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1、ICRSMICRSM 0029600296AUIAUI 井周超声波成像测井技术的应用井周超声波成像测井技术的应用张玉虎 1,2 李康 11. 太平洋远景石油技术（北京）有限公司，北京，1022002. 加拿大 GPN 能源公司，温哥华Theapplicationofannularultrasonicimaginglogging technologyTiger Zhang1,2 Tony Li11. GPN petroleum technology CO.,LTD,Beijing, 102200,China2. GPN energy CO.,LTD，VancouverCopyright 2014
2、 Shaanxi Petroleum SocietyThis paper was prepared for presentation at the 2014 Co-Meetings on Field Surveillance and Management held in Beijing, China, 11-13 August 2014.This paper was selected for presentation by the ICRSM Committee following review of information contained in an abstract submitted
3、 by the author(s). Contents of the paper, as presented, have not been reviewed by the ICRSM Committee and are subject to correction by the author(s). The material does not necessarily reflect any position of the ICRSM Committee, its members. Papers presented at the Conference are subject to publicat
4、ion review by Professional Committee of Petroleum Engineering of Shaanxi Petroleum Society. Electronic reproduction, distribution, or storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent of Shaanxi Petroleum Society is prohibited. Permission to reproduce in print is
5、restricted to an abstract of not more than 300 words; illustrations may not be copied. The abstract must contain conspicuous acknowledgment of ICRSM. Contact email:infohxan,com.AbstractAUI is to use the echo amplitude response to acoustic impedance of differe nt material, the use of high resolution
6、imaging model, which can determine the exact casing well medium loss situation, the casing outside diameter and thick ness detection, cement bond and perforation quality inspection and the fracturin g effect inspection. Can also be intuitive evaluation of open hole information s uch as the geologica
7、l structure and formation characteristics.Key words: Engineering logging; Ultrasound; Imaging logging摘摘 要要AUI 井周超声波技术是利用回波幅度来响应不同物质的声阻抗，采用高分辨率的成像模式，可直观判 定套管井中套损情况、套管内外径及厚度检测、水泥胶结情况检测、射孔质量检查和压裂效果检查。也可 直观评价裸眼井中地质构造和地层特性等信息。关键词：关键词：工程测井；超声波；声阻抗；成像测井仪一、前言随着油田勘探开发的不断深入，油田对于开发井逐年在增加，对固井、完井工作以及固井质量的检测 技术都提
8、出了更高要求。由于油田开发后期难度加大，常规的声波幅度测井和变密度测井，都已不能适应高准确度和高分辨率的要求，因此，对生产井中窜槽井、套损井和水泥环破坏井的精密检测也变得尤为重 要4。超声波技术以物理、电子、机械及材料学为基础，在石油测井行业中的应用很广泛1。国外油田服务 公司早已推出基于超声脉冲反射测量技术进行套损检测的仪器，如哈里伯顿公司的 CAST-V、CAST-F 系列的 仪器采用不同频率的超声换能器，对不同型号的套管均可进行套损评价5-6。而 AUI 井周超声技术在成像测 井仪经过多年的研究和发展，至此达到了高效率、高精度的运用效果：一是评价裸眼井的裂缝发育及地层 构造特性；二是水泥
9、胶结质量评价测井；三是对套管的情况进行识别、定位和定量评价和监控；四是确定 射孔层段及射孔穿透深度的检查等。二、AUI 测井的方法原理。2.12.1 AUIAUI 测井仪器工作原理测井仪器工作原理Annular Ultrasonic Imaging 井周超声波成像仪（AUI）使用了一个安装在位于仪器底部的超声波旋 转接头上的换能器。发射器激发出超 200 到 700 千赫的高频率的超声波，并且测量从套管外部和内部界面反射回来的超声波波列（图 1 所示）。所接收波列的衰减速率能够指示出水泥与套管界面水泥胶结的质量， 并且套管的回波频率提供了套管检测所需的管壁厚度信息。因为传感器安装在旋转接头上，
10、套管的整个周 围都能扫描到 360范围内的数据覆盖，。图 1 超声波波列示意图测井时，旋转探头以 7.5 转/秒的速度旋转，超声波换能器向套管发射一个稍微发散的波束，使套管转 入厚度共振模式，可采用壁厚模式和成像模式，形成独立波形经过处理后可以从初始回波中获得套管厚度、 内径和内壁光滑度数据，从而可评价套管腐蚀和变形情况，从信号共振衰减中产生有关水泥声阻抗的方位 图像，其全井眼扫描测量和很高的垂直分辨率使得此仪器能够以高精度的成像模式在井场直观、实时显示 地层裂缝发育、水泥胶结、套管壁厚、套管内径和外径及水泥环厚度。2.22.2 AUIAUI 测井仪器结构测井仪器结构目前 GPN 公司研发和生
11、产的 AUI 井周超声波测井仪器，可用在不同井眼的裸眼井和不同套管尺寸的套 管中运用，具体参数指标如下：。（1 1）仪器指标：）仪器指标： 适用范围：裸眼井的地层、裂缝、孔洞检测；套管井的套管变形、腐蚀、套管壁厚及水泥环胶结检测； 最高耐温：175C，1h；最大耐压：100MPa； 仪器供电：180V250VAC； 仪器长度：4m；井眼范围：413in； 井径分辨率：1.0mm 泥浆密度： 1.25g/cm3井斜范围： 6（30以下可测） 仪器外径：73 mm仪器库含相关成像处理、校正（加速度、方位、偏心）等。（2 2）壁厚检测模式：）壁厚检测模式： 垂直采样率： 1in（6in；3in）；扫
12、描速度：515rps；每圈采集 40 点； 测井速度：6m/min；(18m/min；9m/min) 厚度范围：5mm16mm； 声阻抗范围：010MRayl；探头：三种频率自发自收探头（250KHz，350KHz，450KHz），外置方式。（2 2）成像模式：）成像模式： 垂直采样率：0.3in； 扫描速度：11rps；每圈采集 256 点； 测井速度：6.4m/min；测量探头：可选配高频探头（1.5 MHz）进行射孔检测。 三、AUI 测井应用实例3.13.1 裸眼井中的应用裸眼井中的应用AUI 井周超声波成像可利用回波幅度大小和时间，以此形成成像图，进而识别裂缝、不整合面、断层 等地质
13、构造。确定裂缝产状及发育方向，确定最大水平主应力方向。而且对于描述沉积特征中层状层理、 交错层理、冲蚀、沉积韵律等。如图 2 所示，通过回波幅度成像的颜色可识别地层岩性，包括多个层状层 理等构造特性。3.23.2 套管井中水泥胶结评价套管井中水泥胶结评价图 2 AUI 裸眼井测试图通过对换能器接收的回声信号进行分析，可得出水泥的声阻抗。由于水泥胶结程度不同,其声阻抗也不 同。从某种意义上说，它相当于声幅变密度测井，但其提供的信息是 360井周成像，可更直观地显示套管周围水泥填充、胶结情况2。如图 3 所示，图中水泥胶结成像图 A 表示环空介质内物质的声阻抗，而颜 色越棕黑表示声阻抗越大，水泥填
14、充量越多，声耦合越好、水泥胶结越好。通过回波幅度可辨析环空介质， 因此可具体判定出环空介质的性质，通过黄色（水泥）、兰色（液体）、红色（气体）和绿色（微干孔隙） 的成像模式直观显示环空水泥胶结情况。3.33.3 套管井中套管质量监测套管井中套管质量监测图 3 AUI 水泥胶结评价成果图由于套管壁的自然谐振频率近似地与套管壁厚成反比,因此由厚度谐振响应可得出套管厚度。同时,根 据声波传播时间和套管厚度测量结果,可计算出套管的内径和外径;而波形的最大幅度又是套管内表面粗糙 度的定性指。AUI 技术以 3D 套管成像模式更加直观的展示，更加准确地判定套管损腐情况，指导后期套管 补贴或者二次固井等作业
15、措施。如图 4 所示，通过回波幅度确定套管内外径及壁厚数值，以数值与平均值 的差值通过颜色来反映，颜色越深表示套管有磨损，至此更加直观反映出套管损蚀情况。并且通过软件以 3D 形式更加直观反映套管 360的整体效果。四、结论图 4 AUI 套管质量监测成果图AUI 井周超声波成像以探测回波幅度、回波时间和回波衰减情况，运用在裸眼井和套管井中，可以以成像的方式评价裸眼地层地质构造、地层特性；也可判断套管井中套管损腐情况、套管第、界水泥胶 结情况、判定套管偏心率、套管内外径及壁厚及射孔效果等信息。参考文献1 贾文玉,田素月,孙耀庭等.成像测井技术与应用M.北京:石油工业出版社,2000.2 章俊燕
16、.超声波技术在成像测井仪中的应用.J. 舰船电子工程.2005.43 曾文冲.斯伦贝谢公司新一代测井技术(论文集)C.19974 田海涛,超声波成像测井技术在套管井中的应用J.江汉石油职工大学学报,2005，115 Grove G P,Minerbo G N. An Adaptive BoreholeCorrection Scheme for Array Well Logging Tools C.SPLWA 32nd Annual Logging Symposium, 19916 Halliburton. Cast Service Manmal M.1996.References1 Jia wenyu,Tian suyue,Sun yaoting, Imaging logging technology and a
