HH-2530聲幅-變密度測井資料質量問題分析及解決方法

鄒 輝，何 強

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶 400021)

0 引 言

HH-2530測井系統是北京環鼎公司于2005年以CSU為藍本開發出來國產化的成像測井系統，該測井系統在川渝地區使用已有10余年的時間。該測井系統在進行聲幅-變密度測井作業時，在完成裸眼井段組合測井后，可不用中途換接儀器，直接通過地面系統切換到聲幅模式即可進行套管井聲幅-變密度測井，能夠極大地提高施工時效，深受用戶歡迎。但該系統目前在套管井測得的聲幅-變密度資料，與專門用于聲幅-變密度測井[1]的SKD-3000三組合系統相比還有一定的差距，儀器工作還不是很穩定，取得的資料還存在一定的質量問題。本文針對HH-2530聲幅-變密度資料質量問題提出解決方法。

1 測井原理

HH-2530聲幅變密度儀器聲系結構為單發四收結構,如圖1所示。

圖1 HH-2530聲幅-變密度聲系結構圖

當進行聲幅-變密度測井作業時，R2和R3不工作，變成單發雙收模式，既換能器T發射，接收器R1，R4接收。源距分別為：3 ft(1 ft=304.8 mm)和5 ft。

對于3 ft源距接收器，聲波發射器發射聲波脈沖，經泥漿折射入套管，產生套管波，套管波又折射入泥漿，接收器接收聲波波列中的首波幅度。經電子線路轉化成電壓值，當儀器沿井身移動時，就測出一條隨井深變化的聲幅曲線，套管聲幅值的高低來判斷套管與水泥環膠結的好壞。

對于5 ft接收器，接收的是聲波的全波列[2]。分為3個部分：即套管波、地層波、泥漿波。接收電子線路將信號轉化為與其幅度成正比的點信號。經電纜傳送至地面，波檢后只保留正半周部分。這部分信號調制成光點亮度。波幅大，電壓高，光點就亮。測井圖上顯示條帶為黑色，而光點亮度低時，顯示為灰色條帶。負半周電壓為零，光點不亮，測井圖上顯示為白色條帶。形成的變密度測井圖就是黑白相間的條帶。儀其顏色的深淺來表示信號的強弱。通過對變密度測井圖上顯示的套管波、地層波、泥漿波的強弱分析，來確定套管與水泥環，水泥環與地層膠結質量的好壞。HH-2530聲波-變密度原理圖如圖2所示。

2 測井資料常見質量問題

川慶測井技術分公司XX隊在XX井出現的資料質量問題是HH-2530測井系統進行聲幅-變密度測井經常遇到的問題。

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： 鉀聚磺；

鉆井液比重： 1.76 g/c3；

水泥性質： 嘉華G級；

固井時間： 2015年6月26日；

井別： 直井。

XX井測得的聲幅-變密度主曲線與重復曲線對比圖如圖3所示。

圖3 XX井聲幅-變密度主曲線與重復曲線對比資料

從圖3可以看出：在井段1 600～1 660 m CBL曲線重復性特別差，并且CBL與VDL相關性也很不好，該井測得的聲幅-變密度資料存在明顯的質量問題。不能真實反映井下的水泥膠結情況，可以看出HH-2530聲幅-變密度資料存在以下2個方面的問題：

1)主曲線CBL與VDL相關性差;

2)聲幅-變密度測井曲線重復性不好。

原因分析：HH-2530聲幅-變密度儀器通過電纜纜芯上傳的聲波信號為模擬信號[3]。正常情況下，地面計算機系統對上傳的3 ft、5 ft波信號經過增益補償后，地面測井計算機系統根據相應套管尺寸首波開門時間，在一定門寬范圍內的對套管首波進行自動跟蹤檢測。地面系統檢測到的波形如圖4所示。圖中紅色圓點指示的是為3 ft波首波波峰位置，紅色圓點只能在固定的滑動門寬(藍色圓圈)活動。

在套管波明顯井段套管波首波時差不能出現突變，它與自由套管首波時差存在以下關系[4]:

Tfc-Tc≤4 μs

式中,Tfc為自由套管波首波時差值；Tc為套管波首波時差。

圖4 地面系統監測到的波形

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

圖5 示波器檢測的聲波信號波形圖

從圖5可清晰地看出：井下儀器上傳的聲波信號由于幅值過高，波形發生了畸變，由正弦波變成了方波，聲波嚴重失真，聲波幅度沒有工作在性線范圍內，導致地面計算機系統無法鎖定套管波首波。這就是測井曲線相關性不好及重復性差的根本原因。換言之，要想改善HH-2530聲幅-變密度測井資料質量，需要對上傳的聲波信號的幅度進行調整。

3 解決方法

3.1 井下增益計算

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為可編程運算放大器，從聲系上傳的接收信號(R1～R4 輸出)，輸入到由 CD2400可編程放大器[5]構成的差動比例運算電路。 井下上傳的聲波信號由這個負反饋運算放大器放大倍數所決定，井下1檔增益的放大倍數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 井下增益調整

聲波探頭在7 in刻度筒里，加滿水，加壓4個大氣壓(500PSI)，用聲波測試盒供電測試，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(R1、R2、R3、R4接收換能器出來的信號)的兩端挎接一個合適的電阻(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。

通過調整各電阻阻值后，井下增益K變小，只有原來幅值的。

示波器檢測到的波形已有原來的方波變成正弦波，如圖7所示。

圖7 調整后示波器檢測的聲波信號波形圖

3.3 地面增益選擇

在自由套管刻度時，要保障3 ft和5 ft接收的波形在顯示器窗口上觀察應盡可能的大但不能限幅；地面增益檔位的選擇與測井電纜的長度有關，一般使用3 000～7 000 m的電纜，建議在4～8檔之間選擇。并且刻度時是那個增益，測井時必須采用那個增益，測井過程中不能改變。地面增益選擇參數見表1。

表1 地面增益設置參考表

4 應用效果

將調試好的聲幅-變密度儀器，在XX井進行資料對比驗證，下井組合為HRAS/REC/BDS/AH169/TGR/TTR/CCL，HH-2530聲幅-變密度測井資料對比如圖8所示。

從圖8可以看出：HH-2530聲幅-變密度資料與SKD-3000測井系統測得的資料具有很高的吻合度。提高資料對比驗證，可以看出：調試后的HH-2530儀器測得的聲幅-變密度資料質量有了顯著的改善，說明此次調試有實質性的效果，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-變密度資料對比圖

5 結束語

1)HH-2530聲幅-變密度儀器完全能夠完成CBL-VDL測井，與其他系列的聲幅資料進行對比，有著很好的重復性，完全能夠取得優等的聲幅-變密度測井資料。

2)鑒于井下上傳的聲波信號可能出現限幅，而在地面系統根本看不出來，建議對HH-2530聲幅-變密度儀器，每6個月在基地刻度筒進行波形檢測，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-變密度測井資料質量。

[1] 郭海敏.生產測井導論[M]. 北京：石油出版社, 2010：559-562.

[2] 章成廣, 江萬哲. 聲波測井原理與應用 [M].北京：石油出版社, 2009:85-92.

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

[4] 魏 濤. 油氣井固井質量評價[M]. 北京：石油工業出版社,2010:130-131.

[5] 北京環鼎.聲幅-變密度測井儀器修理手冊[Z].2005.