專利名稱：扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油測井領(lǐng)域中一種測量固井水泥膠結(jié)質(zhì)量的
專用工具，特別涉及一種對固井的I、 n界面膠結(jié)特征進(jìn)行360。顯
示成像測井的專用儀器。
背景技術(shù)：
在油田生產(chǎn)開發(fā)的中后期，固井質(zhì)量評價(jià)測井是油田一項(xiàng)重要的 測井技術(shù)，對解決油井油水串槽等問題起到關(guān)鍵作用。目前油田使用 聲幅水泥膠結(jié)測井和聲波變密度測井作為常規(guī)的水泥膠結(jié)測井儀，來 測量套管與水泥之間界面的膠結(jié)情況，利用這種測井方式其發(fā)射和接
收均無定向，只能反映套管周圍360。水泥膠結(jié)的平均狀況，不能反 映套管周圍不同方位的水泥膠結(jié)狀況，這樣測量就難以區(qū)分圍繞套管 的低抗壓強(qiáng)度的水泥，以及套管周圍水泥膠結(jié)好但周長中有一小區(qū)塊 水泥隔離差等情況，再加上水泥密度、套管厚度、儀器偏心等因素的 影響，使得評價(jià)結(jié)果存在偏差和多解性。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，克服了原有 儀器在使用中的局限性，水泥成像圖能直觀、準(zhǔn)確、詳細(xì)地反映水泥 溝槽和空隙。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，包 括陣列聲波密度短節(jié)、傳感器系統(tǒng)及配套的電子線路，其特征是傳感器系統(tǒng)中含有六個(gè)推靠測量臂，每個(gè)推靠臂極板上裝有一組換能器， 且每組換能器上有兩個(gè)發(fā)射換能器和一個(gè)接收換能器。
其中所述的六個(gè)推靠測量臂以環(huán)繞方式把整個(gè)井周360°分成6
個(gè)60°等扇面分布。
其中所述的發(fā)射換能器和接收換能器的安裝位置是按照矩陣關(guān) 系排列。
其中所述的發(fā)射換能器有兩個(gè)發(fā)射單元，且每個(gè)發(fā)射單元為1/4 波長。
本實(shí)用新型是石油測井領(lǐng)域固井水泥膠結(jié)質(zhì)量測井專用儀器，儀 器采用目前最先進(jìn)的推靠臂式分扇區(qū)水泥膠結(jié)測井方案。儀器分6扇 區(qū)測量固井水泥膠結(jié)質(zhì)量，它采用六組換能器和陣列聲波密度短節(jié)， 對套管水泥膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行井下成像，可以更細(xì)微地對水泥膠結(jié)強(qiáng)度、 裂縫、氣泡等進(jìn)行分析，特別適用于對水泥膠結(jié)強(qiáng)度要求較高的井。
本實(shí)用新型為推靠式貼井壁測量，采用六扇區(qū)測量水泥膠結(jié)質(zhì) 量，它是一種新型的水泥膠結(jié)測井儀，它不受微環(huán)空、快速地層、泥 漿性能變化等因素的影響，水泥成像圖能直觀、準(zhǔn)確、詳細(xì)地反映水 泥溝槽和空隙。克服了原有儀器在使用中的局限性。
本實(shí)用新型每個(gè)接收器接收相鄰極板上發(fā)射器發(fā)射的聲波，這樣 就可以測出一組聲幅曲線，每條曲線顯示一定張開角內(nèi)扇面內(nèi)水泥的 膠結(jié)狀況，這樣就可以顯示套管周圍不同方位處水泥的膠結(jié)情況，進(jìn) 一步提高檢査固井質(zhì)量的精度。

圖1是聲波極板整列圖。
圖2是測量極板360。展開示意圖。
圖3是換能器發(fā)射接收示意圖。
圖4是聲波換能器增強(qiáng)技術(shù)示意圖。
圖5是電路原理圖。
圖6是本實(shí)用新型儀器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
如圖6所示，本實(shí)用新型主要由陣列聲波密度短節(jié)l、傳感器系 統(tǒng)及配套的電子線路5組成。傳感器系統(tǒng)有六個(gè)推靠測量臂2，每個(gè) 極板上裝有兩個(gè)發(fā)射換能器4和一個(gè)接收換能器3，相鄰兩極板之間 的夾角為60度。測井時(shí)，推靠測量臂2將六個(gè)安裝有發(fā)射換能器4 和接受換能器3的極板推靠到井臂，六個(gè)極板把整個(gè)井周360°分成 6個(gè)60°等扇面的扇區(qū)及分成6個(gè)120。等扇面的扇區(qū)。對每個(gè)扇區(qū) 用高頻(lOOKHz)聲波發(fā)射接收，分別在環(huán)繞圓周方向以120°近源 距0.2m測量一次；以60°源距0.375m測量一次；在偏心聲源理論 圖版的支持下，處理測量波形的相位信息分別對固井的I、 II界面膠 結(jié)特征進(jìn)行分扇區(qū)精細(xì)測量，并且以成像的方式顯示360。的膠結(jié)特 征。
(1)換能器排列
本實(shí)用新型以環(huán)繞方式在包括整個(gè)井眼的6個(gè)區(qū)塊定量測量水泥膠結(jié)的完整性。6組聲波換能器安裝在6個(gè)極板上，測井時(shí)，通過 動力推靠使得極板與套管內(nèi)壁接觸，以便進(jìn)行補(bǔ)償衰減測量，聲波極
板陣列如圖l所示，6個(gè)極板按360度方向展開后如圖2所示；6組
換能器的組合測量能對水泥膠結(jié)質(zhì)量從縱向和橫向沿套管周邊進(jìn)行 定量測量。這種測量方法屬于偏心聲源激發(fā)的三維聲場的運(yùn)用，在每
個(gè)儀器分區(qū)中，利用4個(gè)鄰近極板上的2個(gè)發(fā)射器和2個(gè)接收器組成 的聲系從兩個(gè)方向來測量聲波衰減，在操作次序方面，發(fā)射器Tl發(fā) 射，測量R2和R3處的聲幅，定義為A12和A13，如圖3所示， 然后T4發(fā)射，測量聲幅為A42和A43。按下式計(jì)算出衰減 衰減=10 lg[ (A12 XA43) / (A13 XA42)]
兩次測量結(jié)果組合在一起求出補(bǔ)償后數(shù)值，它不取決于接收器靈 敏度或發(fā)射器的能量。這種測量過程對6個(gè)分區(qū)中每一個(gè)進(jìn)行重復(fù)。 這種發(fā)射和接收器的排列也補(bǔ)償了套管表面不平和內(nèi)壁有殘留水泥 的影響，在整個(gè)范圍內(nèi)完全進(jìn)行補(bǔ)償。 (2)聲束的控制
本實(shí)用新型采用聲波換能器增強(qiáng)技術(shù)使極板上發(fā)射換能器的輸 出得以加強(qiáng)。這種技術(shù)利用兩個(gè)發(fā)射單元(每個(gè)為1/4波長)控制 發(fā)射器的方向特性，從所要求的方向最遠(yuǎn)的單元首先發(fā)射，當(dāng)聲波從 第一單元通過第二單元時(shí)，第二單元發(fā)射，從而增強(qiáng)了該預(yù)定方向上
的聲波能量，如圖4所示；因聲波強(qiáng)度隨幅度的平方變化，使得有效實(shí)際測井過程中通過輸入已知的套管參數(shù)和水泥參數(shù)，如套管外 徑、水泥壓縮指數(shù)等，計(jì)算出發(fā)射延遲時(shí)間等參數(shù)輸送到井下儀器， 對儀器的刻度和測量參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置，從而進(jìn)一步提高儀器的測量 精度。
兩個(gè)井下加速度計(jì)用來確定下井儀相對方位，從而確定下井儀相 對于井斜的零度測量臂的相對方位。
(4) VDL測量
本實(shí)用新型除對水泥膠結(jié)質(zhì)量從縱向和橫向沿套管周邊進(jìn)行定 量扇區(qū)測量外，實(shí)際測井過程中，還掛接有VDL測井短節(jié)，實(shí)現(xiàn)常規(guī) 聲波變密度測井，作為本實(shí)用新型的輔助測量。
(5) 綜合解釋
本實(shí)用新型測量數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸短節(jié)上傳至數(shù)控成像測井地面系統(tǒng)，
處理結(jié)果用兩種測井圖表示主測井圖和分區(qū)陣列圖。主測井圖與普 通水泥膠結(jié)測井圖格式類似，顯示水泥膠結(jié)聲幅、最小和平均衰減曲 線、特征波形或變密度顯示、對比曲線和接箍定位曲線。平均衰減曲 線是6個(gè)區(qū)塊測量結(jié)果的平均值，最小衰減曲線代表最小衰減的
60°區(qū)塊。這兩條曲線用同一比例尺并行顯示，標(biāo)出的兩條衰減曲線 的幅度差表示套管某一側(cè)缺失水泥。分區(qū)陣列圖以360度成像的形式 定量顯示6個(gè)經(jīng)過圖形增強(qiáng)處理的補(bǔ)償衰減測量值。
(6) 電路原理
如圖五所示，電路分為電源模塊、電容器板、極板接收板、極板 驅(qū)動板、VDL驅(qū)動板、馬達(dá)控制等幾部分。本實(shí)用新型可以通過32芯標(biāo)準(zhǔn)接頭和兩種傳輸短節(jié)相連，它的
供電為150V來自傳輸短節(jié)，同時(shí)也為接在它下方的儀器提供150V電 源，它接收傳輸短節(jié)輸出的數(shù)字信號(DATA, CLOCK, LATCH, SYNC),并按 傳輸短節(jié)的指令控制極板和VDL的狀態(tài).
它的輸出為兩路模擬信號:LLREC和L—REC.其中U一REC輸出的是 上極板的接收信號;L—REC輸出的是下極板的接收信號以及VDL接收 信號，還有X， Y加速度計(jì)的信號也從L—REC輸出.
儀器線路系統(tǒng)由以下兩部分組成線路骨架部分和過線密封接頭 組件。過線密封接頭組件是儀器傳感器部分與線路部分的過渡連接 段，不但起到高壓井液和向常壓線路部分的壓力隔離作用，而且解決 了把儀器高壓井液端向常壓線路部分的電連接問題及絕緣問題。在結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)上，將多達(dá)42根電源線與信號線隔離并且分層分股走線，解 決了干擾問題。
線路骨架分為上、下兩個(gè)骨架，用加速度傳感器支架連接起來。 骨架采用工字梁結(jié)構(gòu)，線路板和元器件分布在工字梁兩側(cè)的平面上。
權(quán)利要求1、一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，包括陣列聲波密度短節(jié)(1)、傳感器系統(tǒng)及配套的電子線路(5)，其特征是傳感器系統(tǒng)中含有六個(gè)推靠測量臂(2)，每個(gè)推靠測量臂極板上裝有一組換能器，且每組換能器上有兩個(gè)發(fā)射換能器(4)和一個(gè)接收換能器(3)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，其特征是所述的 六個(gè)推靠測量臂(2)以環(huán)繞方式把整個(gè)井周360°分成6個(gè)60°等扇 面分布。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，其特征是所述的 發(fā)射換能器(4)和接收換能器(3)的安裝位置是按照矩陣關(guān)系排列。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，其特征是所述的 發(fā)射換能器(4)有兩個(gè)發(fā)射單元，且每個(gè)發(fā)射單元為1/ 4波長。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀，包括陣列聲波密度短節(jié)、傳感器系統(tǒng)及配套的電子線路，其特征是傳感器系統(tǒng)中含有六個(gè)推靠測量臂，每個(gè)推靠測量臂極板上裝有一組換能器，且每組換能器上有兩個(gè)發(fā)射換能器和一個(gè)接收換能器。本實(shí)用新型為推靠式貼井壁測量，采用六扇區(qū)測量水泥膠結(jié)質(zhì)量，它是一種新型的水泥膠結(jié)測井儀，它不受微環(huán)空、快速地層、泥漿性能變化等因素的影響，水泥成像圖能直觀、準(zhǔn)確、詳細(xì)地反映水泥溝槽和空隙。
文檔編號E21B49/00GK201236700SQ20082002995
公開日2009年5月13日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者杰 任, 任小寧, 易迪峰, 波 薛, 詹保平, 韓紅毅 申請人:西安威盛電子儀器有限公司