CN115992690A - 一种随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法，改善了测井仪器难以对大斜度井进行测井作业、测量精度低等技术问题。该装置包括钻铤短节，钻铤短节用于和钻铤同轴连接，或一体成型连接于钻铤底部；测井组件，数量至少有为一组、且分别设置于钻铤短节上，多组测井组件沿钻铤短节的圆周方向均匀排布；每组测井组件均包括：发射探头，嵌设于钻铤短节上；接收探头，数量为多个、且分别嵌设于钻铤短节上；多个接收探头沿钻铤短节的轴向方向排列，多个接收探头分别位于发射探头的上方、且与相应的发射探头位于同一条竖线上。本发明能够实现大斜度井的测井作业，又能提高测井仪器的测量精度和紧凑型，还能降低测井仪器的操作难度和维护成本。

Description

一种随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法
技术领域
本发明属于测井技术领域，具体涉及一种随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法。
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，需要利用测井装置探测水泥环与套管或地层界面的胶结质量。
目前，电缆式超声兰姆波成像测井仪广泛应用，其通过电缆将测井装置下方至井内，然后通过驱动电机驱动测井装置高速转动，与此同时，利用测井装置上的发射探头发射超声波信号，再利用接收探头接收超声波信号，利用A0模式兰姆波在水泥环中的衰减即可评价水泥胶结质量。
然而，越来越多的水平井或大斜度井需要固井质量评价检测，而传统的电缆式测井仪器进入大斜度井内时，测井仪器容易遇卡，很难在大斜度井内进行测井作业。同时，电缆式测井仪器需要额外配备驱动电机，结构复杂、体积增加、操作难度提升、维护成本也随之增加。
由此可知，相关技术中的测井装置存在难以对大斜度井进行测井操作、测量精度低、结构繁杂、操作难度高、维护成本高的缺点，因此，实现大斜度井的测井，提升测井仪器测量精度和紧凑型，降低测井仪器的操作难度和维护成本，对实现高效测井具有重要意义。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的在于提供一种随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法，能够实现大斜度井的测井作业，又能提高测井仪器的测量精度和紧凑型，还能降低测井仪器的操作难度和维护成本。
第一方面，本发明提供了一种随钻超声兰姆波成像测井装置，包括：
钻铤短节，呈筒状设置，所述钻铤短节用于和钻铤同轴连接，或一体成型连接于钻铤底部；
测井组件，数量至少为一组、且分别设置于所述钻铤短节上，多组所述测井组件沿所述钻铤短节的圆周方向均匀排布；
其中，每组所述测井组件均包括：
发射探头，嵌设于所述钻铤短节上；
接收探头，数量为多个、且分别嵌设于所述钻铤短节上；
其中，多个所述接收探头沿所述钻铤短节的轴向方向排列，多个所述接收探头分别位于所述发射探头的上方、且与相应的所述发射探头位于同一条竖线上。
可选地，所述发射探头呈斜向上设置、且与水平面的夹角不小于33°，每组所述测井组件上的相邻两个接收探头相互平行、且分别呈斜向下布置，并且所述接收探头与相应的所述发射探头相对于水平面之间的夹角相等。
可选地，每组所述测井组件上的相邻两个所述接收探头之间的间距为5-10cm。
可选地，每组所述测井组件中，所述发射探头与距离其最近的所述接收探头之间的间距为30-40cm。
可选地，所述钻铤短节的表面开设有多组隔声槽，且每组所述隔声槽的数量均为多个，多组所述隔声槽与多组所述测井组件一一对应，且所述隔声槽位于相应的所述接收探头与所述发射探头之间。
可选地，所述隔声槽至少设置成：宽度大于所述发射探头和所述接收探头的直径，深度大于所述发射探头发出的超声波在钻铤中传播的波长。
可选地，所述发射探头和接收探头的端部均设置有匹配层，所述匹配层的截面为三角形，且所述匹配层的表面呈圆弧形、并与所述钻铤短节的外表面契合。
可选地，所述钻铤短节的壁厚为D，所述发射探头和接收探头的嵌设深度为H，且满足H≤D/2。
第二方便，本发明还提供了一种测井方法，使用上述的测井装置，包括如下步骤：
S1，将钻铤短节安装在钻铤上，利用钻铤将测井装置带入井内；
S2，钻铤转动与前进的过程中，测井装置同步转动与前进，与此同时，通过发射探头激发超声波，再通过接收探头接收相应的超声波；
S3，通过提取兰姆波信号的衰减，获取水泥胶结质量信息，根据不同的周向测量分辨率的需求，调整信号的发射周期，以获取不同周向分辨率的衰减测量结果，从而完成测井。
可选地，在S3中，发射探头激发的超声波入射到套管上会激发A0模式兰姆波和S0模式兰姆波，S0模式兰姆波传播速度很快，而A0模式兰姆波传播速度较慢，发射探头激发的超声波直接在钻铤短节上会激发钻铤波信号，另外入射到套管还会产生镜面反射波，这个信号又入射到钻铤短节上，也会产生钻铤波，由于钻铤波和S0模式兰姆波传播速度相近，因此，接收探头接收到的首波为钻铤波和S0模式兰姆波的叠加结果，此时，提取A0模式兰姆波，得到兰姆波信号的衰减图像。
由上述技术方案可知，本发明提供的随钻超声兰姆波成像测井装置及测井方法，具有以下优点：
该装置可以与钻铤进行连接，使得钻铤能够带动测井装置进行运动，由于钻铤可以轻易的进入水平井或大斜度井，从而使得测井装置能够实现对大斜度井的测井操作，提高测井装置的使用适配性。同时，利用钻铤的旋转特点，随钻式的测井装置无需额外配备驱动电机，既能提高测井装置的设计紧凑性，又能降低测井装置的操作难度，还能降低测井装置的维护成本。不仅如此，利用多组测井组件进行测量，可以提高容错率，同时，各个测井组件之间的数据能够形成对比和补偿，既能提高测井精准度，又能提高测井时效。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的剖视图；
图3为本发明实施例1中发射探头的结构示意图；
图4为本发明实施例1中发射探头的剖视图；
图5为本发明实施例1的主视图，用于展示隔声槽为长条槽结构时的示意图；
图6为本发明实施例1的主视图，用于展示隔声槽为交叉网状结构时的示意图；
图7为本发明实施例1的主视图，用于展示隔声槽为同心圆环结构时的示意图；
图8为本发明实施例1的主视图，用于展示隔声槽为多个圆孔结构时的示意图；
图9为本发明实施例2中测井装置进入井内的状态示意图；
图10为本发明实施例2中测井装置在井中某个方位测量的信号波图；
图11为本发明实施例2中测井装置测量的水泥环衰减成像图。
附图标记说明：
1、钻铤短节；2、测井组件；21、发射探头；22、接收探头；3、匹配层；4、隔声槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示为本发明实施例1，该实施例中公开了一种随钻超声兰姆波成像测井装置，包括呈筒状的钻铤短节1，钻铤短节1可以和钻铤进行同轴固定连接，也可以是钻铤的一部分，也就是一体成型连接于钻铤底部。钻铤短节1上至少设置有一组测井组件2，若果测井组件2设置为多组时，那么多组测井组件2沿钻铤短节1的圆周方向均匀排布。
在一个实施例中，如图1、图2所示，每组测井组件2均包括一个发射探头21和多个接收探头22，发射探头21和接收探头22的中心频率均为200KHz，发射探头21和接收探头22分别嵌设于钻铤短节1的表面，在本实施例中，仅展示六个接收探头22的状态。同时，每组测井组件2上的多个接收探头22沿钻铤短节1的轴向方向均匀排列，多个接收探头22分别位于发射探头21的上方、并且与相应的发射探头21位于同一条竖线上。
本实施例中的随钻超声兰姆波成像测井装置，可以与钻铤进行连接，使得钻铤能够带动测井装置进行运动，由于钻铤可以轻易的进入水平井或大斜度井，从而使得测井装置能够实现对大斜度井的测井操作，提高测井装置的使用适配性。
在一个实施例中，如图1、图2所示，发射探头21呈斜向上设置，并且发射探头21与水平面的夹角不小于33°，可根据套管的尺寸进行调整。每组测井组件2上的相邻两个接收探头22相互平行、且分别呈斜向下布置，并且接收探头22与相应的发射探头21相对于水平面之间的夹角相等，也就是接收探头22与水平面之间的夹角不小于33°。上述的“夹角”指的是与水平面之间形成的锐角。
在一个实施例中，如图1、图2所示，每组测井组件2上的相邻两个接收探头22之间的间距为5-10cm，并且每组测井组件2中，发射探头21与距离其最近的接收探头22之间的间距为30-40cm，也就是发射探头21与位于最下方的接收探头22之间的间距为30-40cm，可根据实际情况进行调整。
在一个实施例中，如图2、图3所示，发射探头21和接收探头22的端部均设置有匹配层3，匹配层3的截面为三角形，同时，匹配层3的表面呈圆弧形、并与钻铤短节1的外表面契合，以保证发射探头21激发的超声波能够更多的进入流体里。
在一个实施例中，如图1、图2所示，钻铤短节1的壁厚为D，发射探头21和接收探头22的嵌设深度为H，且满足H≤D/2，以提高钻铤短节1的结构强度，从而提高钻铤短节1的抗弯折能力。
在一个实施例中，如图1、图2所示，钻铤短节1的表面开设有多组隔声槽4，且每组隔声槽4的数量均为多个，多组隔声槽4与多组测井组件2一一对应，且隔声槽4位于相应的接收探头22与发射探头21之间。
由于斜发射的超声波会在钻铤上激发钻铤波信号，另外辐射的超声波入射到套管内壁上，也会有反射信号入射到钻铤上，因此，发射探头21和接收探头22之间需要设计隔声槽4，从而减少钻铤波信号，进而提高测量精准度。
在一个实施例中，如图1、图5、图6、图7、图8所示，每组隔声槽4可以是沿钻铤短节1的圆周方向或者轴向方向设置的长条槽，相邻两个隔声槽4之间的间距可以相等，也可以存在差异，多个隔声槽4也可以是相互交叉并形成网状，还可以是多个共轴心的圆环槽，或者在钻铤短节1表面开圆孔或圆形槽，只要能够起到减少钻铤波信号的能力即可，在此不做过多列举。
在一个实施例中，如图1、图5、图6、图7、图8所示，隔声槽4至少设置成：隔声槽4的宽度大于发射探头21和接收探头22的直径，隔声槽4的深度大于发射探头21发出的超声波在钻铤中传播的波长，以提高对钻铤波信号的吸收能力。
由上述可知，采用该装置可以与钻铤进行连接，使得钻铤能够带动测井装置进行运动，由于钻铤可以轻易的进入水平井或大斜度井，从而使得测井装置能够实现对大斜度井的测井操作，提高测井装置的使用适配性。
同时，利用钻铤在工作过程中即可进行旋转特点，使得随钻式的测井装置无需额外配备驱动电机，既能提高测井装置的设计紧凑性，又能降低测井装置的操作难度，还能降低测井装置的维护成本。
不仅如此，利用多组测井组件2进行测量，可以提高容错率，同时，各个测井组件2之间的数据能够形成对比和补偿，既能提高测井精准度，又能提高测井时效。
实施例2
如图9、图10、图11所示为本发明实施例2，该实施例中公开了一种测井方法，使用实施例1中的测井装置，包括如下步骤；
S1，将钻铤短节1安装在钻铤上，当钻铤进入井内时，测井装置即可同步进入井内；
S2，当钻铤转动与前进的过程中，测井装置同步转动与前进，与此同时，通过发射探头21激发超声波，再通过接收探头22接收相应的超声波；
S3，通过提取兰姆波信号的衰减，获取水泥胶结质量信息，根据不同的周向测量分辨率的需求，调整信号的发射周期，以获取不同周向分辨率的衰减测量结果，从而完成测井。
在S3中，发射探头21激发的超声波入射到套管上会激发A0模式兰姆波和S0模式兰姆波，S0模式兰姆波传播速度很快，而A0模式兰姆波传播速度较慢，发射探头21激发的超声波直接在钻铤短节1上会激发钻铤波信号，另外入射到套管还会产生镜面反射波，这个信号又入射到钻铤短节1上，也会产生钻铤波。由于钻铤波和S0模式兰姆波传播速度相近，因此，接收探头22接收到的首波为钻铤波和S0模式兰姆波的叠加结果，此时，提取A0模式兰姆波，得到兰姆波信号的衰减图像。
具体举例如下：
选取图10中A0模式兰姆波，得出图11的兰姆波衰减成像。图11中左侧线条为衰减成像曲线，右侧线条为最大、最小及平均衰减曲线。
由图11可见，33-85m井段，A0模式的兰姆波平均衰减率为1.5dB/cm，因此判定此井段套管外介质为流体。85-135m井段，A0模式的兰姆波平均衰减率为1.7dB/cm左右，因此判定套管外介质为泥浆。135-245m井段，A0模式的兰姆波平均衰减率为2.0dB/cm左右，因此判定套管外介质为水泥，利用此段数据即可评价水泥胶结质量，进而评价固井质量。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种随钻超声兰姆波成像测井装置，其特征在于，包括：
钻铤短节(1)，呈筒状设置，所述钻铤短节(1)用于和钻铤同轴连接，或一体成型连接于钻铤底部；
测井组件(2)，数量至少为一组、且分别设置于所述钻铤短节(1)上，多组所述测井组件(2)沿所述钻铤短节(1)的圆周方向均匀排布；
其中，每组所述测井组件(2)均包括：
发射探头(21)，嵌设于所述钻铤短节(1)上；
接收探头(22)，数量为多个、且分别嵌设于所述钻铤短节(1)上；
其中，多个所述接收探头(22)沿所述钻铤短节(1)的轴向方向排列，多个所述接收探头(22)分别位于所述发射探头(21)的上方、且与相应的所述发射探头(21)位于同一条竖线上；
所述钻铤短节(1)的表面开设有多组隔声槽(4)，且每组所述隔声槽(4)的数量均为多个，多组所述隔声槽(4)与多组所述测井组件(2)一一对应，且所述隔声槽(4)位于相应的所述接收探头(22)与所述发射探头(21)之间；
所述隔声槽(4)设置成：宽度大于所述发射探头(21)和所述接收探头(22)的直径，深度大于所述发射探头(21)发出的超声波在钻铤中传播的波长；
所述钻铤短节(1)的壁厚为D，所述发射探头(21)和接收探头(22)的嵌设深度为H，且满足H≤D/2。
2.根据权利要求1所述的测井装置，其特征在于，所述发射探头(21)呈斜向上设置、且与水平面的夹角不小于33°，每组所述测井组件(2)上的相邻两个接收探头(22)相互平行、且分别呈斜向下布置，并且所述接收探头(22)与相应的所述发射探头(21)相对于水平面之间的夹角相等。
3.根据权利要求1所述的测井装置，其特征在于，每组所述测井组件(2)上的相邻两个所述接收探头(22)之间的间距为5-10cm。
4.根据权利要求1所述的测井装置，其特征在于，每组所述测井组件(2)中，所述发射探头(21)与距离其最近的所述接收探头(22)之间的间距为30-40cm。
5.根据权利要求1所述的测井装置，其特征在于，所述发射探头(21)和接收探头(22)的端部均设置有匹配层(3)，所述匹配层(3)的截面为三角形，且所述匹配层(3)的表面呈圆弧形、并与所述钻铤短节(1)的外表面契合。
6.一种测井方法，使用如根据权利要求1-5任一项所述的测井装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将钻铤短节(1)安装在钻铤上，利用钻铤将测井装置带入井内；
S2，钻铤转动与前进的过程中，测井装置同步转动与前进，与此同时，通过发射探头(21)激发超声波，再通过接收探头(22)接收相应的超声波；
S3，通过提取兰姆波信号的衰减，获取水泥胶结质量信息，根据不同的周向测量分辨率的需求，调整信号的发射周期，以获取不同周向分辨率的衰减测量结果，从而完成测井；
在S3中，发射探头(21)激发的超声波入射到套管上会激发A0模式兰姆波和S0模式兰姆波，S0模式兰姆波传播速度很快，而A0模式兰姆波传播速度较慢，发射探头(21)激发的超声波直接在钻铤短节(1)上会激发钻铤波信号，另外入射到套管还会产生镜面反射波，这个信号又入射到钻铤短节(1)上，也会产生钻铤波，由于钻铤波和S0模式兰姆波传播速度相近，因此，接收探头(22)接收到的首波为钻铤波和S0模式兰姆波的叠加结果，此时，提取A0模式兰姆波，得到兰姆波信号的衰减图像。
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