固井质量探管原理与应用

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1、固井质量探管原理与应用［提耍］高质量、性能可靠的井下仪器和与之相配套的软件是获得良好测井资料的前提和保证。针对目前煤E测井现场使用的固井质量检查探管的缺点和不足，研制出了AFG-3型固井质量测井仪器。该仪器克服了井身、井斜等因素对测井记录资料的影响，实现了声波、磁定位和自然伽吗的组合测井，提高了测井资料的准确性和可靠性。关键词：测井仪；固井质量；数字滤波中图分类号：TE2文献标识码：A收录日期：2012年1月30日一、引言固井质量检查测井是煤层气勘探开发施工中的重要手段之一，主耍用于检查水泥环胶结

2、质量，进行套管校深等。固井质量探管一次下井，可以获得自然伽玛、声幅、磁定位、声波变密度及时差五种参数，可以满足煤层气钻孔固井质量测井评价的需要。目前，国内煤田系统在煤层气固井质量检查测井屮，主要冇MT-III型全波列测井仪和PSZJ-1型声波全波列测井仪。上述仪器采用单发双收声系系统，其测量的声波幅度参数不仅受到套管水泥胶结质量的影响，还受到井下仪器倾斜和偏心等因素的影响。口其声波全波列参数采用模拟信号由井下传输到地面仪器，由于测井电缆很长，有效带宽有限，传输到地面仪器时，不可避免地会产生失真及引

3、入各种干扰信号，降低了信号质量,难以反映岀真实的全波列信号。实际测井时，测井资料准确性不佳，有时不能准确反映套管的第一、第二次界面水泥胶结质量。二、测井因素分析与设计改进目前，针对上述仪器存在的问题，AFG-3型固井质量探管利用声波振动迭加、等效声衰减系数的概念和续至波能量积分方法、全数字化高速双向通讯系统设计而成。井下主控制器采用基于新型ARMCortex-M3核心的高速32位处理器，采用高速A/D器件对声波全波列、声幅、磁定位信号等模拟信号进行数据采集，釆用具有比较/捕获寄存器的16位可编程计

4、数器采集时差信号，采用16位可编程计数器对口然伽玛脉冲信号进行数据采集，并利用ARM处理器的高速运算特点，实现了两道全波列信号的数字化，使传输到地面的信号不再与电缆长度相关，避免了传输过程中各种干扰信号对全波列信号的影响。（一）测井因素分析。对水泥胶结质量测井的影响因素可分为静态和动态两类：前者是井身条件，如微环、窜槽、套管在井中不居中等因素;后者包括井温、井压、井下仪器的倾斜偏心、换能器的发射、接收灵敏度的综合响应不一致等因素。正常条件下，对于自由套管，显示高的声幅记录值，准纵波旅行时间就是它在

5、套管中的传播时间。变密度显示宽且黑的平行垂直线，没有地层波信号显示。在套管接箍处有明显的纹波显示，准纵波旅行时间略有增大，声幅值减小；对于一次和二次界面水泥胶结良好的情况，声幅曲线记录值较低，除了疏松的砂岩、泥岩等声衰减大的情况外，只显示弱或不显示套管波，但显示较弱的地层波，対于一次界面胶结良好二次界面胶结不好的情况，显示弱的套管波和地层波信号。然而，在有泥饼且没有被水泥取代的渗透区域，容易引起一次界面胶结良好而二次界面胶结不好的情况。虽然二次界面之间存在泥浆，声耦合较差，接收的套管波和地层波较小

6、，但是里面的泥浆稳定不动，即对液体密封效果仍然良好。有时在套管和水泥Z间存在可使液体迁移的微环，微环的存在使接收的套管波中等或较大，地层波略小或中等。象微环一样,窜槽影响水泥胶结质量测井，它的存在使套管波较大或中等、地层波中等。井下仪器倾斜偏心使得声波波列的各种波的传播路径发牛变化，它们的相位发生变化并以不同的相位迭加，致使接收的声波信号减小。套管不居中和薄的水泥环可使接收的声波信号幅度发生变化，当水泥环厚度小于1.9cm时，套管波的声衰减下降很快，导致高的幅度响应。测井电缆的电气性能和几何长度都

7、会対从井下传输到地面的声波信号大小受到影响。随着井深的增加，温度、压力和泥浆的声阻抗也随之增加，换能器的发射、接收灵敏度也随之发生变化，这些也都影响声波信号幅度的人小。从以上分析可知，水泥胶结质量测井解释不可避免地存在不确定性。为了提高测井资料解释的可靠性，还需和其他侍息，如裸眼芦速测井、井径和套管设计资料一起，综合解释钻孔的水泥胶结质量。（二）设计原理。AFG-3型固井质量测井仪利用双收声幅补偿原理,用数字化传输多道声波信号方式和续至波能量积分方法，可在很人程度上消除上述因素对测井采集数据的影响

8、。据资料可知，接收的套管波实质上是沿套管与泥浆界面传播的滑行波，一次界面的一次和多次反射波的迭加波可用下式表示:S=Ae(1)式中，Q是反映孔内一次界面水泥胶结质量的等效声衰减系数；ni是泥浆的声衰减系数；rl和r2分别是声波从声源传播到套管的距离和在套管中传播的距离；A是幅度系数。由(1)式可知，在理想条件下，a值越大，接收的套管波幅度越小，则一次界向胶结质量越好；反Z,胶结质量不好。但接收到的幅值也受发射功率及井径的影响，而双收声幅补偿原理可弥补上述不利因素，该原理要求两个接收