因素使衰减率测量值增大，负值则相反，表示仪器因素使衰减率测量值减小，该值可通过仪器刻度得到。
实施例3
本实施例描述用兰姆波衰减和共振波的共振效率联合求解套管内外物质的声阻抗Zin和Zout的方法。
由式(10)可知超声兰姆波的衰减率Att可表示为Zoutl和Zinl的函数，即第一函数：
Att＝F1(Zoutl，Zinl) (11)
将式(9)变形后也可以用Zoutg和Zing来表示共振波的共振效率，即第二函数
b＝F2(Zoutg，Zing) (12)
上式中，Zoutl表示兰姆波测量时的套管外物质阻抗，Zinl表示兰姆波测量时的套管内物质阻抗，Zoutg表示共振波测量时的套管外物质阻抗，Zing表示共振波测量时的套管内物质阻抗。
如图4所示，兰姆波测量曲线和共振波测量曲线会在某一点交叉，也就是说当测量同一位置时，在交叉点处兰姆波测量与共振波测量得到的套管内物质阻抗和套管外物质阻抗是相同的。即指向同一位置时Zoutl＝Zoutg，Zinl＝Zing。利用此原理结合测量值，无需套管内物质阻抗已知，只要找到该交叉点，即可求出套管内物质阻抗和套管外物质阻抗。本实施例下文中套管外物质阻抗均用Zout表示，套管内物质阻抗均用Zin表示。基于上述原理，可采用以下方法计算套管内外物质阻抗，如图5所示，包括以下步骤：
步骤51，设置兰姆波测量设备与共振波测量设备指向套管内同一位置，获得兰姆波衰减测量值与共振波共振效率测量值；
步骤52，根据所述兰姆波衰减测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系，以及根据所述共振波共振效率测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与共振效率的第二函数关系，计算获得套管内外物质的阻抗值。
具体地，根据所述第一函数关系中的套管内物质阻抗与所述第二函数关系中的套管内物质阻抗相同，结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗。
通过上述方法，利用超声兰姆波仪器测量值，联合预先建立的兰姆波衰减值与套管内外物质阻抗的关系以及共振效率与套管内外物质阻抗的关系，求解套管内外物质的阻抗，解决了当套管井内液体阻抗不确定时，固井声波资料不能定量计算套后物质阻抗的问题。
在一示例性实施例中，为平滑数据目的，可设置兰姆波测量设备与共振波测量设备扫描至少多个位置(如相邻位置)，获得多个兰姆波衰减测量值与多个共振波共振效率测量值。此时，对于每个位置，采用前述方法即结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗；得到多个位置的套管内外物质阻抗后，用第i位置周边多个位置的套管内外物质阻抗计算得到第i位置处的套管内外物质阻抗。例如，可用第i-n至第i+n相邻的共2n+1个套管内物质阻抗平均后得到第i位置处的套管内物质阻抗，用第i-n至第i+n相邻的共2n+1个套管外物质阻抗平均后得到第i位置处的套管外物质阻抗。或者，在其他实施例中，可以直接用第i位置周边多个位置的兰姆波衰减测量值、第i位置周边多个位置的共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得第i位置处的套管内外物质阻抗。例如可用第i-n至第i+n相邻的共2n+1个兰姆波衰减测量值和共2n+1个共振波共振效率测量值，反演第i位置处的套管内物质阻抗和套管外物质阻抗。
例如，仪器测量时，在每个深度点上用超声兰姆波仪器扫描井周一圈，兰姆波产生36道独立波形，脉冲回波产生72道独立波形，对于同一深度点可将36个兰姆波衰减数据用插值的方式变为72个数据点。考虑到数据测量的不稳定，采用“最小二乘法”对测量数据进行平滑处理。在本示例中，若要反演第i个位置(数据)的声阻抗值，将m＝i-n至m＝i+n相邻2n+1个数据点代入下式(n取0,1或2)：
对于任一位置m，在预设Zin取值范围和Zout取值范围内进行遍历，计算Zin和Zout在不同组合下的fm′，取最小fm′值为fm，该最小fm′值对应的Zin和Zout即为m点位置的套管内外物质阻抗。Zin取值范围例如为[0.1,3]，Zout取值范围例如为[0.1,10]，此处取值范围仅为举例，在其他实施例中也可以取其他范围，本领域技术人员可以根据套内外物质预估阻抗范围。优选地，计算2n+1个fm，取fm最小值时的Zout、Zin作为该i位置处的声阻抗反演结果。式中，Attm为m点处兰姆波衰减测量值，bm为m点处共振波共振效率测量值。平滑处理后消除了测量数据的波动性，提高了反演结果的准确性。
在一示例性实施例中，可以通过程序实现，基于上述兰姆波测量与共振波测量时会有存在相同套管内物质阻抗和套管外物质阻抗的原理，可采用下述方法实现：
步骤a，预设Zin的取值范围，使Zin取值为预设最小值(例如为1.5)；
步骤b，将Zin的取值代入上述公式9计算得到Zoutg，将Zin的取值代入公式10计算得到Zoutl，计算Zoutg与Zoutl的差值D；
步骤c，判断D是否为0，如果D＝0，表示找到图4所述交叉点，Zoutg＝Zoutl，用当前Zin值计算得到Zout，即得到套管内外物质阻抗，如果D≠0，则执行步骤d；
步骤d，按照预设步长(例如0.1)递增Zin取值；
步骤e，判断当前Zin取值是否到达预设最大值(例如为2.5)，如果是，则比较前述所得的所有Zoutg与Zoutl的差值，选择所述差值最小时的Zin作为套管内物质阻抗，可取Zout的平均值作为套管外物质阻抗，并输出；如果未达到预设最大值，返回步骤b。
在一示例性实施例中，考虑到可能存在测量误差的情况，在上述步骤e中，还可以设置一差值阈值，将比较得出的最小差值与该差值阈值进行比较，如果大于该差值阈值则舍弃当前数据，只有当差值足够小(在误差范围内)时，才采用该组数据。
通过上述循环流程计算得到套管内外物质阻抗。
实施例4
在上述方法的基础上，本发明实施例还提供了一种固井质量评价方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤61，采用实施例3中方法计算得到套管外物质阻抗值；
步骤62，判断所述套管外物质阻抗值如果大于第一阈值，确定固井质量合格，判断所述套管外物质阻抗值如果小于第二阈值，确定固井质量不合格，所述第二阈值≤第一阈值。
通过实施例3中方法，提高了套后物质阻抗反演的精准度，同时使得固井质量评价的准确度得到提高。
下面结合应用示例对本发明实施例方法作进一步说明。
本示例在井内泥浆环境下用测井资料求解套后阻抗。
在本示例中求解套后阻抗时，不再需要实施实施例1和实施例2，可以直接采用实施例3中的方法获取测量的测量数据，使用实施例1和实施例2中建立的函数，用计算机计算测量资料的套管内外阻抗。
本示例中的测量数据取自在实验室的实验数据。该实验模拟实际测量环境下，井内液体阻抗Zin变化时对应的测量响应。
实验过程：配置任意密度泥浆2种，注入实验井筒，传感器分别对准套后物质阻抗不同的区域，测量兰姆波和共振波。
表3井内Zin未知，测量共振效率b、兰姆波衰减Att
(声阻抗单位为MRayl；衰减单位为db/cm)
表3是测量结果，表3中第4行及第5行的测量数据即为实施例3中式11的Att和式12中的b。对于每个测量点，分别从共振波波形中读取的b值，以及从兰姆波的远近波列的幅度计算的衰减率Att。
以测量点的测量值b＝7、Att＝1.77dB/cm为例，即在该测量位置的共振效率＝7％，在相同位置的兰姆波衰减率＝1.77dB/cm。利用式(13)计算结果Zout＝5.87MRayl。
将表3中其他测量点的数据，用相同的计算方法求解。计算结果汇总到表4，同时用原来使用的共振波计算阻抗公式求Zout，实验中测量点套后物质阻抗是已知的，因此误差＝所计算的阻抗-真实值。
表4原有方法与本示例的计算结果比较
(声阻抗单位为MRayl；衰减单位为db/cm)
注：原公式为z＝1.5-0.394*H*log(b/B)
表4的实验测量是针对固井评价的疑难区域设计的，这个疑难区域是指套后物质阻抗在2.5～2.8MRayl之间。当Zout>2.8MRayl，表示套后物质是固体特征，固井质量合格，当Zout<2.5MRayl，表示套后物质是泥浆等流体特征，固井质量差。
由表4可见，采用已有技术求解套后阻抗，在真实阻抗较小的时候，误差较大，井内泥浆阻抗越大，求解的阻抗误差越大，固井评价时容易造成误判。而采用本发明实施例的技术联合求解的Zout的误差小，误判少。
实际测量试验结果显示采用本发明实施例方法提高了Zout的计算精度。表4可知，相比已有技术减小阻抗误差20％以上。
综上，本发明实施例针对套后声阻抗的计算，联合了衰减和共振效率的测量值，避免了在作业井中寻找自由套管标定的环节，且提高了计算套后阻抗的准确度。
实现前述各方法的装置可以是计算机设备，其可以是如图7所示的结构，包括处理器71、存储器72以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可实现实施例1或实施例2或实施例3或实施例4中部分或全部步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (10)
1.一种套管内外物质阻抗计算方法，其特征在于，包括：
设置兰姆波测量设备与共振波测量设备指向套管内同一位置，获得兰姆波衰减测量值与共振波共振效率测量值；
根据所述兰姆波衰减测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系，以及根据所述共振波共振效率测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与共振效率的第二函数关系，计算获得套管内外物质的阻抗值；
所述第一函数关系式为：
Att＝coef1*Zout+coef2*Zin+K
式中，Zout为套管外物质阻抗值，coef1与coef2为由套管厚度确定的常量，Zin为套管内物质阻抗值，Att为兰姆波衰减测量值，K为仪器常数；
所述第二函数关系式为：
Zout＝Zin参照-C*H*Ln(b/(P*Zin+Q)*B参照)
式中，Zout为套管外物质阻抗值，Zin参照为共振波测量时套管内为参照物质时的阻抗值，C、P、Q是常系数，H为套管壁厚度，b为共振波共振效率的测量值，Zin为套管内物质阻抗值，B参照为套管内外都是参照物质时的共振波共振效率测量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据所述兰姆波衰减测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系，以及根据所述共振波共振效率测量值和预先确定的套管内外物质阻抗与共振效率的第二函数关系，计算获得套管内外物质的阻抗值，包括：
根据所述第一函数关系中的套管内物质阻抗与所述第二函数关系中的套管内物质阻抗相同，结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：设置兰姆波测量设备与共振波测量设备扫描至少多个位置，获得多个兰姆波衰减测量值与多个共振波共振效率测量值；
所述结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗，包括：
对于每个位置，结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗，得到多个位置的套管内外物质阻抗后，用第i位置周边多个位置的套管内外物质阻抗计算得到第i位置处的套管内外物质阻抗；或者
结合第i位置周边多个位置的兰姆波衰减测量值、所述第i位置周边多个位置的共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得第i位置处的套管内外物质阻抗。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，
所述结合兰姆波衰减测量值、共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得套管内外物质阻抗，包括：
在预设套管内物质阻抗取值范围和预设套管外物质阻抗取值范围内遍历套管内外物质阻抗组合，使得通过套管内外物质阻抗组合和所述第一函数关系计算得到的兰姆波衰减值与所述兰姆波衰减测量值的差在第一预设差值范围内，同时使得通过所述套管内外物质阻抗组合和所述第二函数关系计算得到的共振波共振效率值与所述共振波共振效率测量值的差在第二预设差值范围内。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述结合第i位置周边多个位置的兰姆波衰减测量值、所述第i位置周边多个位置的共振波共振效率测量值、所述第一函数关系与所述第二函数关系反演计算获得第i位置处的套管内外物质阻抗，包括：
在预设套管内物质阻抗取值范围和预设套管外物质阻抗取值范围内遍历套管内外物质阻抗组合，采用下式计算2n+1个fm，取fm为最小值时的套管内物质阻抗和套管外物质阻抗作为第i位置处的套管内物质阻抗和套管外物质阻抗：
其中，m取值范围为[i-n,i+n]，n∈[0,2]，Zin取值范围为[0.1,3]，Zout取值范围为[0.1,10]，Attm表示第m位置处的兰姆波衰减测量值，F1()为所述第一函数关系，bm表示第m位置处的共振波共振效率测量值，F2()为第二函数关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
参照物质为水时，Zin参照＝1.5，C＝0.555，P＝0.3724，Q＝0.446。
7.一种套管内外物质阻抗与兰姆波衰减关系确定方法，其特征在于，包括：
采用测量设备测量套管在不同环境条件下的兰姆波测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；
根据所述兰姆波测量值反演得到套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系：Zoutl＝f1(Zinl,Att,H)，其中，Zoutl表示兰姆波测量时的套管外物质阻抗值，Zinl为兰姆波测量时的套管内物质阻抗值，Att为兰姆波衰减测量值，H为套管壁厚度；
所述反演得到的套管内外物质阻抗与兰姆波衰减的第一函数关系式为：
Att＝coef1*Zoutl+coef2*Zinl+K
式中，Zoutl为兰姆波测量时的套管外物质阻抗值，coef1与coef2为由套管厚度确定的常量，Zinl为兰姆波测量时的套管内物质阻抗值，Att为兰姆波衰减测量值，K为仪器常数。
8.一种套管内外物质阻抗与共振波共振效率关系确定方法，其特征在于，包括：
采用测量设备测量套管在不同环境条件下的共振波共振效率测量值，所述环境条件包括以下一种或多种：套管厚度、套管内物质、套管外物质；
根据所述共振波共振效率测量值反演得到套管内外物质阻抗与共振波共振效率的第二函数关系：Zoutg＝f2(Zing,b,H)，其中，Zoutg表示共振波测量时的套管外物质阻抗值，Zing为共振波测量时的套管内物质阻抗值，b为共振波的共振效率测量值，H为套管厚度；
第一函数关系式为：
Att＝coef1*Zout+coef2*Zin+K
式中，Zout为套管外物质阻抗值，coef1与coef2为由套管厚度确定的常量，Zin为套管内物质阻抗值，Att为兰姆波衰减测量值，K为仪器常数；
所述第二函数关系式为：
Zout＝Zin参照-C*H*Ln(b/(P*Zin+Q)*B参照)
式中，Zout为套管外物质阻抗值，Zin参照为共振波测量时套管内为参照物质时的阻抗值，C、P、Q是常系数，H为套管壁厚度，b为共振波共振效率的测量值，Zin为套管内物质阻抗值，B参照为套管内外都是参照物质时的共振波共振效率测量值。
9.一种固井质量评价方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述方法计算得到套管外物质阻抗值，判断所述套管外物质阻抗值如果大于第一阈值，确定固井质量合格，判断所述套管外物质阻抗值如果小于第二阈值，确定固井质量不合格，所述第二阈值≤第一阈值。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6、或7、或8、或9中任一项所述方法的步骤。
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