專利名稱：水泥膠結(jié)評(píng)估中的套管共振徑向彎曲模式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及井眼套管的評(píng)價(jià)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及的是一種用于膠結(jié)分析的方法和裝置，該膠結(jié)用于在井眼內(nèi)固定套管。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)烴的井眼通常包含許多管子，例如設(shè)置在井眼5內(nèi)的套管8。典型地，通過向在套管8的外徑與井眼5的內(nèi)徑之間形成的環(huán)空內(nèi)注入水泥9，而使套管8與井眼膠結(jié)。水泥膠結(jié)不僅將套管8粘結(jié)在井眼5內(nèi)，而且用于把地層18內(nèi)相鄰的區(qū)(Z1和Z2)互相隔離開。當(dāng)一個(gè)區(qū)含有油或氣而其它區(qū)包括非烴類流體，例如水時(shí)，將相鄰的區(qū)隔離是重要的。假如環(huán)繞套管8的水泥9存在缺陷，不能實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)的隔離，水或其它不想要的流體可能運(yùn)移至烴生產(chǎn)區(qū)，從而稀釋或者污染生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的烴。
為了檢測(cè)出水泥膠結(jié)可能的缺陷，井下工具14已被研制，該工具用于分析將套管8膠結(jié)到井眼5的水泥9的完善性。這些井下工具14通過纜線10結(jié)合滑輪12被下入井眼5，典型地還包括布置在它們外表面的傳感器16，傳感器用于與井眼內(nèi)的流體形成聲耦合。這些傳感器16一般能發(fā)射聲波到套管8內(nèi)，并當(dāng)聲波跨過套管8的表面?zhèn)魉突騻鞑r(shí)，傳感器能夠記錄聲波的振幅。水泥膠結(jié)的特性，例如它的有效性和完善性，能通過分析聲波的衰減來確定。
一個(gè)此種聲波傳感器的例子是具有將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)或振蕩的壓電晶體的壓電裝置。壓電裝置產(chǎn)生的振動(dòng)能發(fā)射到套管8，其進(jìn)而在套管8內(nèi)形成聲波。聲波向管狀元件傳播能量以產(chǎn)生來自管子并由接收傳感器監(jiān)控的頻率響應(yīng)。收集到的實(shí)測(cè)響應(yīng)能被實(shí)時(shí)分析或者被儲(chǔ)存為以后再分析的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是模擬或數(shù)字格式。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的是一種用于評(píng)價(jià)管子和膠結(jié)劑之間的膠結(jié)的方法。該方法包括測(cè)量管子的徑向共振模式和與參考管子的值比較那些測(cè)量值。該比較產(chǎn)生了與膠結(jié)相關(guān)的信息，也知道了水是否在鄰近管子處存在。
在此也公開了一種被裝配用于提供本方法的井下工具。該井下工具可置于管子內(nèi)，并包括發(fā)送器和接收器。配置的接收器用來接收管子內(nèi)感應(yīng)的徑向共振頻率響應(yīng)，接收到的響應(yīng)可與參考管子的響應(yīng)對(duì)比。該工具還可包括用于進(jìn)行比較的分析器。
在此還包括一種評(píng)價(jià)粘住的管子的方法，該方法包括測(cè)量管子內(nèi)的感應(yīng)頻率響應(yīng)，比較測(cè)量的頻率響應(yīng)與參考管子的頻率響應(yīng)，并基于該比較評(píng)價(jià)管子在哪里被粘住。


附圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)裝置。
附圖2a和2b描述了用于圓形環(huán)的振動(dòng)模式。
附圖3顯示了管子測(cè)試安裝的實(shí)施例。
附圖4是管子測(cè)試安裝的橫截面圖。
附圖5是頻率響應(yīng)的圖表。
附圖6是頻率響應(yīng)的圖表。
附圖7是頻率響應(yīng)的圖表。
附圖8示出了井眼內(nèi)的井下工具的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
附圖9描述了鉆柱的粘住部分和在此的井眼工具的側(cè)視圖。
附圖10描繪了粘住油管部分和在此的井下工具的局部剖面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
聲信號(hào)感應(yīng)的管內(nèi)頻率響應(yīng)依賴許多因素，例如管子尺寸、管子周圍存在水泥或者管子外面不存在水泥而是存在流體。已知方法利用聲波或振動(dòng)的振幅隨時(shí)間的衰減來評(píng)價(jià)流體和水泥的存在，但在該評(píng)價(jià)中不利用聲信號(hào)的已記錄的頻率響應(yīng)。試驗(yàn)臺(tái)能夠被研制用于模擬合格膠結(jié)的管子，也模擬不合格膠結(jié)的管子，例如在管子外表面有水的例子。該試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)能提拱用于比較目的的相應(yīng)的頻率響應(yīng)。然而，這樣的試驗(yàn)臺(tái)對(duì)于許多情況是不切實(shí)際的，特別是對(duì)于處理已存在多年的有套管井。
為了在這里討論的目的，管子可包括但不止于井下套管、井下油管、鉆柱或任伺其它基本為圓柱形狀的部件。也是對(duì)于本公開而言，膠結(jié)的管子指在適當(dāng)?shù)奈恢帽凰喙潭ǖ墓芏?，不考慮是否此管子某些段可能膠結(jié)不合格。同樣地，此處涉及到的未膠結(jié)的管子指未被水泥膠結(jié)的管段。一般地，未膠結(jié)的管子將處于自由空間，只有空氣包圍。相反，“自由管子”指的是管子被流體，例如被水包圍的未膠結(jié)的部分。
在此公開的方法的一個(gè)實(shí)施例中，管子內(nèi)產(chǎn)生的共振響應(yīng)隨后測(cè)量。管子的共振響應(yīng)能夠通過用振動(dòng)源激勵(lì)管子，然后測(cè)量沿著管子誘發(fā)的隨后的振動(dòng)來確定。此過程通過研究振幅與頻率的關(guān)系曲線中的測(cè)量數(shù)據(jù)和識(shí)別已測(cè)響應(yīng)的“尖峰信號(hào)”用繪圖的方式來實(shí)現(xiàn)。此外，管子的徑向共振響應(yīng)的大小根據(jù)管子周圍或附在管子外表面的材料的改變而變化。因此，本方法能夠評(píng)估由于管子周圍材料的變化引起的這些共振值的變化和在共振值變化基礎(chǔ)上識(shí)別附在管子上或管子周圍的材料。
伸長(zhǎng)的管子的共振響應(yīng)模式大致與由相同材料組成的管子段(例如環(huán))的共振響應(yīng)模式相同，該段的直徑和壁厚與伸長(zhǎng)管子基本相同。因此，通過了解環(huán)的共振模式，可估計(jì)相應(yīng)的伸長(zhǎng)管子的共振彎曲模式。應(yīng)當(dāng)指出的是管子段的未膠結(jié)的共振模式也能或者通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量或者計(jì)算得到。
環(huán)狀體的共振頻率可用下面的關(guān)系式來模擬(ωn)2-(kn)(ωn)2+Qn＝0 (1)參數(shù)kn和Qn定義如下 這里n是模的階，a是環(huán)的半徑，h是厚度，ρ，E，D是密度，楊氏模量和定義為D＝Eh2/(12(1-υ2))的彎曲剛度，其中υ是泊松比。合并等式1，2和3導(dǎo)出如下的自然(共振)頻率的表達(dá)式。
ωfn＝[(kn/2)(1-(1-4Qn/kn2)1/2]1/2(4)
ωbn＝[(kn/2)(1+(1-4Qn/kn2)1/2]1/2(5)等式4涉及彎曲或撓曲模式而等式5涉及的是“呼吸”模式。
在彎曲模式中環(huán)共振的圖形表示的實(shí)施例在附圖2a中顯示，在呼吸模式中的圖形表示的實(shí)施例在附圖2b中顯示，故此處描述的共振模式既包括彎曲模式也包括呼吸模式。頻率關(guān)系的進(jìn)一步簡(jiǎn)化表明共振頻率大致與材料的楊氏模量除以其密度的平方根成比例。這些簡(jiǎn)化的關(guān)系如等式6和7所示ωfn＝((E/ρ)1/2)Gfn(6)ωbn＝((E/ρ)1/2)Gbn(7)其中Gfn和Gbn是通過下面關(guān)系給出的幾何因子Gfn=A(1-1-B),]]>Gbn=A(1+1-B);]]>其中A和B取決于下面式子中的環(huán)半徑a，環(huán)的厚度h，模數(shù)n和泊松比υA=n2+12(1+h2a2n212(1-υ2))]]>B=48a2h2n2(n2-1)2(1-υ2)(n2+1)2(n2h2+12a2(1-υ2))2]]>同樣地，具有環(huán)或環(huán)形橫截面的物體的共振頻率應(yīng)隨附著在物體上或物體周圍材料的硬度和質(zhì)量而變化。既然管狀體具有環(huán)形的橫截面，此現(xiàn)象也適用于管子。
將共振頻率與材料硬度和質(zhì)量之間的這種關(guān)系應(yīng)用到有關(guān)套管膠結(jié)的情況，可以推導(dǎo)出井眼內(nèi)的管子的共振頻率隨膠結(jié)的有效性和水泥性質(zhì)(鋼的性質(zhì)應(yīng)當(dāng)為已知)的變化而變化。典型地，當(dāng)一個(gè)管子，例如套管，被膠結(jié)在井眼內(nèi)時(shí)，管子的外表面能夠被水泥圍繞(并因此更可能被良好地膠結(jié))或者被例如水之類的流體圍繞(并因此典型地不能被良好地膠結(jié))。管子的外表面和水泥之間的微環(huán)隙也可能存在。
基于例如水和多數(shù)的套管膠結(jié)物之類的井下流體的物理性質(zhì)，上述關(guān)系表明通過套管膠結(jié)劑(即水泥)膠結(jié)的管子段的共振頻率將大于未通過液體耦合的未膠結(jié)管子的共振頻率。類似地，被液體(例如水)圍繞的管段的共振頻率將比未膠結(jié)的管子的共振頻率小一個(gè)數(shù)量級(jí)。使用這里描述的方法的實(shí)施例的下面非限制性的例子證實(shí)了這個(gè)推斷。
可選擇地，通過物理地測(cè)量管子的頻率響應(yīng)可經(jīng)驗(yàn)性地獲得響應(yīng)管子段。基本可用所有特定管子或者其中一段進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)量井眼內(nèi)的整個(gè)管子時(shí)，假定某些部分沒有合格膠結(jié)，因此，通過分析測(cè)量的響應(yīng)，可識(shí)別出未膠結(jié)的或膠結(jié)不好的段?？蛇x擇地，管子中膠結(jié)條件已知的段能被測(cè)量。這些方法可用來獲得用于共振頻率的經(jīng)驗(yàn)參考。
實(shí)例準(zhǔn)務(wù)一試驗(yàn)裝置用于評(píng)價(jià)暴露在不同的環(huán)境中的共振模式。試驗(yàn)裝置包括具有36英寸長(zhǎng)的鋼管的管子20，其直徑為51/2英寸，厚度為7/16英寸。試驗(yàn)還包括從相同的管子上切割下來的1英寸長(zhǎng)的校準(zhǔn)環(huán)。如圖3所示的實(shí)施例，管子20安裝了九個(gè)粘合到其外表面的傳感器或換能器16。用在實(shí)驗(yàn)中的傳感器是陶瓷壓電換能器。三個(gè)傳感器被配置對(duì)應(yīng)于管子20的三個(gè)段。這套具有“C”標(biāo)記的傳感器位于水泥膠結(jié)段，具有“W”標(biāo)記的傳感器位于置于水中的管子20的段，并且具有“A”標(biāo)記的傳感器位于暴露在空氣中的管子20的段。傳感器以90°間隔安置在管子20周圍。附圖4示出了試驗(yàn)裝置的截面圖。如圖所示，管子20的一部分用水泥9固定。水22延伸至水泥膠結(jié)部分上面，管子的外圓周暴露在水平面之上的空氣24中。
環(huán)在空氣和水中的實(shí)測(cè)頻率響應(yīng)(沖擊激勵(lì))分別如圖5和6所示。實(shí)測(cè)共振頻率發(fā)生在各自的曲線(28a和28b)所示的尖峰26上。表1比較了環(huán)在空氣和水中的實(shí)測(cè)共振頻率與環(huán)在空氣中的計(jì)算共振頻率。這使得清晰地識(shí)別各自的振動(dòng)模式下的觀測(cè)共振值。圖和表中的數(shù)據(jù)也顯示了水增加的質(zhì)量向下偏移了頻率。

表1圖7示出了使用固定在管道20的水泥膠結(jié)部分中的附屬傳感器的管子20的頻率響應(yīng)。產(chǎn)生信號(hào)的傳感器被安裝在180°方位，而接收頻率響應(yīng)的傳感器被定位在0°方位。當(dāng)曲線28c包含多個(gè)頻率響應(yīng)，其中許多表示管子20在縱向上的共振頻率時(shí)，通過圓30可以容易地辨別和標(biāo)記出該共振響應(yīng)。
需要指出的是管子的共振頻率值大于從管子上切下的環(huán)的共振頻率。表2包括了環(huán)和管子在空氣中的共振頻率。該數(shù)值差異是意料之內(nèi)并且與理論符合，因?yàn)榕c長(zhǎng)度極小的環(huán)相比，長(zhǎng)管增加了附加的徑向剛度。

表2該測(cè)量結(jié)果也顯示出當(dāng)水泥膠結(jié)到管子時(shí)，相應(yīng)的阻尼增加。阻尼最好用阻尼比率表示，η＝1/2Q，其中Q是共振的品質(zhì)因子。Q因子由等式Q＝FR/ΔF-3dB定義，其中FR是共振頻率，ΔF-3dB是在從峰值頂部的-3dB水平處測(cè)得的共振峰值的頻率寬度。Q因子與上面等式(1)-(5)中的Qn值不同。表3列出了與空氣、水和水泥結(jié)合的管子的所有三個(gè)段的共振頻率(FR)和阻尼比率(η)。這些值是在管子用水泥膠結(jié)五天后測(cè)量的。

表3上面描述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了水向管子增加了質(zhì)量(慣性)，從而減小了因而發(fā)生的共振頻率(在水中為964Hz，在空氣中為1192Hz)。相反，水泥膠結(jié)使管子變硬，結(jié)果增加了因而發(fā)生的共振頻率模式(即水泥膠結(jié)的頻率為1736Hz，在空氣中的為1192Hz)。因此，通過將布置在井眼5內(nèi)的管子20的實(shí)測(cè)頻率模式與直徑和厚度基本與該管子相同的環(huán)的頻率模式(或者是測(cè)量的或者是計(jì)算的)進(jìn)行對(duì)比，就可評(píng)價(jià)管子20周圍是否存在水泥膠結(jié)或者膠結(jié)的質(zhì)量。當(dāng)處理套管或油管已經(jīng)就位一段時(shí)間而最初放置管子20的環(huán)樣品不能獲得時(shí)，該方法尤其有用。與管子基本上具有同樣的直徑、厚度和材料的環(huán)可被制造和測(cè)試，從而建立用于比較目的的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)?？蛇x擇地，用于參考管子的這些共振值可通過上述列出的關(guān)系式數(shù)學(xué)計(jì)算得到。
因而，通過對(duì)比管子的測(cè)得的共振頻率與參考管子的共振頻率，可評(píng)價(jià)管子和膠結(jié)劑之間的膠結(jié)。為了在此討論的目的，膠結(jié)劑指的是應(yīng)用于井下管子和井眼之間的物質(zhì)，并包括將管子膠結(jié)在井眼內(nèi)和/或沿著管子提供隔離的任何東西。參考管子包括通過膠結(jié)劑膠結(jié)的管子，未膠結(jié)的管子，也包括自由管子。了解了參考管子狀態(tài)(即膠結(jié)，未膠結(jié)，或自由)及其相應(yīng)的共振頻率，測(cè)量管子的頻率可與參考管子的頻率進(jìn)行對(duì)比來評(píng)價(jià)測(cè)量管子的膠結(jié)。上述的程序可用來確定膠結(jié)劑的力學(xué)特性。這些力學(xué)特性包括密度、楊氏模量、壓縮系數(shù)、泊松比和膠結(jié)劑的速度。
圖8示出了用于評(píng)價(jià)管子和膠結(jié)劑之間的膠結(jié)的井下工具40。在圖8中，管子是置于穿透了地下地層38的井眼32內(nèi)的井下套管36。膠結(jié)劑包括在地層38內(nèi)用于隔離區(qū)位和用于把套管36膠結(jié)到井眼32的水泥44。井下工具40用線纜34懸掛在井眼32內(nèi)，纜線34可選擇地支撐在地面滑輪35上。線纜34不僅給出下放、支撐、和舉升井下工具深入、進(jìn)入和離開井眼32的方式，它還能在工具40和地面45之間提供通信線路。可選擇地，信息處理系統(tǒng)(IHS)47可通過線纜34與井下工具40鏈接。
在圖8的井下工具40的實(shí)施例中，示出傳感器42置于井下工具40上。傳感器42可以包括發(fā)送器、接收器的組合，或者一個(gè)或多個(gè)傳感器既可提供發(fā)射又可提供接收功能。發(fā)送器可包括壓電裝置、電磁聲傳感器(EMAT)、楔形傳感器、脈沖激光和彎曲共鳴器、或者它們的組合。通過所包括的傳感器42的作用，井下工具40被裝配來發(fā)送信號(hào)，例如聲波，進(jìn)入套管36并因此在這里誘發(fā)聲信號(hào)。所包括的接收器能夠使工具40記錄因而發(fā)生的沿套管36傳播的誘發(fā)信號(hào)。此外，發(fā)送器被調(diào)諧成發(fā)射被設(shè)計(jì)用于在套管36內(nèi)誘發(fā)接收器能夠探測(cè)到的共振頻率響應(yīng)的信號(hào)。由此，井下工具40被裝配為測(cè)量套管36的包括徑向共振頻率響應(yīng)的感應(yīng)頻率響應(yīng)。
在一個(gè)操作的實(shí)施例中，當(dāng)用井下工具的發(fā)送器誘導(dǎo)聲信號(hào)進(jìn)入套管36并用接收器記錄誘導(dǎo)頻率響應(yīng)時(shí)，井下工具40穿過套管36(向上或向下)。記錄的響應(yīng)可以依據(jù)上面描述的信號(hào)分析方法進(jìn)行分析，也就是與參考管子的共振進(jìn)行比較來評(píng)價(jià)管子膠結(jié)。
已記錄的信號(hào)可存儲(chǔ)在井下工具40內(nèi)用于隨后分析，或者可傳輸?shù)降孛?，用于?shí)時(shí)分析，例如通過纜線34傳輸?？紤]的分析包括上面描述的步驟和方法，包含的步驟和方法包括接收測(cè)量的頻率響應(yīng)，與參考管子的頻率對(duì)比測(cè)量的頻率響應(yīng)，并基于比較結(jié)果評(píng)價(jià)膠結(jié)?？梢耘c記錄的聲信號(hào)和響應(yīng)一起利用專門配置的分析器來執(zhí)行這些分析。分析器可被布置在井下工具40或者否則布置在井眼32內(nèi)?？蛇x擇地，分析器可安裝在地面上，或者作為整個(gè)分析系統(tǒng)或者其中的一部分，而其余部分布置在井下或在遠(yuǎn)程地方。
如圖8所示，IHS可通過纜線34與井下工具40耦連。IHS47可用于控制在這里描述的聲信號(hào)的產(chǎn)生和/或接收隨后信號(hào)的記錄。此外，IHS既可用于存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)，還可用于把數(shù)據(jù)處理成可讀格式。IHS47可布置在地面上、井眼內(nèi)或部分地布置于地面上部分地布置于地面下。IHS47可包括處理器、處理器可訪問的存儲(chǔ)器、處理器可訪問的非易失性的存儲(chǔ)區(qū)、和執(zhí)行每一個(gè)上述步驟的邏輯運(yùn)算。
圖9描述了在此公開的方法的一個(gè)實(shí)施例，其中管子包含鉆柱56。如圖所示，鉆柱56已粘附了襯附在井眼52的壁58上的泥餅60。由于井眼52和周圍地層54之間的壓差(箭頭所示)，通常鉆柱可能變得靠著井壁58放置。這個(gè)壓差，也稱為一種過平衡條件，通過向井眼52增加高密度流體，直到井眼壓力超過地層壓力時(shí)產(chǎn)生，壓差能造成流體從井眼52運(yùn)移進(jìn)地層54。這種情形的一個(gè)后果是如果鉆柱通過時(shí)與井壁58太近，流體遷移可能把鉆柱56擠入井壁58內(nèi)，造成公知的“粘管”情況。
盡管當(dāng)通過對(duì)鉆柱56沖擊或振動(dòng)或通過從地表用比未粘管子的重量大的多的拉力時(shí)能使被粘鉆柱56解粘，在某些實(shí)例中，取回管子可能也需要切斷鉆柱56。在每一種取回方法中，為了方便正確的外移，確定鉆柱56的哪一部分被粘是必要的。井眼壁和鉆柱56的外表面之間的受力接觸可通過用與確定管子和膠結(jié)劑之間的膠結(jié)相同的方法來識(shí)別。沿著管子長(zhǎng)度在不連續(xù)的位置用外加的信號(hào)激勵(lì)管子(鉆柱)產(chǎn)生共振響應(yīng)，測(cè)量響應(yīng)的共振響應(yīng)，并與參考管子對(duì)比測(cè)量的響應(yīng)能夠顯示管子的哪一部分與井眼壁接觸。了解鉆柱在哪里與井眼壁粘附通常反映了被粘管子的位置/深度。另外，本方法包括除了識(shí)別深度的能力外，還包括識(shí)別泥餅與鉆柱接觸的方位位置。
圖9還給出了配有傳感器42的井下工具40怎樣插入被粘鉆柱56內(nèi)的例子。井下工具40上的傳感器42能發(fā)射被配置為用于誘導(dǎo)管壁(鉆柱)的共振徑向頻率響應(yīng)的信號(hào)，并且也記錄因而發(fā)生的信號(hào)。
圖10示出了設(shè)置在下套管井眼62內(nèi)的油管64的一段，有套管的井眼包括用水泥65固定在有套管的井眼62內(nèi)的套管63。顯示的封隔器67將油管64錨定到套管63上。在封隔器67的頂部上的鄰近油管64的井眼內(nèi)能堆積巖屑70或其它碎片。過一段時(shí)間，可能存在足夠量的巖屑70楔進(jìn)套管63內(nèi)的油管，因此阻止了油管64的外移。外移被粘油管的方法關(guān)鍵在于油管怎樣和在哪里被粘。由于存在膠結(jié)劑和泥餅，油管64周圍的巖屑70可以通過井下工具40檢測(cè)到。因而通過下放井下工具40到油管64內(nèi)，測(cè)量徑向共振頻率，對(duì)比共振頻率與參考頻率，就可評(píng)價(jià)出鄰近封隔器67的油管是否被巖屑70圍繞。
因此，在此描述的本方法很好地適用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和達(dá)到提及的目的、優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明固有的其它方面。雖然為了公開已經(jīng)給出本發(fā)明的目前的最佳實(shí)施例，但為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，在實(shí)施細(xì)節(jié)上存在多種變化。例如，參考管子的共振頻率可由例如通過測(cè)量之類的試驗(yàn)獲得，或例如通過上述提到的關(guān)系式計(jì)算得到該值。這些和其它類似的修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的，并且它們包含在在此公開的本發(fā)明精神和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種評(píng)價(jià)管子和膠結(jié)劑之間的膠結(jié)的方法，包括測(cè)量管子內(nèi)誘導(dǎo)的共振頻率響應(yīng)；比較測(cè)得的頻率響應(yīng)與參考管子的共振；以及基于該比較評(píng)價(jià)膠結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中參考管子是膠結(jié)的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括評(píng)價(jià)膠結(jié)劑的力學(xué)特性。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中力學(xué)特性包括密度、楊氏模量、壓縮系數(shù)、泊松比和速度。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中膠結(jié)劑的性質(zhì)已知。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中參考管子是未膠結(jié)的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中評(píng)價(jià)膠結(jié)的步驟包括確定管子周圍區(qū)域中流體的存在。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中評(píng)價(jià)膠結(jié)的步驟包括確定膠結(jié)質(zhì)量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中徑向共振頻率響應(yīng)由波引發(fā)，該波從包括壓縮波、剪切波、橫向偏振剪切波、拉姆波、瑞利波和它們的組合的這組波中選擇。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括檢測(cè)鄰近管子的微環(huán)隙。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中共振頻率從彎曲模式和呼吸模式中選擇。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中共振頻率由如下的關(guān)系確定ωfn＝((E/ρ)1/2)Gfn；其中E是管子的楊氏模量，ρ是管子的密度，和Gfn是管子的幾何因子。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中共振頻率由如下的關(guān)系確定ωbn＝((E/ρ)1/2)Gbn；其中E是管子的楊氏模量，ρ是管子的密度，和Gbn是管子的幾何因子。
14.一種可置于管子內(nèi)的井下工具，包括發(fā)送器；和接收器，接收器配置成用來接收管子內(nèi)誘導(dǎo)的徑向共振頻率響應(yīng)，該響應(yīng)可與參考管子的響應(yīng)進(jìn)行比較。
15.如權(quán)利要求14所述的井下工具，還包括配置為用于比較管子內(nèi)誘導(dǎo)的響應(yīng)與參考管子的響應(yīng)的分析器。
16.如權(quán)利要求15所述的井下工具，其中分析器包括信息處理系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求15所述的井下工具，還包括從壓電裝置、EMAT、脈沖激光器、楔形傳感器和彎曲共鳴器中選擇的裝置。
18.如權(quán)利要求15所述的井下工具，還包括信號(hào)發(fā)生器。
19.如權(quán)利要求14所述的井下工具，其中發(fā)送器和接收器處在同一傳感器中。
20.一種評(píng)價(jià)井下管子的膠結(jié)的方法，包括向管子內(nèi)發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)被配置為誘發(fā)徑向共振頻率響應(yīng)；測(cè)量管子內(nèi)誘發(fā)的徑向共振頻率響應(yīng)；識(shí)別具有井下管子特性的參考管子；獲得參考管子的徑向共振頻率響應(yīng)；比較測(cè)得的頻率響應(yīng)與參考管子的徑向共振頻率響應(yīng)；和基于該比較評(píng)價(jià)膠結(jié)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中參考管子是膠結(jié)的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中膠結(jié)劑的特性已知。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中參考管子是未膠結(jié)的。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中評(píng)價(jià)膠結(jié)的步驟包括確定管子周圍區(qū)域中流體的存在。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中獲得參考管子的徑向共振頻率響應(yīng)的步驟通過計(jì)算實(shí)施。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中獲得參考管子的徑向共振頻率響應(yīng)的步驟經(jīng)驗(yàn)地實(shí)施。
27.一種評(píng)價(jià)被粘管子的方法，包括測(cè)量管子內(nèi)誘導(dǎo)的頻率響應(yīng)；比較測(cè)量的頻率響應(yīng)與參考管子的頻率響應(yīng)；和基于比較評(píng)價(jià)管子在哪里被粘住。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中頻率響應(yīng)是徑向共振頻率響應(yīng)。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中參考管子是膠結(jié)的。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中參考管子是未膠結(jié)的。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中被粘管子是在過平衡條件下在井眼內(nèi)膠結(jié)的鉆柱。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中被粘管子包括通過積累的碎屑粘結(jié)到套管的管路。
全文摘要
一種方法用于評(píng)價(jià)井下管子的水泥膠結(jié)的存在和/或質(zhì)量。該方法包括測(cè)量管子的徑向共振模式，和比較這些測(cè)量值與校準(zhǔn)環(huán)的未膠結(jié)管子共振值。對(duì)于膠結(jié)良好的管子，測(cè)量的徑向共振應(yīng)當(dāng)大于未膠結(jié)管子校準(zhǔn)環(huán)的共振。在有流體的區(qū)域，例如水包圍管子外面，或另外水泥沒有膠結(jié)到管子的外表面，測(cè)量響應(yīng)應(yīng)當(dāng)小于校準(zhǔn)響應(yīng)。校準(zhǔn)環(huán)應(yīng)具有相同的直徑、壁厚，并用與管子相同的材料制造。
文檔編號(hào)E21B47/00GK101059076SQ20061013096
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者艾利克斯·保沙科夫, 弗拉迪米爾·杜賓斯基, 唐曉明, 道格拉斯·帕特森, 迪米特里·東斯科伊, 約瑟夫·G·巴羅拉克 申請(qǐng)人:貝克休斯公司