CN115992692A - 水泥环厚度测量方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥环厚度测量方法、装置、电子设备及存储介质。其中，所述方法包括：在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线，对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差，根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度，这样利用A0模式的兰姆波的衰减联合套管外水泥声阻抗进行套管外介质属性识别，可提供水泥环第一界面的固井质量，实现层间的水力封隔定量评价，而且利用超声兰姆波的反射信号评价水泥环厚度情况，对海上油气田弃置井作业具有重要的指导意义。

Description

水泥环厚度测量方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及地球物理勘探和石油测井技术领域，具体涉及一种水泥环厚度测量方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

油气开发时钻完井之后，需要在井孔中放置套管，并在套管和井壁之间注入水泥，以保障井筒完整性。一般海洋油气生产的设计寿命在20-50年，因此在油气田生产结束后，海上的生产设施拆除和弃置将成为一项必要的工作。

其中很重要的一项工作就是对套管进行切割，然后拔出套管。这时需要准确测量套管外水泥胶结状况和套管偏心情况。这样才能更加安全和高效的实施套管拔出工作。

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水泥环厚度测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质。

根据本发明的一个方面，提供了一种水泥环厚度测量方法，包括：

在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线；

对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差；

根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种水泥环厚度测量装置，包括：

包络计算模块，用于在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线；

到时差获取模块，用于对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差；

厚度确定模块，用于根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，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本发明所述的水泥环厚度测量方法对应的操作。

根据本发明的另一方面，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本发明所述的水泥环厚度测量方法对应的操作。

根据本发明公开的水泥环厚度测量方法、电子设备及存储介质，通过在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线，对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差，根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度，这样利用A0模式的兰姆波的衰减联合套管外水泥声阻抗进行套管外介质属性识别，可提供水泥环第一界面的固井质量，实现层间的水力封隔定量评价，而且利用超声兰姆波的反射信号评价水泥环厚度情况，对海上油气田弃置井作业具有重要的指导意义。

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示出了根据本发明实施例一提供的一种水泥环厚度测量方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明实施例一提供的一种水泥环厚度测量方法中第一种套管位置示意图；

图3示出了根据本发明实施例一提供的一种水泥环厚度测量方法中第二种套管位置示意图；

图4示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法的流程示意图；

图5示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中超声兰姆波在套管的传播路径示意图；

图6示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中的远近探头接收的超声兰姆波信号波形示意图；

图7示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中的近探头接收到的A0模式兰姆波及其反射波信号的到时示意图；

图8示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中的远探头接收到的A0模式兰姆波及其反射波信号的到时示意图；

图9示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中的远近超声兰姆波到时差平均示意图；

图10示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法中的整段的水泥环厚度及其偏心率曲线示意图；

图11示出了根据本发明实施例三提供的一种水泥环厚度测量装置的结构示意图；

图12示出了根据本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。

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。

实施例一

图1示出了根据本发明实施例一提供的一种水泥环厚度测量方法的流程示意图。本实施例的执行主体为本发明实施例提供的水泥环厚度测量装置，该装置可以软件或硬件实现，该装置可以集成在超声兰姆成像测井仪中。如图1所示，该方法包括：

步骤S11，在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到远近探头的包络曲线。

具体的，在井眼预设深度区间（例如，井下2000米）内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号。分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到远近探头的包络曲线。在包络提取时，可以采用希尔伯特变换对远近探头的超声兰姆波信号进行包络计算，或者采用计算峰峰值，或者最大峰值的方法对远近探头的超声兰姆波信号进行到时计算。

步骤S12，对远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差。

具体的，根据上述包络曲线获取A0模式兰姆波和反射波的到时及到时差，近探头A0模式兰姆波和其反射波的到时分别为T1N，T1F，到时差为，远探头A0模式兰姆波和其反射波的到时为T2N，T2F，到时差为。

步骤S13，根据到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

具体的，对上述远近探头提取的到时差进行评价，以消除远近探头测量误差的影响。例如，可以求取平均到时差。根据平均到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

具体实施过程如下：斜入射超声兰姆探头以入射角发射超声兰姆脉冲信号，其在泥浆中的传播速度为。该超声兰姆脉冲信号入射到套管内壁，产生A0模式兰姆波，该模式信号以相速度沿着套管传播，同时向水泥环辐射能量，出射角度，该超声兰姆脉冲信号在水泥环会产生折射纵波或折射横波，当遇到水泥环与地层界面时，这两种波会发生反射，产生新的转换纵波和横波。水泥环厚度为d，水泥的声速度为V，则在水泥环中的传播时间可采用公式（1）计算得到：

（1）

A0模式兰姆波在竖直方向传播的时间可采用下述公式（2）计算得到：

（2）

由Snell定律，超声波在三层介质入射角及透射角满足以下公式（3）：

（3）

其中，为探头发射超声兰姆波的入射角。

由公式（1）、（2）、（3）化简可得，超声兰姆波的反射波与A0模式兰姆波到时差：

因此，得到水泥环厚度计算公式为：

采用上述公式可以计算得到水泥环厚度。

由此可见，本实施例通过利用A0模式的兰姆波的衰减联合套管外水泥声阻抗进行套管外介质属性识别，可提供水泥环第一界面的固井质量，实现层间的水力封隔定量评价，而且利用超声兰姆波的反射信号评价水泥环厚度情况，对海上油气田弃置井作业具有重要的指导意义。

在一个可选实施例中，上述方法还包括套管的偏心距的计算，一共分为下述三个场景：

第一个场景，当套管处于井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据一周的水泥环厚度和套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

具体的，根据一周的水泥环厚度，加套管外径，构造水泥环半径成像数组，对该数组利用最小二乘方法进行椭圆拟合获取套管中心和井眼中心的距离r，r即为套管的偏心距。

第二个场景如图2所示，其中，1表示井眼，2表示套管，3表示水泥，4表示地层或第二层套管，当套管与井壁的距离未超过预设距离即套管完全贴近井壁时，根据井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

具体的，套管中心与井眼中心的距离可采用如下公式计算得到:

其中，为井眼内径或第二层套管内径，为内层套管外径。

第三个场景如图3所示，当套管完全处于井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心距为零。

在一个可选实施例中，上述方法还包括套管偏心率的计算，同样分为下述三个场景：

第一个场景，当套管处于井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据套管的偏心距、井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管的偏心率。

具体的，根据一周的水泥环厚度，加套管外径，构造水泥环半径成像数组，对该数组利用最小二乘方法进行椭圆拟合获取套管中心和井眼中心的距离r，r为套管的偏心距。

然后由公式：计算得到套管的偏心率。

第二个场景如图2所示，当套管与井壁的距离未超过预设距离时，确定套管的偏心率为1。

第三个场景如图3所示，当套管完全处于井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心率为0。

实施例二

图4示出了根据本发明实施例二提供的一种水泥环厚度测量方法的流程示意图。本实施例基于整个预设深度区间超声兰姆测井数据对本发明进行描述。如图4所示，该方法包括：

步骤S21，在井眼预设深度区间上进行超声兰姆波扫描成像测井，获取远近探头的超声兰姆波信号。

具体的，如图5所示，在测量过程中一部分超声兰姆波信号入射到水泥环，在水泥环和地层（或第二层套管内壁）进行反射，进而被接收，因此该超声兰姆波信号中携带了水泥环厚度和套管偏心的信息。如图6所示，为远近探头接收的超声兰姆波信号波形。

步骤S22，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络曲线提取。

步骤S23，根据包络曲线获取A0模式兰姆波及其反射波信号的到时及到时差。

如图7所示，为近探头接收到的A0模式兰姆波及其反射波信号的到时，如图8所示，为远探头接收到的A0模式兰姆波及其反射波信号的到时。

步骤S24，对远近探头提取的到时差进行评价，得到平均到时差。

如图9所示，为远近探头提取的到时差平均值示意图。

步骤S25，根据平均到时差进行水泥环厚度计算；

步骤S26，进行套管偏心率及偏心距计算。

步骤S27，确定预设深度区间内的超声兰姆波数据是否处理完毕。

具体的，若未处理完毕，重复步骤S22-S26，直至整个预设深度区间处理完毕，执行步骤S28。

步骤S28，得到预设深度区间内的套管偏心距、偏心率及水泥环厚度。

如图10所示，为采用本实施例方法计算的整段的水泥环厚度及其偏心率曲线。图中第一道为超声兰姆波测量的近探头波形变密度图，及采用希尔伯特变换根据信号的包络计算的A0模式波到时和反射波到时，图中第二道为超声兰姆波测量的远探头波形变密度图，及采用希尔伯特变换根据信号的包络计算的A0模式波到时和反射波到时，图中第三道为采用本实施例计算的近探头的A0模式波和反射波到时差成像曲线，图中第四道为采用本实施例计算的远探头的A0模式波和反射波到时差成像曲线，图中第五道为采用本实施例计算的远近探头的平均到时差成像曲线，图中第六道为采用本实施例计算的水泥环厚度成像曲线，图中第7道计算的套管偏心率曲线，图中第8道为计算的套管偏心距曲线。

实施例三

图11示出了根据本发明实施三提供的一种水泥环厚度测量装置的结构示意图。如图11所示，该装置包括：包络计算模块31、到时差获取模块32和厚度确定模块33；其中，

包络计算模块31用于在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线；

到时差获取模块32用于对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差；

厚度确定模块33用于根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管处于所述井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据一周的水泥环厚度和套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将所述套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管与井壁的距离未超过预设距离时，根据井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将所述套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管完全处于所述井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心距为零。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管处于所述井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据套管的偏心距、井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管的偏心率。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管与井壁的距离未超过预设距离时，确定套管的偏心率为1。

进一步的，所述厚度确定模块33还用于：当套管完全处于所述井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心率为0。

本实施例所述的水泥环厚度测量装置用于执行上述实施例一和实施例二所述的水泥环厚度测量方法，其工作原理与技术效果类似，这里不再赘述。

实施例四

本发明实施例四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水泥环厚度测量方法。

实施例五

图12示出了根据本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。本发明具体实施例并不对电子设备的具体实现做限定。

如图12所示，该电子设备可以包括：处理器502、通信接口504、存储器506、以及通信总线508。

其中：处理器502、通信接口504、以及存储器506通过通信总线508完成相互间的通信。通信接口504，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502，用于执行程序510，具体可以执行上述方法实施例中的相关步骤。

具体地，程序510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502可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC，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。电子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506，用于存放程序510。存储器506可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。

程序510具体可以用于使得处理器502执行上述任意方法实施例中的水泥环厚度测量方法。

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)

1.一种水泥环厚度测量方法，其特征在于，包括：

在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线；

对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差；

根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

2.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管处于所述井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据一周的水泥环厚度和套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将所述套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

3.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管与井壁的距离未超过预设距离时，根据井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管中心和井眼中心之间的距离，将所述套管中心和井眼中心之间的距离作为套管的偏心距。

4.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管完全处于所述井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心距为零。

5.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管处于所述井眼或双层套管中心之外且与井壁的距离超过预设距离时，根据套管的偏心距、井眼内径或第二层套管内径、内层套管外径确定套管的偏心率。

6.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管与井壁的距离未超过预设距离时，确定套管的偏心率为1。

7.根据权利要求1所述的水泥环厚度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

当套管完全处于所述井眼或双层套管中心时，确定套管的偏心率为0。

8.一种水泥环厚度测量装置，其特征在于，包括：

包络计算模块，用于在井眼预设深度区间内进行超声兰姆波扫描成像测井，获取一周的远近探头的超声兰姆波信号，分别对远近探头接收到的超声兰姆波信号进行包络提取，得到所述远近探头的包络曲线；

到时差获取模块，用于对所述远近探头的包络曲线进行处理，获取A0模式兰姆波和反射波的到时差；

厚度确定模块，用于根据所述到时差和超声兰姆波在水泥环中的传播速度确定水泥环厚度。

9.一种电子设备，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中任一项所述的水泥环厚度测量方法对应的操作。

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中任一项所述的水泥环厚度测量方法对应的操作。

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