声波水泥胶结测井毕业论文

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1、1绪论1.1目的意义声波水泥胶结测井是目前固井质量评价应用最为广泛的方法之一。但是，声波测井缺乏声波耦合与水泥封固质量间的关系，所测得的固井“胶结良好”仅仅表示声耦合良好，并不意味着层间封隔质量良好，事实上声波测井结果还与于水泥石的性质密切相关。长期以来，人们通过地球物理方法已经基本掌握了岩石的声学特性，但是由于水泥石的性质随时间与温度而改变以及水泥石的组分不同（由于水泥石的物理性质随时间变化，所以声波测井结果也随时间变化；套管外整个环形空间的水泥柱并不是都处于同样的物理状态。对于长封固段的管外水泥石，由于顶部和底部温差很大，

2、所以声波测井的结果也会有很大差别），所以很难确切掌握水泥石的声学特性，这种本质性的差异对正确分析测井结果是非常关键的。套管与地层岩石声阻抗已经为人们所认知，但对关于组分不同以及物理机械性能随时间、温度变化而改变的水泥石，由于影响因素复杂、认知程度较低，故就合理解释声波测井结果而言，水泥石的声学特性研究之所以重要，就在于水泥浆配方设计（物理性能、组分设计）将会直接影响水泥胶结测井结果。文献[1]分析并阐述了常规水泥组分对硬化水泥的物理特性以及对水泥胶结测井主要输出信号、首波振幅衰减率的影响程度，但针对目前油田大量使用的混合材水泥

3、，国内、外相关研究成果还很少。因此对混合材水泥石进行声学特征的相关研究，弄清楚混合材水泥石的声学特性，将有助于客观、真实、合理评价固井质量。1.2声波水泥胶结测井综述（建议在本节中先谈测井方法，再谈它们的共同点，尽量与本文研究内容相关）1.2.1套管波测量井下声波信号幅度的声幅测井，目前主要用于检查固井后水泥和套管的胶结情况，所以有时也称为水泥胶结测井。由于声幅测井一般都是在已下套管的井中进行，声波的传播都经过套管，因此必须对套管中声波的传播特性进行探讨。由于套管厚度远小于声波波长，而套管外的介质可能是水泥环、水或泥浆、气体，

4、情况较复杂。声幅测井记录沿套管传播的弹性波。石油工程中所用的套管都由优质钢材制成，其弹性力学性质接近于均匀、各向同性的完全弹性介质。其厚度为7.52～11.51毫米。杨氏弹性摸量约为E=206×109牛顿/米2，密度=7.9×103千克/米2，声速（纵波）约为Cp=5400～5700米/秒。对20千赫的声波信号，波长为27～28.5厘米，远大于套管的厚度。为讨论问题方便，将套管展开成平板，并设套管的轴向为X方向，Y方向为原套管的圆周方向，Z方向为套管的厚度方向（如图1）。图1套管的平面展开-49-由于套管展开后，在厚度（Z）方

5、向上尺寸很小，更由于展开前套管与声波发射探头构成同轴圆柱面，可以认为由声波发射探头发射出的声波在垂直于井轴（X轴）的套管截面上形成均匀的声压分布。由于套管是圆的，沿套管圆周方向传播的声波传播路径是周而复始的（即可认为传播路径是无限的），套管展开成平面后，可以等效地认为Y轴方向的尺寸是无限的。这样展开的套管可视为薄板，若薄板上下表面为真空（或为空气），即表面为自由表面时，其中弹性波的传播为一种弯曲模式的板波。若这种板波的传播可以简化为XZ平面中的二维问题，则平板中各质点的位移将与y无关，这种情况下，在和波传播方向（X轴方向）垂直

6、的平面上将有均匀的应力分布，其运动方程为（H.Lamb,1916）(1)在X和Z方向的法向应力，按广义虎克定律可表示为(2)(3)由于平板上下表面均为真空，因此法向应力为零。又由于此时,（2）、（3）两式可变为（2’）(3’)如此，可以得到（4）此即在无限延伸平板中的纵波—Lamb（兰姆）波的波动方程。显然，这种波是由于在厚度方向尺寸有限，而且上下两表面无约束而诱发的，其速度记为CL（5）将拉梅系数和杨氏弹性模量E、泊松比的关系式，代入（5），有对于均匀无限介质中的纵波速度-49-规定，则有（6）由（6）式算出介质泊松比和兰姆

7、波与纵波速度比m的数值（如表1）表1泊松比和速度比的关系00.200.250.280.300.350.400.450.450.460.470.480.490.50m10.970.940.920.900.840.750.570.520.520.46.380.280由表1的数据可知，平板介质的泊松比数值改变时，其兰姆波速度亦将变化，且介质的泊松比越大兰姆波速度越小。流体的泊松比=0.5，兰姆波速度为0，即兰姆波在流体中并不存在。对于套管，=0.257、m=0.938，故，说明钢质套管中兰姆波速度约比纵波速度低6.2%。在套管中传播

8、的兰姆波统称为套管波，套管波是兰姆波的一种特殊例子：波的传播方向就是圆管形套管的轴线方向（X方向），套管厚度远小于声波波长。其速度是相当接近于钢管中纵波速度的某一数值。接收套管波的声幅测井仪器的声系采用单发单收声系（源距L=1米或1.5米）。从接收到的首波来说，首波传播的路径