CN115992691A - 基于超声兰姆波的固井质量检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法及装置。方法包括：获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；将衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。采用本方案有利于提升固井质量检测精度；并且无需联合声阻抗信息即可单独实现固井质量评价，简化固井质量检测过程，提升固井质量检测效率。

Description

基于超声兰姆波的固井质量检测方法及装置

技术领域

本发明涉及勘探技术领域，具体涉及一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法、装置、计算设备及计算机存储介质。

背景技术

固井是通过相应的手段将油、气、水层及复杂层位有效地封固起来，以利于进一步地钻进、开采和相关后续作业的实施。固井质量的检测是油气田勘探和开发中的重要一环。

目前常用的固井质量检测方法包括：基于CBL(声波幅度测井)和/或VDL(声波变密度测井)的固井质量检测方法，然而该类固井质量检测方法无法准确判断低密度水泥胶结情况，从而固井质量检测精度低；而采用声阻抗测量和A0弯曲型兰姆波衰减测量相结合的固井质量检测方法，其实施过程较为复杂，检测效率低。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于超声兰姆波的固井质量检测方法、装置、计算设备及计算机存储介质。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法，包括：

获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值；

计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同；

根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；

将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

在一种可选的实施方式中，所述根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率进一步包括：

计算第二距离与第一距离的距离差，以及计算第二波能量与第一波能量的比值；

根据所述距离差以及所述比值，计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

在一种可选的实施方式中，所述计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量进一步包括：采用希尔伯特变换对第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第一时间窗口内的包络积分，将第一时间窗口内的包络积分作为第一波能量；

和/或，所述计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量进一步包括：采用希尔伯特变换对第二时间窗口内的第二超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第二时间窗口内的包络积分，将第二时间窗口内的包络积分作为第二波能量。

在一种可选的实施方式中，所述第一时间窗口的起始点通过如下方式确定：确定所述第一超声兰姆波信号的首个波峰，将第一超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第一目标幅值，将第一超声兰姆波信号中对应于第一目标幅值的时间点作为第一时间窗口的起始点；

和/或，所述第二时间窗口的起始点通过如下方式确定：确定所述第二超声兰姆波信号的首个波峰，将第二超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第二目标幅值，将第二超声兰姆波信号中对应于第二目标幅值的时间点作为第二时间窗口的起始点。

在一种可选的实施方式中，所述将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性进一步包括：

若所述衰减率大于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为固体；若所述衰减率小于或等于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为流体。

在一种可选的实施方式中，所述将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性进一步包括：

若所述衰减率大于第一衰减率阈值且小于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为慢速水泥；

若所述衰减率大于或等于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为快速水泥。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型；

计算在第一测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、计算在第二测井模型下零阶对称型兰姆波的第二衰减率、计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第三衰减率、以及计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第四衰减率；

根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定所述第一衰减率阈值和/或所述第二衰减率阈值。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于超声兰姆波的固井质量检测装置，包括：

获取模块，用于获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值；

计算模块，用于计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同；以及根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；

确定模块，用于将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：计算第二距离与第一距离的距离差，以及计算第二波能量与第一波能量的比值；根据所述距离差以及所述比值，计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：采用希尔伯特变换对第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第一时间窗口内的包络积分，将第一时间窗口内的包络积分作为第一波能量；

和/或，采用希尔伯特变换对第二时间窗口内的第二超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第二时间窗口内的包络积分，将第二时间窗口内的包络积分作为第二波能量。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：确定所述第一超声兰姆波信号的首个波峰，将第一超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第一目标幅值，将第一超声兰姆波信号中对应于第一目标幅值的时间点作为第一时间窗口的起始点；

和/或，确定所述第二超声兰姆波信号的首个波峰，将第二超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第二目标幅值，将第二超声兰姆波信号中对应于第二目标幅值的时间点作为第二时间窗口的起始点。

在一种可选的实施方式中，确定模块用于：若所述衰减率大于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为固体；若所述衰减率小于或等于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为流体。

在一种可选的实施方式中，确定模块用于：若所述衰减率大于第一衰减率阈值且小于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为慢速水泥；

若所述衰减率大于或等于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为快速水泥。

在一种可选的实施方式中，该装置还包括：模拟模块，用于采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型；

计算在第一测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、计算在第二测井模型下零阶对称型兰姆波的第二衰减率、计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第三衰减率、以及计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第四衰减率；

根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定所述第一衰减率阈值和/或所述第二衰减率阈值。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述基于超声兰姆波的固井质量检测方法对应的操作。

根据本发明的再一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行上述基于超声兰姆波的固井质量检测方法对应的操作。

本发明公开的基于超声兰姆波的固井质量检测方法及装置中：获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；将衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。采用本方案有利于提升固井质量检测精度；并且无需联合声阻抗信息即可单独实现固井质量评价，简化固井质量检测过程，提升固井质量检测效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种发射器及接收器的位置示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种不同超声兰姆波的振动模态示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种超声兰姆波信号示意图；

图5示出了本发明实施例提供的又一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法的流程示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种不同测井模型的超声兰姆波信号示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种基于超声兰姆波的固井质量检测装置的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法的流程示意图。本实施例中的流程图不用于对执行步骤的顺序进行限定。根据需要，还可以对该流程图中的部分步骤进行添加或删减。

如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S110，获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值。

本发明利用超声兰姆(Lamb)波进行固井质量检测，超声兰姆波为一种超声导波，其是介质厚度和波长在同一数量级的一种表面波。在测井过程中，具体是由超声发射器发射超声信号，超声信号以一定角度斜入射至套管，并由多个接收器来接收相应的超声兰姆波。

在一种可选的实施方式中，本发明实施例为了保障固井质量检测精度，发射器以及接收器的设置方式如图2所示。图2中L1、L2、L3、以及L4分别对应于地层、水泥环、套管、以及井孔。井孔L4中沿着测井轴向的一端设置有发射器R，另一端在不同井深处分别设置有第一接收器R1以及第二接收器R2。其中，发射器R用于发射超声波，第一接收器R1以及第二接收器R2用于接收超声波。第一接收器与发射器之间的距离为第一距离，第二接收器与发射器之间的距离为第二距离，第一距离小于第二距离，即第一接收器距离发射器较近，而第二接收器距离发射器较远。第一接收器与第二接收器平行，并且第一接收器与发射器呈镜像对称，相应地，第二接收器与发射器呈镜像对称。如图2中，第一接收器发出的超声波以入射角α斜入射至套管L3，而第一接收器R1以及第二接收器R2的反射角α与入射角α相等。

进一步地，在充液套管井中，发射器以一定角度激发超声信号时，会激发两种不同模式的超声兰姆波信号，该两种不同模式的超声兰姆波信号包括零阶反对称型兰姆波信号以及零阶对称型兰姆波信号。其中，零阶反对称型兰姆波信号简称A0，其也可以称为弯曲兰姆波，如图3所示，零阶反对称型兰姆波的振动特点为中心质点作横向振动，上下表面质点作椭圆运动、相位相同。零阶对称型兰姆波信号简称S0，如图3所示，零阶对称型兰姆波的振动特点为薄板中心质点作纵向振动，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反并对称于中心。

接收器接收到的超声兰姆波信号包含了零阶反对称型兰姆波信号以及零阶对称型兰姆波信号，由于零阶对称型兰姆波的质点振动方向垂直于井轴方向，在套管外为流体介质时，会有较少的能量泄露到水泥环中，在套管外为固体介质时，由于固体的剪切特性，则会在套管和水泥环界面存在剪切耦合，从而会有较多的能量辐射到水泥环中。鉴于此，本发明实施例后续以零阶对称型兰姆波为基础来进行套管外介质的判断。由于在发射器的入射角度超出预设角度阈值时，会激发出高幅度的非对称型兰姆波，从而影响对对称型兰姆波的分析。如图4所示，图4是发射器的入射角大于33度，发射器中心频率在250kHz时第一接收器R1和第二接收器R2接收到的超声兰姆波信号，由于零阶对称型兰姆波传播速度最快，由此第一接收器R1和第二接收器R2最先接收到的波为零阶对称型兰姆波，后续接收到零阶非对称性型兰姆波以及其他高阶的兰姆波。从图4中可以看出，最先接收到的零阶对称型兰姆波的波幅较小，由此本发明实施例中发射器的入射角度小于预设角度阈值，以激发出高幅度的对称型兰姆波，提升固井检测精度。例如，该入射角度可以为15度。

在一种可选的实施方式中，发射器激发出的超声兰姆波除了与入射角相关外，还和发射器探头的激发频率及套管厚度相关。由此，本发明实施例中，可以预先获取待进行固井质量检测的测井的套管厚度，并通过模型模拟的方式模拟出在该套管厚度下不同激发频率以及不同入射角度所得到的超声兰姆波信号，并记录超声兰姆波信号中零阶对称型兰姆波波幅最大时的激发频率以及入射角度，从而后续以该激发频率以及入射角度对该测井进行固井质量检测。例如，本发明实施例中的激发频率可以为200kHz。

在发射器发射后，第一接收器以及第二接收器接收相应的超声兰姆波信号，则本步骤获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号。其中，第一接收器接收到的超声兰姆波信号为第一超声兰姆波信号，第二接收器接收到的超声兰姆波信号为第二超声兰姆波信号。

步骤S120，计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同。

由于零阶对称型兰姆波在传播过程中会随着传播距离的增加而不断衰减，而套管外介质属性不同，对零阶对称型兰姆波的衰减产生的影响不同。由此本发明实施例在获得第一超声兰姆波信号以及第二超声兰姆波信号后，通过步骤S120及步骤S130的实施来计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

具体地，步骤S110获得的第一超声兰姆波信号以及第二超声兰姆波信号中往往叠加了零阶对称型兰姆波以及零阶非对称型兰姆波，为了准确地获得零阶对称型兰姆波的衰减率，本步骤预先确定出第一时间窗口以及第二时间窗口。其中，在第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号中仅包含零阶对称型兰姆波，在第二时间窗口内的第二超声兰姆波信号中仅包含零阶对称型兰姆波，并且，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同。

在一种可选的实施方式中，可以通过如下方式来确定第一时间窗口的起始点以及第二时间窗口的起始点：确定第一超声兰姆波信号的首个波峰，将第一超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第一目标幅值，将第一超声兰姆波信号中对应于第一目标幅值的时间点作为第一时间窗口的起始点；和/或，确定第二超声兰姆波信号的首个波峰，将第二超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第二目标幅值，将第二超声兰姆波信号中对应于第二目标幅值的时间点作为第二时间窗口的起始点。具体地，由于零阶对称型兰姆波的传播速度高于零阶非对称型兰姆波的传播速度，由此第一超声兰姆波信号以及第二超声兰姆波信号中的首波对应于零阶对称型兰姆波，为便于后续的数据处理，本实施方式中将超声兰姆波信号中首个波峰幅值的预设比例作为零阶对称型兰姆波的起跳点，即将该起跳点对应的时间作为时间窗口的起始点。

在又一种可选的实施方式中，可以通过如下方式来确定第一时间窗口的起始点以及第二时间窗口的窗口长度：方式一：采用固定窗口长度，如25μs等，从而简化本方法实施过程，提升整体的执行效率；方式二：计算第一超声兰姆波信号中首个波峰对应时间点与第一时间窗口的起始点之间的时长，将该时长的预设倍数(如两倍)作为窗口长度，和/或，计算第二超声兰姆波信号中首个波峰对应时间点与第二时间窗口的起始点之间的时长，将该时长的预设倍数(如两倍)作为窗口长度。

在确定出第一时间窗口后，计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的波能量称为第一波能量。在具体计算过程中，采用希尔伯特变换(Hilbert transform)对第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第一时间窗口内的包络积分，将第一时间窗口内的包络积分作为第一波能量。

具体可以通过如下公式1获得包络积分：

其中，若波形序列为x(t)，则通过希尔伯特变换后得到y(t)，y(t)＝Hilbert(x(t))，公式1中的T1及T2分别为时间窗口的起始点及终止点，S为在[T1,T2]时间窗口内的包络积分，也是在该时间窗口内的波能量。

将公式1应用于第一波能量计算过程中，则公式1中的S为第一波能量，T1及T2分别为第一时间窗口的起始点及终止点，y(t)为第一超声兰姆波进行希尔伯特变换后的包络序列。

在确定出第二时间窗口后，计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量，第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的波能量称为第二波能量。在具体计算过程中，采用希尔伯特变换对二时间窗口内的第二超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第二时间窗口内的包络积分，将第二时间窗口内的包络积分作为第二波能量。将公式1应用于第二波能量计算过程中，则公式1中的S为第二波能量，T1及T2分别为第二时间窗口的起始点及终止点，y(t)为第二超声兰姆波进行希尔伯特变换后的包络序列。

步骤S130，根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

具体地，计算第二距离与第一距离的距离差，以及计算第二波能量与第一波能量的比值；根据该距离差以及该比值，计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

具体通过如下公式2计算衰减率：

Attn＝20log(S2/S1)/ ΔR           (公式2)

公式2中，Attn为零阶对称型兰姆波的衰减率，S1为第一波能量，S2为第二波能量，ΔR为第二距离与第一距离的距离差，该距离差为第一接收器与第二接收器之间的距离。

步骤S140，将衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

具体地，若衰减率大于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为固体；若衰减率小于或等于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为流体。进一步地，若衰减率大于第一衰减率阈值且小于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为慢速水泥；若衰减率大于或等于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为快速水泥。

由此可见，本发明实施例根据预设时间窗口内零阶对称型兰姆波的衰减率来确定套管外介质属性，由于套管外不同介质所对应的零阶对称型兰姆波的衰减率存在明显区别，由此采用本方案有利于提升固井质量检测精度；并且无需联合声阻抗信息即可单独实现固井质量评价，简化固井质量检测(或固井质量评价)过程，提升固井质量检测效率。

图5示出了本发明实施例提供的又一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法的流程示意图。本实施例中的流程图不用于对执行步骤的顺序进行限定。根据需要，还可以对该流程图中的部分步骤进行添加或删减。

如图5所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S510，采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型。

采用现有的测井数值模拟软件分别构造第一测井模型、第二测井模型、第三测井模型、以及第四测井模型。其中，第一测井模型、第二测井模型、第三测井模型、以及第四测井模型的套管外介质不同，第一测井模型的套管外介质为水(即自由套管)、第二测井模型的套管外介质为重泥浆、第三测井模型的套管外介质为慢速水泥、第四测井模型的套管外介质为快速水泥。第一测井模型、第二测井模型、第三测井模型、以及第四测井模型除了套管外介质不同之外，其他参数均相同。其中，其他参数包括但不限于：结构框架(如采用图2所示的结构框架)，发射器参数(如发射器的设置位置、激发功率、入射角等等)、第一接收器以及第二接收器的参数(如接收器的设置位置、接收角度等等)。

例如，发射器采用中心为200kHz的高斯脉冲信号，入射角为15度，发射器距离第一接收器的距离为30cm，第一接收器与第二接收器之间的距离为7cm等等。模拟过程中的参数根据实际测井中进行固井质量检测的参数确定，例如，后续实际测井中入射角为15度，则模拟过程中入射角也为15度。在一个例子中，套管外不同介质以及地层的相关参数可以如表1所示：

表1

材料	<![CDATA[密度(kg/m<sup>3</sup>)]]>	纵波速度(m/s)	横波速度(m/s)	厚度(mm)
					水	1000	1500	—	25
套管	7800	5930	3250	8
					重泥浆	2052	1340	—	25
慢速水泥	1330	2250	1300	25
					快速水泥	1858	3100	1700	25
地层	2500	4500	2500	40

步骤S520，计算在第一测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、计算在第二测井模型下零阶对称型兰姆波的第二衰减率、计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第三衰减率、以及计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第四衰减率。

获取测井数值模拟软件输出的第一测井模型、第二测井模型、第三测井模型、以及第四测井模型的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号。即针对于任一测井模型，测井数值模拟软件输出在该测井模型下第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号。如图6所示，A、B、C、D分别对应于第一测井模型、第二测井模型、第三测井模型、以及第四测井模型，R1对应于第一接收器，R2对应于第二接收器，R1对应的信号为第一超声兰姆波信号，R2对应的信号为第二超声兰姆波信号，图中实线曲线表示数值模拟软件输出的接收器接收到的超声兰姆波信号，虚线曲线为超声兰姆波信号的包络。

进一步计算在任一测井模型下，该测井模型的第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量，继而根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率。其中，每个测井模型下零阶对称型兰姆波的衰减率的计算过程可参照图1实施例中的相关描述，在此不作赘述。

步骤S530，根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定第一衰减率阈值和/或第二衰减率阈值。

具体地，可以确定第一衰减率以及第二衰减率的最大值，第三衰减率与第四衰减率的最小值，将该最大值与最小值的平均值作为第一衰减率阈值。例如，若第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率分别为：0.212、0.23、0.2995、0.438，则第一衰减率以及第二衰减率的最大值为0.23，第三衰减率与第四衰减率的最小值为0.2995，则第一衰减率阈值为(0.23+0.2995)/2。又由于第一衰减率以及第二衰减率对应的介质为流体，第三衰减率以及第四衰减率对应的介质为固体，由此可以利用该第一衰减率阈值作为流体及固体的分割阈值。

进一步地，可以将第三衰减率以及第四衰减率的平均值作为第二衰减率阈值，例如，若第三衰减率以及第四衰减率分别为：0.2995、0.438，则第二衰减率阈值为(0.438+0.2995)/2。可以利用该第二衰减率阈值作为慢速水泥和快速水泥的分割阈值。

步骤S640，利用第一衰减率阈值和/或第二衰减率阈值确定实际的套管外介质属性。

由于不同的套管外介质属性所对应的零阶对称型兰姆波的衰减率有明显区别，而重泥浆与慢速水泥(低密度水泥)的声阻抗较为接近，由此，通过本发明实施例的实施方法相较于利用声阻抗来确定套管外介质属性，具有更高的精度。

由此可见，本发明实施例预先采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型，继而获得不同测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率，进而根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定第一衰减率阈值和/或第二衰减率阈值，从而相较于人工设置阈值，本发明实施例具有更高的检测精度。

图7示出了本发明实施例提供的一种基于超声兰姆波的固井质量检测装置的结构示意图。如图7所示，该装置700包括：获取模块710、计算模块720以及确定模块730。

获取模块710，用于获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值；

计算模块720，用于计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同；以及根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；

确定模块730，用于将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：计算第二距离与第一距离的距离差，以及计算第二波能量与第一波能量的比值；根据所述距离差以及所述比值，计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：采用希尔伯特变换对第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第一时间窗口内的包络积分，将第一时间窗口内的包络积分作为第一波能量；

和/或，采用希尔伯特变换对第二时间窗口内的第二超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第二时间窗口内的包络积分，将第二时间窗口内的包络积分作为第二波能量。

在一种可选的实施方式中，计算模块用于：确定所述第一超声兰姆波信号的首个波峰，将第一超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第一目标幅值，将第一超声兰姆波信号中对应于第一目标幅值的时间点作为第一时间窗口的起始点；

和/或，确定所述第二超声兰姆波信号的首个波峰，将第二超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第二目标幅值，将第二超声兰姆波信号中对应于第二目标幅值的时间点作为第二时间窗口的起始点。

在一种可选的实施方式中，确定模块用于：若所述衰减率大于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为固体；若所述衰减率小于或等于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为流体。

在一种可选的实施方式中，确定模块用于：若所述衰减率大于第一衰减率阈值且小于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为慢速水泥；

若所述衰减率大于或等于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为快速水泥。

在一种可选的实施方式中，该装置还包括：模拟模块，用于采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型；

计算在第一测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、计算在第二测井模型下零阶对称型兰姆波的第二衰减率、计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第三衰减率、以及计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第四衰减率；

根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定所述第一衰减率阈值和/或所述第二衰减率阈值。

由此可见，本发明实施例根据预设时间窗口内零阶对称型兰姆波的衰减率来确定套管外介质属性，由于套管外不同介质所对应的零阶对称型兰姆波的衰减率存在明显区别，由此采用本方案有利于提升固井质量检测精度；并且无需联合声阻抗信息即可单独实现固井质量评价，简化固井质量检测过程，提升固井质量检测效率。

本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的基于超声兰姆波的固井质量检测方法。

图8示出了本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。本发明具体实施例并不对计算设备的具体实现做限定。

如图8所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)802、通信接口(Communications Interface)804、存储器(memory)806、以及通信总线808。

其中：处理器802、通信接口804、以及存储器806通过通信总线808完成相互间的通信。通信接口904，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器802，用于执行程序810，具体可以执行上述用于基于超声兰姆波的固井质量检测方法实施例中的相关步骤。

具体地，程序810可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。

处理器802可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。计算设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。

存储器806，用于存放程序810。存储器806可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。程序810具体可以用于使得处理器802执行上述方法实施例中的操作。

在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种基于超声兰姆波的固井质量检测方法，其特征在于，包括：

获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值；

计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同；

根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；

将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率进一步包括：

计算第二距离与第一距离的距离差，以及计算第二波能量与第一波能量的比值；

根据所述距离差以及所述比值，计算零阶对称型兰姆波的衰减率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量进一步包括：采用希尔伯特变换对第一时间窗口内的第一超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第一时间窗口内的包络积分，将第一时间窗口内的包络积分作为第一波能量；

和/或，所述计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量进一步包括：采用希尔伯特变换对第二时间窗口内的第二超声兰姆波信号进行包络提取，并计算第二时间窗口内的包络积分，将第二时间窗口内的包络积分作为第二波能量。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一时间窗口的起始点通过如下方式确定：确定所述第一超声兰姆波信号的首个波峰，将第一超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第一目标幅值，将第一超声兰姆波信号中对应于第一目标幅值的时间点作为第一时间窗口的起始点；

和/或，所述第二时间窗口的起始点通过如下方式确定：确定所述第二超声兰姆波信号的首个波峰，将第二超声兰姆波信号中首个波峰的幅值的预设比例作为第二目标幅值，将第二超声兰姆波信号中对应于第二目标幅值的时间点作为第二时间窗口的起始点。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性进一步包括：

若所述衰减率大于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为固体；若所述衰减率小于或等于第一衰减率阈值，则确定套管外介质属性为流体。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性进一步包括：

若所述衰减率大于第一衰减率阈值且小于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为慢速水泥；

若所述衰减率大于或等于第二衰减率阈值，则确定套管外介质属性为快速水泥。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用数值模拟算法分别模拟出套管外介质为水的第一测井模型，套管外介质为重泥浆的第二测井模型，套管外介质为快速水泥的第三测井模型、套管外介质为慢速水泥的第四测井模型；

计算在第一测井模型下零阶对称型兰姆波的第一衰减率、计算在第二测井模型下零阶对称型兰姆波的第二衰减率、计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第三衰减率、以及计算在第三测井模型下零阶对称型兰姆波的第四衰减率；

根据第一衰减率、第二衰减率、第三衰减率以及第四衰减率确定所述第一衰减率阈值和/或所述第二衰减率阈值。

8.一种基于超声兰姆波的固井质量检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取第一接收器接收到的第一超声兰姆波信号以及获取第二接收器接收到的第二超声兰姆波信号；其中，第一接收器与发射器的第一距离小于第二接收器与发射器的第二距离，并且发射器的入射角度小于预设角度阈值；

计算模块，用于计算第一超声兰姆波信号在第一时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第一波能量，以及计算第二超声兰姆波信号在第二时间窗口内的零阶对称型兰姆波的第二波能量；其中，第一时间窗口与第二时间窗口的窗口长度相同；以及根据第一波能量、第二波能量、第一距离以及第二距离计算零阶对称型兰姆波的衰减率；

确定模块，用于将所述衰减率与预先生成的衰减率阈值进行比较，根据比较结果确定套管外介质属性。

9.一种计算设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的基于超声兰姆波的固井质量检测方法对应的操作。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的基于超声兰姆波的固井质量检测方法对应的操作。

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