超声泄漏弯曲波对套管井水泥-地层界面粘接缺失的响应模拟

摘要

良好的水泥胶结质量对于防止油井中不同区域之间的液体流动、确保分层开采的顺利实施具有重要的意义.目前,常规声波测井方法的探测区域仅局限于套管外壁,只能检测该层面的胶结缺失,而无法对水泥环和地层之间的界面粘接质量做出有效的评价.为了发展套管井水泥环外界面胶结质量检测方法,通过时域有限差分数值模拟研究了超声泄漏弯曲波在径向多层介质中的传播规律.在数值研究中,利用了定向单发-双收的换能器配置方式激发和记录这类导波的响应.根据模拟结果,发现两类弯曲波分别对套管-水泥界面以及水泥-地层界面的胶结质量敏感.在时域全波列中首先记录到的是首至弯曲波信号,这种直接由声源产生并沿套管行进的导波衰减率随着套管-水泥界面胶结缺失的出现而降低.而随后到达的是次至弯曲波,它主要由地层反射波形成,携带有部分地层信息并在套管中传播.当水泥-地层界面间出现流体层时,次至弯曲波的幅度将显著增强.对比含气和含水层的弯曲波响应、以及不同密度水泥环情况,发现次至弯曲波幅度由反射界面两侧介质声阻抗差决定.同时,因水泥-地层界面流体层的出现,后至弯曲波的到达时刻也随水泥环变薄而相应有所提前.根据这些声响应特征,有望利用超声泄漏弯曲波同时对套管井水泥-地层界面的胶结质量做有效的评价.