鄒 輝，何 強(qiáng)

(川慶鉆探工程有限公司測(cè)井公司 重慶 400021)

0 引 言

HH-2530測(cè)井系統(tǒng)是北京環(huán)鼎公司于2005年以CSU為藍(lán)本開(kāi)發(fā)出來(lái)國(guó)產(chǎn)化的成像測(cè)井系統(tǒng)，該測(cè)井系統(tǒng)在川渝地區(qū)使用已有10余年的時(shí)間。該測(cè)井系統(tǒng)在進(jìn)行聲幅-變密度測(cè)井作業(yè)時(shí)，在完成裸眼井段組合測(cè)井后，可不用中途換接儀器，直接通過(guò)地面系統(tǒng)切換到聲幅模式即可進(jìn)行套管井聲幅-變密度測(cè)井，能夠極大地提高施工時(shí)效，深受用戶歡迎。但該系統(tǒng)目前在套管井測(cè)得的聲幅-變密度資料，與專門用于聲幅-變密度測(cè)井[1]的SKD-3000三組合系統(tǒng)相比還有一定的差距，儀器工作還不是很穩(wěn)定，取得的資料還存在一定的質(zhì)量問(wèn)題。本文針對(duì)HH-2530聲幅-變密度資料質(zhì)量問(wèn)題提出解決方法。

1 測(cè)井原理

HH-2530聲幅變密度儀器聲系結(jié)構(gòu)為單發(fā)四收結(jié)構(gòu),如圖1所示。

圖1 HH-2530聲幅-變密度聲系結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)進(jìn)行聲幅-變密度測(cè)井作業(yè)時(shí)，R2和R3不工作，變成單發(fā)雙收模式，既換能器T發(fā)射，接收器R1，R4接收。源距分別為：3 ft(1 ft=304.8 mm)和5 ft。

對(duì)于3 ft源距接收器，聲波發(fā)射器發(fā)射聲波脈沖，經(jīng)泥漿折射入套管，產(chǎn)生套管波，套管波又折射入泥漿，接收器接收聲波波列中的首波幅度。經(jīng)電子線路轉(zhuǎn)化成電壓值，當(dāng)儀器沿井身移動(dòng)時(shí)，就測(cè)出一條隨井深變化的聲幅曲線，套管聲幅值的高低來(lái)判斷套管與水泥環(huán)膠結(jié)的好壞。

對(duì)于5 ft接收器，接收的是聲波的全波列[2]。分為3個(gè)部分：即套管波、地層波、泥漿波。接收電子線路將信號(hào)轉(zhuǎn)化為與其幅度成正比的點(diǎn)信號(hào)。經(jīng)電纜傳送至地面，波檢后只保留正半周部分。這部分信號(hào)調(diào)制成光點(diǎn)亮度。波幅大，電壓高，光點(diǎn)就亮。測(cè)井圖上顯示條帶為黑色，而光點(diǎn)亮度低時(shí)，顯示為灰色條帶。負(fù)半周電壓為零，光點(diǎn)不亮，測(cè)井圖上顯示為白色條帶。形成的變密度測(cè)井圖就是黑白相間的條帶。儀其顏色的深淺來(lái)表示信號(hào)的強(qiáng)弱。通過(guò)對(duì)變密度測(cè)井圖上顯示的套管波、地層波、泥漿波的強(qiáng)弱分析，來(lái)確定套管與水泥環(huán)，水泥環(huán)與地層膠結(jié)質(zhì)量的好壞。HH-2530聲波-變密度原理圖如圖2所示。

2 測(cè)井資料常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題

川慶測(cè)井技術(shù)分公司XX隊(duì)在XX井出現(xiàn)的資料質(zhì)量問(wèn)題是HH-2530測(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行聲幅-變密度測(cè)井經(jīng)常遇到的問(wèn)題。

XX井基本信息:

井深： 3 216 m；

套管尺寸： 177.8 mm×3 215.70 m；

鉆井液性質(zhì)： 鉀聚磺；

鉆井液比重： 1.76 g/c3；

水泥性質(zhì)： 嘉華G級(jí)；

固井時(shí)間： 2015年6月26日；

井別： 直井。

XX井測(cè)得的聲幅-變密度主曲線與重復(fù)曲線對(duì)比圖如圖3所示。

圖3 XX井聲幅-變密度主曲線與重復(fù)曲線對(duì)比資料

從圖3可以看出：在井段1 600～1 660 m CBL曲線重復(fù)性特別差，并且CBL與VDL相關(guān)性也很不好，該井測(cè)得的聲幅-變密度資料存在明顯的質(zhì)量問(wèn)題。不能真實(shí)反映井下的水泥膠結(jié)情況，可以看出HH-2530聲幅-變密度資料存在以下2個(gè)方面的問(wèn)題：

1)主曲線CBL與VDL相關(guān)性差;

2)聲幅-變密度測(cè)井曲線重復(fù)性不好。

原因分析：HH-2530聲幅-變密度儀器通過(guò)電纜纜芯上傳的聲波信號(hào)為模擬信號(hào)[3]。正常情況下，地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)上傳的3 ft、5 ft波信號(hào)經(jīng)過(guò)增益補(bǔ)償后，地面測(cè)井計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)套管尺寸首波開(kāi)門時(shí)間，在一定門寬范圍內(nèi)的對(duì)套管首波進(jìn)行自動(dòng)跟蹤檢測(cè)。地面系統(tǒng)檢測(cè)到的波形如圖4所示。圖中紅色圓點(diǎn)指示的是為3 ft波首波波峰位置，紅色圓點(diǎn)只能在固定的滑動(dòng)門寬(藍(lán)色圓圈)活動(dòng)。

在套管波明顯井段套管波首波時(shí)差不能出現(xiàn)突變，它與自由套管首波時(shí)差存在以下關(guān)系[4]:

Tfc-Tc≤4 μs

式中,Tfc為自由套管波首波時(shí)差值；Tc為套管波首波時(shí)差。

圖4 地面系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的波形

將聲幅-變密度儀器放入7 in(1 in=25.4 mm)刻度筒，加壓4個(gè)大氣壓(500 PSI)。用示波器檢測(cè)聲波線路上的上傳聲波信號(hào)，示波器檢測(cè)的波形如圖5所示。

圖5 示波器檢測(cè)的聲波信號(hào)波形圖

從圖5可清晰地看出：井下儀器上傳的聲波信號(hào)由于幅值過(guò)高，波形發(fā)生了畸變，由正弦波變成了方波，聲波嚴(yán)重失真，聲波幅度沒(méi)有工作在性線范圍內(nèi)，導(dǎo)致地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法鎖定套管波首波。這就是測(cè)井曲線相關(guān)性不好及重復(fù)性差的根本原因。換言之，要想改善HH-2530聲幅-變密度測(cè)井資料質(zhì)量，需要對(duì)上傳的聲波信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)整。

3 解決方法

3.1 井下增益計(jì)算

HH-2530聲幅-變密度儀器接收電路PA4板電路如圖6所示。圖中,N3為可編程運(yùn)算放大器，從聲系上傳的接收信號(hào)(R1～R4 輸出)，輸入到由 CD2400可編程放大器[5]構(gòu)成的差動(dòng)比例運(yùn)算電路。 井下上傳的聲波信號(hào)由這個(gè)負(fù)反饋運(yùn)算放大器放大倍數(shù)所決定，井下1檔增益的放大倍數(shù)K，由下式得出：

K=1+R20/(R21+R22+R23+R24)

圖6 接收電路PA4板電路圖

3.2 井下增益調(diào)整

聲波探頭在7 in刻度筒里，加滿水，加壓4個(gè)大氣壓(500PSI)，用聲波測(cè)試盒供電測(cè)試，R20由110 K改為短接，R21由原51.5 K改為51 K+110 K，R22由3.01 K改為82 K。在井下增益1檔，各輸入信號(hào)(R1、R2、R3、R4接收換能器出來(lái)的信號(hào))的兩端挎接一個(gè)合適的電阻(參考值2 K左右)，使得E1波形幅度在上端31芯插座的23#、29#之間為9 V±0.5 V。

通過(guò)調(diào)整各電阻阻值后，井下增益K變小，只有原來(lái)幅值的。

示波器檢測(cè)到的波形已有原來(lái)的方波變成正弦波，如圖7所示。

圖7 調(diào)整后示波器檢測(cè)的聲波信號(hào)波形圖

3.3 地面增益選擇

在自由套管刻度時(shí)，要保障3 ft和5 ft接收的波形在顯示器窗口上觀察應(yīng)盡可能的大但不能限幅；地面增益檔位的選擇與測(cè)井電纜的長(zhǎng)度有關(guān)，一般使用3 000～7 000 m的電纜，建議在4～8檔之間選擇。并且刻度時(shí)是那個(gè)增益，測(cè)井時(shí)必須采用那個(gè)增益，測(cè)井過(guò)程中不能改變。地面增益選擇參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地面增益設(shè)置參考表

4 應(yīng)用效果

將調(diào)試好的聲幅-變密度儀器，在XX井進(jìn)行資料對(duì)比驗(yàn)證，下井組合為HRAS/REC/BDS/AH169/TGR/TTR/CCL，HH-2530聲幅-變密度測(cè)井資料對(duì)比如圖8所示。

從圖8可以看出：HH-2530聲幅-變密度資料與SKD-3000測(cè)井系統(tǒng)測(cè)得的資料具有很高的吻合度。提高資料對(duì)比驗(yàn)證，可以看出：調(diào)試后的HH-2530儀器測(cè)得的聲幅-變密度資料質(zhì)量有了顯著的改善，說(shuō)明此次調(diào)試有實(shí)質(zhì)性的效果，這種方法是完全可行的。

圖8 XX井5 in套管井HH-2530與SKD-3000聲幅-變密度資料對(duì)比圖

5 結(jié)束語(yǔ)

1)HH-2530聲幅-變密度儀器完全能夠完成CBL-VDL測(cè)井，與其他系列的聲幅資料進(jìn)行對(duì)比，有著很好的重復(fù)性，完全能夠取得優(yōu)等的聲幅-變密度測(cè)井資料。

2)鑒于井下上傳的聲波信號(hào)可能出現(xiàn)限幅，而在地面系統(tǒng)根本看不出來(lái)，建議對(duì)HH-2530聲幅-變密度儀器，每6個(gè)月在基地刻度筒進(jìn)行波形檢測(cè)，確保井下上傳聲波波形為一幅度為9 V±0.5 V之間的正弦波。這樣就能夠提高聲幅-變密度測(cè)井資料質(zhì)量。

[1] 郭海敏.生產(chǎn)測(cè)井導(dǎo)論[M]. 北京：石油出版社, 2010：559-562.

[2] 章成廣, 江萬(wàn)哲. 聲波測(cè)井原理與應(yīng)用 [M].北京：石油出版社, 2009:85-92.

[3] 杜兵營(yíng). 提高聲幅變密度測(cè)井質(zhì)量的措施 [J].石油儀器,2012,26(6)：65-68.

[4] 魏 濤. 油氣井固井質(zhì)量評(píng)價(jià)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社,2010:130-131.

[5] 北京環(huán)鼎.聲幅-變密度測(cè)井儀器修理手冊(cè)[Z].2005.