CN112065365B - 一种随钻固井质量测井装置和固井质量评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种随钻固井质量测井装置和固井质量评价方法，测井装置包括钻铤基体和电路骨架，电路骨架设置在钻铤基体内部，钻铤基体和电路骨架内设置有贯通的水眼通道，钻铤基体外壁面上设置有接收换能器和外置换能器，电路骨架上设置有内置换能器，内置换能器抵住钻铤基体内壁面，外置换能器和内置换能器在轴向上位置相同，外置换能器和内置换能器的激励信号相位相反，主频、带宽相同，电路骨架上设置有与内置换能器、外置换能器连接的发射电路，与接收换能器连接的接收电路，以及控制电路。固井质量评价方法包括如下步骤：内置换能器与外置换能器共同发射声波；接收换能器接收声波信号；根据首波信号幅度评价固井质量。

Description

一种随钻固井质量测井装置和固井质量评价方法

技术领域

本申请涉及但不限于测井仪器领域，特别是一种随钻固井质量测井装置和固井质量评价方法。

背景技术

在几十年前，人们就提出了基于电缆仪器的CBL/VDL固井质量评价技术，该技术利用一个频率约为20kHz的单极发射换能器，发射出声波后，一部分声波在套管中以滑行波的方式沿套管传播，形成套管波，另一部分会产生折射传到水泥环中传播，还有一部分穿过水泥环传入地层，分别形成水泥环波、地层波，最终信号被接收换能器接收。发射换能器和接收换能器之间采用柔性的隔声装置，消除仪器波的影响。

但是该技术无法应用于随钻固井质量评价，由于钻铤基体会产生钻铤波，钻铤波对套管波的接收与测量存在影响。

发明内容

本申请实施例提供了一种随钻固井质量测井装置和固井质量评价方法，可消除或减小钻铤波对测井数据的影响。

本申请实施例提供了一种随钻固井质量测井装置，随钻固井质量测井装置包括钻铤基体和电路骨架，所述电路骨架设置在所述钻铤基体内部，所述钻铤基体和所述电路骨架内设置有贯通的水眼通道，

所述钻铤基体外壁面上设置有接收换能器和外置换能器，所述电路骨架上设置有内置换能器，所述内置换能器抵住所述钻铤基体内壁面，所述外置换能器和所述内置换能器在轴向上位置相同，

所述外置换能器和所述内置换能器的激励信号相位相反，主频、带宽相同，

所述电路骨架上设置有与所述内置换能器、所述外置换能器连接的发射电路，与所述接收换能器连接的接收电路，以及控制电路。

本申请实施例还提供了一种固井质量评价方法，采用前述的随钻固井质量测井装置，包括如下步骤：

内置换能器与外置换能器共同发射声波；

接收换能器接收声波信号；

根据首波信号幅度评价固井质量。

相比于一些技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的随钻固井质量测井装置，可消除或大幅减小钻铤波对测井数据的影响，提高测井数据的准确性，同时可简化对测井数据的处理，无需进行过于复杂的数据处理工作，大大简化了固井质量评价结果的准确性。

本申请实施例提供的固井质量评价方法，可简单快捷地实现对固井质量的测井评价，提高了测井评价结果的准确性，便于发现固井中存在的问题，避免发生更大的事故。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，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1为本申请实施例所述的随钻固井质量测井装置的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的固井质量评价方法的流程示意图；

图3为本申请实施例所述的钻铤波对比的示意图。

图示说明：

1-钻铤基体，11-水眼，2-电路骨架，31-外置换能器，32-内置换能器，33-接收换能器，41-发射电路，42-接收电路，43-控制电路，5-保护罩，6-密封结构。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

唐晓明等人提出了一种无需隔声体的双源反激随钻声波评价方法和装置，该技术利用了两个远近发射换能器，利用延迟激励反向信号，使钻铤波相互叠加抵消抑制钻铤波的传播。但是该技术需要在不同的环境中需要精确刻度延迟时间和反向激励幅度，对实际应用有一定的影响。国外斯伦贝谢公司利用随钻声波测井仪器进行随钻环境中的固井质量评价，但是这种仪器的隔声体为内刻槽结构，无法完全消除钻铤波对套管波的影响，导致首波的幅度与水泥缺失角度不呈线性关系，需要复杂的声波数据处理方法，才可以评价水泥胶结质量，这种仪器是专门为地层声速评价设计的，并不能很好地来评价固井质量。

本申请实施例提供了一种随钻固井质量测井装置，如图1所示，测井装置包括钻铤基体1和电路骨架2，电路骨架2设置在钻铤基体1内部，钻铤基体1和电路骨架2内设置有贯通的水眼11通道，钻铤基体1外壁面上设置有接收换能器33和外置换能器31，电路骨架2上设置有内置换能器32，内置换能器32抵住钻铤基体1内壁面，外置换能器31和内置换能器32在轴向上位置相同，外置换能器31和内置换能器32的激励信号相位相反，主频、带宽相同，电路骨架2上设置有与内置换能器32、外置换能器31连接的发射电路41，与接收换能器33连接的接收电路42，以及控制电路43，图1中所示的发射电路41、接收电路42和控制电路43，指示的是各电路实际安装的位置。

对于外置换能器31在发射声波过程中产生的干扰钻铤波，在电路骨架2上设置内置换能器32，使内置换能器32产生的钻铤波与外置换能器31产生的干扰钻铤波抵消，避免或大幅减小外置换能器31所产生的干扰钻铤波对测井数据的影响。在实际设置中，外置换能器31和内置换能器32的激励信号相位相反，发射信号的主频和带宽一致，两个换能器激励信号的幅度可以设置为不同，同时保证外置换能器31与内置换能器32与接收换能器33之间的轴向距离相同(即源距相同)。

内置换能器32装置安装在电路骨架2上，内置换能器32包括压电晶体，采用环氧树脂或橡胶材料封装。内置换能器32安装在电路骨架2的凹槽内，内置换能器32的外径与电路骨架2外径一致(即内置换能器32不会凸出于电路骨架2的外表面)，电路骨架2与钻铤基体1装配完毕后，内置换能器32抵住钻铤基体1内壁面并紧密贴合。内置换能器32的高度可以设置为比外置换能器31大，压电晶体的厚度也比外置换能器31小，使内置换能器32的谐振频率与外置换能器31相同或接近。内置换能器32和外置换能器31均采用径向极化的方式，且极化方向相同。

在实际操作中，外置换能器31的信号幅度A已知，内置换能器32所要设置的信号幅度B由A求得，具体计算方法如下：

先将测井装置利用支架放置在空气中；激励信号的幅度A及主频不变，对测井装置设置只有外置换能器31发射或者只有内置换能器32发射工作，分别记录两次测量接收换能器33上的接收波形；提取两次测量的钻铤波信号的最大幅度A1(激励信号的幅度为A，对应外置换能器31)，A2(激励信号的幅度为A，对应内置换能器32)；实际测井装置工作时，内置换能器32所要设置的激发幅度B＝A*A1/A2，以使外置换能器31的最大幅度A1与内置换能器32的最大幅度A2(激励信号的幅度为B，对应内置换能器32)相等，进而使得实际工作中，内置换能器32与外置换能器31产生的钻铤波进行抵消。

在一示例性实施例中，如图1所示，接收换能器33的数量为两个，两个接收换能器33之间的轴向距离为2英尺。

两个一定源距的接收换能器33进行信号采集，环状的接收换能器33安装在钻铤外壁面的凹槽内，接收换能器33的外侧还覆盖有保护罩5，保护罩5可以是金属材质，接收换能器33包括压电晶体，采用橡胶环氧等材料封装，起到密封绝缘、抗震的作用。保护罩5的厚度可以设置为1-2mm。

在实际操作中，可提取近源距的接收探头首波的信号幅度来计算CBL(声波幅度测井)曲线，CBL曲线来判断水泥固井质量的好坏，记录远源距接收探头的波形为VDL(声波变密度测井)曲线，评价水泥胶结质量。

在一示例性实施例中，两个接收换能器33之间的轴向距离为2英尺。靠近外置换能器31的接收换能器33，与外置换能器31之间的轴向距离为3英尺。

此处的所说的距离，是从接收换能器33、内置换能器32和外置换能器31的中心位置处进行计算。

在一示例性实施例中，如图1所示，外置换能器31的外侧面与保护罩5之间设置有间隙。

设置间隙可使金属保护罩5对换能器径向振动产生的形变无影响。间隙值可根据实际需要确定，例如：0.5mm。

在一示例性实施例中，如图1所示，电路骨架2的上下两端与钻铤基体1的内侧面之间均设置有密封结构6，密封结构6包括两个沿轴向设置的O型密封圈。

电路骨架2的上下均设置有密封结构6进行密封，防止水眼11中的泥浆进入电路骨架2，损坏内部电路系统。密封结构6可以包括两个上下设置的O型密封圈。

本申请实施例提供的固定质量测井装置，是一种在钻铤内外同时发射声波的测量装置。传统的随钻声波测井工具，声波发射换能器放置在钻铤外部；而本申请实施例在钻铤内外安装了2个相位相反的发射换能器(即内置换能器32和外置换能器31)，两个换能器同时发射声波，由于声波信号的相位相反，在钻铤上产生的声波会相互抵消，大大抑制了钻铤波的传播。利用这种换能器的特殊安装和激励方式，随钻环境下测量的套管波不受钻铤波的影响。

本申请实施例提供的固定质量测井装置，内置换能器32与相同位置的外置换能器31同时工作，激励脉冲信号的相位相反，通过内置换能器32和外置换能器31的激励信号幅度，压制钻铤波，从而可以测量到不受钻铤波干扰的套管波信号。具有以下优点：内置换能器32和外置换能器31距离接收换能器33的距离相同，因此不需要延迟激励；内壁换能器可以安装在发射电路41骨架2上，易于安装维护。一些技术中基于双源反激的随钻声波评价方法也可以压制钻铤波，但是该方法需要调整安装在钻铤外壁的两个发射换能器激励信号的延迟时间，对于电路控制的要求较高。

本申请实施例还提供了一种固井质量评价方法，如图2所示，评价方法采用前述的随钻固井质量测井装置，包括如下步骤：内置换能器32与外置换能器共同发射声波；接收换能器33接收声波信号；根据首波信号幅度评价固井质量。

图3为数值模拟的3种激励方式的理论波形对比，对比了换能器放置在钻铤外壁，换能器放置在钻铤内部，换能器内外壁均放置的接收信号。由图可见，0.7ms为钻铤波的首波到时，外置换能器31的接收信号首波为负向，内置换能器32的接收信号首波为正向；钻铤内外壁均设置换能器，接收信号的首波接近为零。因此采用钻铤内外壁同时激励的方法，钻铤波的首波信号被大大抑制。

在本申请中的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，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技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术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技术方案。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。

Claims (10)

1.一种随钻固井质量测井装置，其特征在于，包括钻铤基体和电路骨架，所述电路骨架设置在所述钻铤基体内部，所述钻铤基体和所述电路骨架内设置有贯通的水眼通道，

所述钻铤基体外壁面上设置有接收换能器和外置换能器，所述电路骨架上设置有内置换能器，所述内置换能器抵住所述钻铤基体内壁面，所述外置换能器和所述内置换能器在轴向上位置相同，

所述外置换能器和所述内置换能器的激励信号相位相反，主频、带宽相同，

所述电路骨架上设置有与所述内置换能器、所述外置换能器连接的发射电路，与所述接收换能器连接的接收电路，以及控制电路。

2.根据权利要求1所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述接收换能器的数量为两个。

3.根据权利要求2所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，两个所述接收换能器之间的轴向距离为2英尺。

4.根据权利要求3所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，靠近所述外置换能器的接收换能器，与所述外置换能器之间的轴向距离为3英尺。

5.根据权利要求1至4中任一所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述接收换能器和所述外置换能器的外侧还覆盖有保护罩。

6.根据权利要求5所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述外置换能器的外侧面与所述保护罩之间设置有间隙。

7.根据权利要求6所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述间隙为0.5mm。

8.根据权利要求1至4中任一所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述电路骨架的上下两端与所述钻铤基体的内侧面之间均设置有密封结构。

9.根据权利要求8所述的随钻固井质量测井装置，其特征在于，所述密封结构包括两个沿轴向设置的O型密封圈。

10.一种固井质量评价方法，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一所述的随钻固井质量测井装置，包括如下步骤：

内置换能器与外置换能器共同发射声波；

接收换能器接收声波信号；

根据首波信号幅度评价固井质量。

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