过套管和随钻条件下的声波测井研究

摘要

声波测井能够获取地层纵、横波的速度信息，是油气勘探开发作业中的重要一环，在油气田勘探开发过程中具有重要的应用价值。低成本、高时效、高安全性，是科研及工程人员一直追求的目标。目前裸眼井电缆声波测井已发展成为一种成熟的测井方法，但在有的情况下需要在套管井中进行声波测井来获取地层的纵、横波速度信息。 在套管井中，由于钢套管和水泥环的存在，声波的传播受到很大的影响。本文首先通过理论模拟，考察了不同胶结情况下，单极子声源在套管井中的测井响应，结果表明，套管井胶结质量差时，存在大幅度套管波的干扰，地层纵波声速的测量存在困难。为解决这一难题，本文提出了一种过套管双源反激声波测井方法，从数据采集上压制套管波，从而增强地层波的信噪比。通过理论模拟计算了胶结不好情况下双源反激激励时的测井波形，并在实验室开展了1∶10的第一界面胶结不好套管井模型井物理模拟实验和1∶3自由套管实验井实验。理论模拟结果表明利用该方法可以有效压制套管波，并能清晰地识别出地层纵波。对实测波形的分析表明，实验条件下采用双源反激方法套管波幅度能够被压制到单源激励时的0.12倍，该方法有效提高了地层波的信噪比，并能有效提取地层波的速度。理论和物理模拟结果初步验证了该方法的可行性，为其工程应用奠定了基础。 为了进一步验证双源反激方法在实际测井中的应用效果，设计出了发射极性、幅度、延迟时间可控的双源反激激励电路和多通道信号调理及采集电路，通过理论模拟确定出声系参数，在此基础上设计出了双源反激过套管声波测井仪样机。并在中国石油大学教学井和中原油田卫古1井中进行了外场测井实验，实验结果表明，在实际胶结不好的套管井中，采用双源反激方法对套管波具有明显的压制效果，套管波幅度可以被压制到单源激励时套管波幅度的10%，从双源反激测井数据处理结果来看，地层纵波的相关性得到明显的改善。实际测井实验进一步验证了双源反激方法在过套管声波测井中的应用价值。但该方法也存在一些不足之处，在胶结不好情况下地层声速和套管波速相近的地层存在困难。 和套管井声波测井存在套管波干扰相似，随钻单极子声波测井也存在钻铤波的干扰，本文将双源反激方法引入到随钻单极子声波测井上来，通过理论模拟表明双源反激方法可以有效压制钻铤波，地层波的信噪比也能得到相对增强。对钻铤波压制后的数据用声波干涉法进一步处理可以从中提取地层纵波信息。设计了实验样机，并在空气中进行了压制钻铤波的实验。结果表明不同工作频率下该方法对钻铤波均有明显的压制效果。验证了该方法的可行性。因此，结合双源反激方法和后续波干涉处理方法可以形成一种无需隔声装置的随钻隔声技术，并有望扩展随钻单极子声波测井的频带范围。

目录

声明

第一章 引言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1过套管测井技术现状

1.2.2过套管声波测井技术研究现状

1.2.3过套管声波测井服务及仪器现状

1.2.4 随钻隔声技术现状

1.2.5 数据处理方法研究现状

1.3 本文的主要内容

第二章 过套管声波测井理论模拟

2.1 套管井声场理论模型

2.2 井孔流体中的波动解

2.3 弹性介质波动解

2.4 边界条件

2.5 模拟结果及分析

2.5.1 完全胶结的套管井模型

2.5.2 第一界面胶结不好模型

2.5.3 第二界面胶结不好模型

2.5.4 自由套管模型

2.5.5 理论模拟小结

2.6 本章小结

第三章 双源反激声波测井方法

3.1 双源反激声波测井方法基本原理

3.2 过套管双源反激声波测井方法理论模拟

3.2.1 双源反激模拟方法

3.2.2 第一界面胶结不好

3.2.3 自由套管

3.2.4 第二界面胶结差

3.3 过套管声波测井1∶10等比例缩小物理模拟

3.3.1 实验装置

3.3.2 地层样品声速测定

3.3.3 实验双源激励电路的设计

3.3.4 实验结果及分析

3.4 过套管声波测井实验室1∶3教学井实验

3.5 双源反激方法与相控方法对比讨论

3.6 随钻双源反激压制钻铤波的理论及实验验证

3.6.1 双源反激方法压制钻铤波基本原理

3.6.2 理论模拟

3.6.3 双源反激压制钻铤波的实验验证

3.7 本章小结

第四章 过套管双源反激声波测井仪设计

4.1 声系设计

4.1.1 最小源距TR的确定

4.1.2 双源间距的选择

4.1.3 声系参数

4.2 过套管声波测井仪的系统组成及结构设计

4.3 双源反激发射电路设计及测试

4.3.1 双源反激发射电路系统框图

4.3.2 波形发生电路设计

4.3.3 功率放大电路

4.3.4 双源反激发射电路延时及幅度控制

4.3.5 双源反激发射电路测试

4.4 接收与采集电路设计

4.4.1 接收与采集电路整体设计

4.4.2 信号调理电路

4.4.3 ADC接口电路

4.4.4 控制电路

4.4.5 同步电路

4.4.6 自动增益控制

4.4.7 接收电路测试

4.5 本章小结

第五章 过套管声波测井实验

5.1 测井实验装置

5.2 中国石油大学教学井实验

5.2.1 裸眼井段测井波形

5.2.2 胶结好井段测井波形

5.2.3 胶结不好井段测井波形

5.3 中原油田实验

5.3.1 远近声源一致性对比

5.3.2 双源压制效果

5.3.3 井段测井波形

5.3.4 中原油田声波时差处理

5.4 实验结论及认识

5.5 本章小结

总结与展望

下一步工作展望

参考文献

附录A 矩阵T各元素表达式

附录B 矩阵M各元素表达式

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简介