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套后检测技术

关于斯伦贝谢《Isolation Scanner套后成像测井仪》的调研报告
【摘要】Isolation Scanner是一种新型的套后成像测井仪，它将常规的超声脉冲回波技术与挠曲波成像技术相结合, 通过对超声脉冲回波和挠曲波波场的独立测量，实现对套管环空环境的描述以及对不同类型水泥固井质量的评价。该仪器可区分轻质水泥和泥浆，并能准确确定水泥中窜槽的位置，此外，它还能够提供有关套管偏心的详细信息，并通过对套管内径和厚度的测量来识别套管侵蚀或钻井引起的磨损情况。
【关键词】挠曲波成像 水泥类型 环空环境 固井质量
一、前言
低密度水泥浆是近几年发展起来的一项固井新技术。固井作业中在低压、易漏层一般采用低密度水泥固井,能有效防止固井液漏失和油气水窜，但由于低密度固体和液体间的声阻抗差别很小，传统的声幅测井和超声波成像测井不能准确地评价其固井质量, 不利于这一技术的进一步推广。
CBL/VDL是当前国内油田进行固井质量评价的最常用方法,经过多年发展已成为一种成熟的技术。然而由于套管波幅度随固井水泥密度增大而减小，低密度水泥和常规密度水泥固井时所得到的套管波幅度相差较大，低密度水泥声耦合比高密度水泥差,CBL/VDL不适于低密度水泥固井质量评价，目前国内的现状是仍然使用传统的CBL/VDL技术，只是根据固井水泥类型，改变固井质量评价标准，各油田也没有一个统一的标准值，该标准是一个经验值，存在着很大的误差。
二、仪器简介
Isolation Scanner成像测井仪采用常规超声脉冲回波与挠曲波成像技术,通过对超声波脉冲回波和挠曲波波场的独立测量，实现对套管环空环境的描述以及对不同类型水泥固井质量的评价。井周全方位测量,探测深度达3in,可发现水泥环内的窜槽,确定固井作业是否达到有效的水泥封隔,了解套管的居中情况和水泥厚度,辅助固井评价和后续工程作业。套后成 像测井数据以三维方式显示,可直接观察套管腐蚀或变形、内径和壁厚的变化。可产生声阻抗、挠性波衰减率、环状空间的成分（固体、液体或气体）、VDL、套管厚度及内径图象。在使用轻质或泡沫水泥固井的情况下，传统的回波测井很难准确评价对层间封隔情况，因为低密度固体和液体间的差别很小。Isolation Scanner仪解决了这一难题，它利用一种完全不同的测量方式来确定层间封隔情况，并能准确确定水泥中窜槽的位置，从而帮助做出挤水泥或不挤水泥的正确决定。此外，Isolation Scanner仪还可提供水泥环的径向成像，用来评价井内套管偏心情况、水泥环内窜槽和井眼形状等。并通过对套管内径和厚度的测量来识别套管腐蚀和磨损情况。
三、仪器原理
在传统的超声波成像的基础上增加弯曲波成像技术，在USI 仪器下面直接挂接Isolation Scanner 短节如图1 所示。Isolation Scanner 短节将采用与套管垂直的声波发射器和接收器（A）的传统脉冲回波技术与斜向排列的一个发射器（B）和两个接收器（C）相结合。这种配置能够激发套管的挠曲模式（D），如图2 所示。该组件配备有最新的信号生成和采集软件，与USI 仪器安装于同一平台，构成了Isolation Scanner 仪的基础。
传统的超声波换能器（USI）垂直放置于仪器的一侧，用于发射和检测脉冲回波；另外3个换能器（1个发射器，2个接收器）位于仪器的另一侧，成一定角度倾斜排列，测量挠曲波衰减。测井时，旋转探头以7.5 r/s的速度旋转，超声波换能器（USI）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，提供1个5°或10°的方位分辨率，从而在每个深度产生36个或72个独立波形。挠曲波发射器同时发射高频脉冲波束，在套管内激发挠曲振动模式。随着高频脉冲波束的传播，该振动模式将声能传入环空；声能会在具有声阻抗差异的界面（如水泥/地层界面）产生反射，以挠曲波的形式由套管回传，从而将能量再传向套管内流体。

图2：IBC仪器换能器
四、仪器技术指标：
压力 1-138MPa（145-20000psi）
温度 177℃（350°F）
套管尺寸 4.5″-9.625″（最低过4″）
仪器外径 IBCS-A： 8.57cm（3.375in）
IBCS-B： 11.36cm（4.472in）
IBCS-C： 16.91cm（6.657in）
仪器长度 6.01m（19.73ft）
仪器重量 151kg（333lbm）
短节长度、重量 IBCS-A：61.22cm、 7.59kg
IBCS-B：60.32cm、 9.36kg
IBCS-C：60.32cm、10.73kg
五、地质应用：
1．不同类型水泥固井质量的评价
2. 判断水泥环内物质性质
2．寻找水泥环内窜槽
3．判断套管居中情况
4．评价套管腐蚀或变形情况
5．判断套管内径和壁厚的变化
六、应用实例：
1. Isolation Scanner 和CBL-VDL 测量。2003 年，在In-Salah 气田的一口直井中对Isolation Scanner仪的样机进行了测试。该井井眼尺寸为121/4英寸，利用轻质（低阻抗）LiteCRETE 泥浆体系对95/8 英寸套管进行了固井。CBL（第1 道）和VDL（第2 道曲线）显示的几乎是未胶结套管响应，VDL 曲线显示很强的套管波至。脉冲回波阻抗图（第5道）显示流体中含有部分固体。由于LiteCRETE水泥的声阻抗较低，使得难以对上述两种测量数据进行充分解释。相反，通过弯曲波衰减图（第4 道）却可以正确识别套管外的固体。而且，弯曲波衰减图还显示出在X,465 和X,485 米之间存在一个充满流体的窜槽。固- 液- 气（SLG）相图（第3 道）进一步证实了这一信息。窜槽的方位和轴向范围信息自动显示在第6 道和第7 道内。 见下图1：

图1 In-Salah 井测井曲线图
2． 一种G 级水泥的固- 液- 气相测量图。一旦利用在实验室测得的数据库确定了水泥、液体和气体的阻抗预计值，并将物质类型选择转化为声波特性之后，下一个步骤就是根据预计的声波特性预测测量数据。随后，通过对测量噪声进行多次分析在二维测量平面上生成三个云图（固、液和气）。 见图2

图2 G 级水泥的固- 液- 气相测量图
3. Isolation Scanner 测井图（图1）中X , 477米处一个充液窜槽的波形极坐标图。环空-地层回波曲率表明套管在井筒中稍有偏心，而且充液窜槽位于较窄的一侧（蓝色箭头方向）。水泥环各方位上缺失第三界面回波可能是由水泥和地层之间的声阻抗差异较小引起的。 图3

图3 套管成像图
4. 低密度水泥固井质量评价

图4 低密度水泥测井图

5. 多界面成像

七、小结
Isolation Scanner套后成像测井仪是斯伦贝谢公司研制的新型声波水泥胶结质量评价仪，
随着低密度水泥浆在油田固井中的广泛应用，低密度水泥固井质量评价技术也越来越受到人们的重视，斯伦贝谢公司公司针对这一问题，在常规的USI仪器的基础上增加了Isolation Scanner短节，实现了轻质水泥固井质量评价，该仪器还能识别水泥环体内物质性质，实现多界面成像等功能，这都是以往声波固井质量评价仪无法实现的。