專利名稱：一種簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法。
背景技術(shù)：
在油田測井中，為了對測井儀器進行測試、標(biāo)定和刻度，需要建立測井儀器的標(biāo)準(zhǔn) 測試系統(tǒng)，稱為標(biāo)準(zhǔn)井或刻度井。隨著測井儀器的不斷引進和儀器國產(chǎn)化水平的提高，刻度 井的作用越來越重要。對于一般聲速測井儀器來說，刻度與檢驗用刻度井結(jié)構(gòu)如圖1所示?？潭染ǔＳ删?1、井眼圍巖12、井眼地面保護層13及大地14組成。井眼11直徑根據(jù)實際油井井眼尺寸設(shè)計，可階梯設(shè)計不同直徑以滿足實際聲速 測井儀器刻度檢驗需要，下部留有“鼠洞”以滿足不同儀器長度需要，井眼內(nèi)充滿流體(通 常為水)。井眼圍巖12由多層圓柱狀不同聲速的天然巖石組成，較高的聲速巖石有灰?guī)r，白 云巖等，較低聲速巖石有泥巖，砂巖等，考慮到聲速測量儀器聲學(xué)換能器工作頻率，圍巖直 徑通常要求大于5米。在實際刻度井設(shè)計中，一直存在以下幾個突出的問題，使得刻度井建設(shè)費用高，困 難大。1、可作為刻度標(biāo)準(zhǔn)的巖石模塊獲取困難，以直徑5米，厚度0. 5米記，如此巨大的 巖石模塊開采和加工非常困難，很難保證內(nèi)部巖石聲速均勻，也不能保證內(nèi)部巖石微空隙 均勻。2、巖石聲速標(biāo)定困難，購買巖石模塊價格昂貴，采用天然巖石制作刻度井投資巨 大。3、由于圍巖尺寸大，需要多層巖石模塊層層壘疊構(gòu)建，施工難度大。4、巖石長時間存放后會風(fēng)化老化，聲速會有變異，監(jiān)測困難，刻度井維護費用大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種性能穩(wěn)定、成本低廉且便于維護的聲速測井 儀刻度檢驗方法。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種簡易聲速測井儀刻度檢驗方法，包括以下 步驟選取兩個以上具有明顯聲速差異的待測地層，并根據(jù)每個待測地層聲波傳輸速 度，分別制作與相應(yīng)地層聲波傳輸速度(差距在5%以內(nèi))的管材，用于模擬相應(yīng)地層巖 石；(2)分別在相應(yīng)模擬管材內(nèi)填充可模擬井眼中泥漿的流體；(3)將聲速測井儀放置在相應(yīng)模擬管材內(nèi)；(4)使用聲速測井儀中發(fā)射換能器向相應(yīng)模擬管材內(nèi)發(fā)射聲波；(5)使用聲速測井儀中接收換能器接收相應(yīng)模擬管中聲波傳播信號，將該信號采集并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收到接收換能器發(fā)送來的聲波信號，經(jīng)波形數(shù)據(jù)分析處理后 獲取所測管材聲波傳播速度，與相應(yīng)模擬管的標(biāo)準(zhǔn)聲波傳播速度比對，從而驗證聲速測井 儀在相應(yīng)地層井眼中的測量準(zhǔn)確性，該標(biāo)準(zhǔn)聲波傳播速度值可作為聲速測井儀的標(biāo)準(zhǔn)刻度值。進一步，所述步驟(1)中，采用金屬長圓管模擬高速地層井眼，采用水泥長圓管模 擬中速地層井眼，采用高分子長圓管模擬低速地層井眼。進一步，所述金屬長圓管為鋼管或鋁管。進一步，所述高分子長圓管為有機玻璃管或PVC管。進一步，所述步驟(3)中的流體為水。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明采用具有確定穩(wěn)定聲波傳輸速度的管材模擬不同地層井眼，性能穩(wěn)定、 且結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低廉，并且維護便捷。2、本發(fā)明采用鋼管、鋁管、有機玻璃管、PVC管及水等容易獲得材料，獲取方便，且 成本及其低廉，另外，其聲波傳輸速度特性穩(wěn)定，便于獲得。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明圖1示出了目前使用的刻度井結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本發(fā)明中模擬管材使用狀態(tài)示意圖；圖3示出了本發(fā)明中模擬管材結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了本發(fā)明中單極子發(fā)射、單極子接收所得到的測量波形圖。
具體實施例方式本發(fā)明中模擬管材結(jié)構(gòu)如圖2所示，本發(fā)明的實現(xiàn)包括以下步驟(1)根據(jù)高速地層、中速地層及低速地層聲波傳輸速度，分別選取與該高速地層、 中速地層及低速地層聲波傳輸速度相近(差距在5%以內(nèi))的金屬長圓管、水泥長圓管及高 分子長圓管模擬高速地層、中速地層及低速地層。金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管的結(jié)構(gòu)均如圖3所示，為長、圓、薄壁結(jié) 構(gòu)，壁厚為外徑的1/10-1/2，長度為外徑的3倍以上。該金屬長圓管6具有密封底面，上部 開口。由于金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管具有確定的聲波傳輸速度，而且該 聲波傳輸速度是容易獲知的，所以將金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管的聲波傳輸 速度分別輸入并存儲到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5中。(2)分別在金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管內(nèi)填充流體1，模擬相應(yīng)地層 井眼中與該流體聲學(xué)特性相近的泥漿。在金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管內(nèi)填充 滿該流體。(3)將需檢測的聲速測井儀2放置相應(yīng)模擬管材6內(nèi)，并可采用推靠裝置7居中 設(shè)置在相應(yīng)模擬管材6中，以保證測試的聲波數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于該模擬管包括金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管三種，可將聲速測井儀2依先后次序分別在金屬長圓管、水 泥長圓管及高分子長圓管中進行測量。(4)分別使用聲速測井儀2中發(fā)射換能器3向相應(yīng)模擬管材6內(nèi)發(fā)射聲波，該聲波 通過流體1及相應(yīng)模擬管材6管壁進行傳播。由于相應(yīng)模擬管6包括金屬長圓管、水泥長 圓管及高分子長圓管，該金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管均具有確定的聲波傳輸 速度，通過理論計算可以獲得，所以對于確定的聲波儀器會有確定的聲波傳播速度測量值， 這里使用聲速測井儀2真實的聲波傳播速度測量數(shù)值與理論聲波傳播速度值進行比較，可 以檢驗得到該聲速測井儀2的測量性能。(5)使用聲速測井儀2中接收換能器4分別接收相應(yīng)模擬管材6中聲波傳播信號， 并將該信號發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5。接收換能器4與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5之間通過連線與接口 進行通訊。(6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5接收到接收換能器4發(fā)送來的聲波傳播信號。模擬管材6為 金屬長圓管時，與該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5中輸入的金屬長圓管聲波特性參數(shù)進行比對，檢驗聲 速測井儀2在高速地層井眼中的測量指標(biāo)。模擬管材6為水泥長圓管時，與該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5中輸入的水泥長圓管聲波特性 參數(shù)進行比對，檢驗聲速測井儀2在中速地層井眼中的測量指標(biāo)。模擬管材6為高分子長圓管時，與該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5中輸入的高分子長圓管聲波 特性參數(shù)進行比對，檢驗聲速測井儀2在低速地層井眼中的測量指標(biāo)。這樣就分別檢驗了聲速測井儀2在高速、中速及低速地層井眼中的測量指標(biāo)，綜 合聲速測井儀2在以上三種不同模擬聲速地層井眼中刻度，可通過計檢驗、標(biāo)定及刻度該 聲速測井儀2。本發(fā)明采用具有確定穩(wěn)定聲學(xué)特性的管材模擬不同地層井眼，性能穩(wěn)定、且結(jié)構(gòu) 簡單、制作成本低廉，并且維護便捷。本發(fā)明中，步驟(1)中的金屬長圓管6可以采用鋼管或鋁管。步驟(1)中的高分 子長圓管6可以采用有機玻璃管或PVC管。步驟(2)中的流體1可以采用水。本發(fā)明采用鋼管、鋁管、有機玻璃管、PVC管及水等容易獲得材料，獲取方便，且成 本及其低廉，另外，其聲波傳輸速度穩(wěn)定，參數(shù)便于獲得。本發(fā)明中，金屬長圓管、水泥長圓管及高分子長圓管在使用時垂直放置，管外為空 氣或水。圓管長度的選擇應(yīng)滿足不同單極、偶極聲速測井儀標(biāo)定的最大長度需要；壁厚的 選擇應(yīng)滿足承壓需要，主要考慮管內(nèi)所需承受的流體壓力(管外為空氣時)和標(biāo)定刻度操 作過程中所形成的機械壓力。圓管直徑及材料(對應(yīng)不同聲學(xué)參數(shù))的選擇應(yīng)保證儀器標(biāo)定過程中在目標(biāo)頻率 段內(nèi)(對應(yīng)儀器工作頻率)激發(fā)出較強的聲場能量，以便于聲速測井儀性能的評估；另外， 壁厚有限的長圓管中通過聲速測井儀器所測得的聲波時差值(聲波速度的倒數(shù))不同于管 材介質(zhì)本身的聲波時差值，需要針對不同的聲速測井儀類型進行校正。下面給出一個測試實例。圖4是單極子發(fā)射、單極子接收所得到的測量波形，接收 探頭為4組，波形幅度較大的部分進行了飽和處理。測試過程中，管材選用的是鋁管，其壁 厚為10毫米，管長為8米，內(nèi)徑0. 15米。
通過波形處理，可得首波傳播時差為57微秒/英尺，即首波傳播速度為5347米 /秒。而對金屬材料鋁來說，其縱波聲速為6420米/秒(馬大猷等，《聲學(xué)手冊》修訂版， 2004)。實測結(jié)果表明，單極子聲波測井儀在有限壁厚管材中測得的首波傳播速度比無限大 鋁制材料中的縱波聲速要低得多，這主要是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響，使得首波存在頻散現(xiàn)象。 因此，在聲波測井儀器的實際刻度過程中，需要根據(jù)儀器的頻率進行不同頻散校正。偶極子聲波測井儀的測試過過程和結(jié)果與單極子聲波測井儀類似，在此不重復(fù)再給出。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍， 因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法，其特征在于，包括以下步驟(1)選取兩個以上具有明顯聲速差異的待測地層，并根據(jù)每個待測地層聲波傳輸速度，分別制作與相應(yīng)地層聲波傳輸速度接近(差距在5％以內(nèi))的管材，用于模擬相應(yīng)地層巖石；(2)分別在相應(yīng)模擬管材內(nèi)填充可模擬井眼中泥漿的流體；(3)將聲速測井儀放置在相應(yīng)模擬管材內(nèi)；(4)使用聲速測井儀中發(fā)射換能器向相應(yīng)模擬管材內(nèi)發(fā)射聲波；(5)使用聲速測井儀中接收換能器接收相應(yīng)模擬管中聲波傳播信號，將該信號采集并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收到接收換能器發(fā)送來的聲波信號，經(jīng)波形數(shù)據(jù)分析處理后獲取所測管材聲波傳播速度，與相應(yīng)模擬管的標(biāo)準(zhǔn)聲波傳播速度比對，從而驗證聲速測井儀在相應(yīng)地層井眼中的測量準(zhǔn)確性，該標(biāo)準(zhǔn)聲波傳播速度值可作為聲速測井儀的標(biāo)準(zhǔn)刻度值。
2.如權(quán)利要求1所述的簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法，其特征在于所述步驟 (1)中，采用金屬長圓管模擬高速地層井眼，采用水泥長圓管模擬中速地層井眼，采用高分 子長圓管模擬低速地層井眼。
3.如權(quán)利要求2所述的簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法，其特征在于所述金屬 長圓管為鋼管或鋁管。
4.如權(quán)利要求2所述的簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法，其特征在于所述高分 子長圓管為有機玻璃管或PVC管。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的簡易聲速測井儀檢驗、標(biāo)定及刻度方法，其特征在于所 述步驟(2)中的流體為水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡易聲速測井儀刻度檢驗方法，包括以下步驟(1)根據(jù)待測地層聲波傳輸速度，選取與相應(yīng)地層具有相近聲波傳輸速度的模擬管材；(2)分別在相應(yīng)模擬管材內(nèi)填充流體；(3)將聲速測井儀放置在相應(yīng)模擬管材內(nèi)；(4)使用聲速測井儀中發(fā)射換能器向相應(yīng)模擬管材內(nèi)發(fā)射聲波；(5)使用聲速測井儀中接收換能器接收相應(yīng)模擬管材中聲波信號，并將該信號發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收到接收換能器發(fā)送來的聲波信號，與相應(yīng)模擬管的聲波相應(yīng)特性參數(shù)進行比對，從而檢驗聲速測井儀的性能。本發(fā)明采用具有確定聲波傳輸速度的管材模擬不同地層井眼，性能穩(wěn)定、且結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低廉，并且維護便捷。
文檔編號E21B49/00GK101942987SQ20101025386
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者劉西恩, 盧濤, 張海瀾, 陳德華 申請人:中國海洋石油總公司;中海油田服務(wù)股份有限公司