超声成像测井.ppt

第六章第六章 超声成像测井超声成像测井19621962年年，MOBIL公司第一次在井下用声学方法获得井壁的二维图象但由于当时的声源频率很高（1MHz以上），声波信号在井内钻井液中衰减明显，因此只能在井中充满清水或低密度钻井液中进行测井,且成像效果不好2020世纪世纪8080年代年代,由于对大洋海底锰矿调查的需要,海底的超声电视测井技术得到发展和重视后经Amoco、Sandia和Shell等石油公司和研究单位的不断改进，使超声成像测井仪最终投入了商业服务仪器型号(生产厂家)声学探头频率 MHz旋转一周记录脉冲数每米井段像点数允许的最大钻井液密度g/cm3测井速度m/hStanford大学岩石物理实验室1.25600720001.2590CBIL(Atlas公司)0.250.4250296701.70182DUT(华北油田测井公司)0.51.5512512001.25180ABF-14德国 GEO,SYS公司)0.8114822001.40180BHTV(Amco公司)1.0480-51257600-614401.2590UBI(Schlumberger公司)0．25、0.536,7236000,72000水基:1.6油基:1.16122640国内外部分超声成像测井仪器的性能及技术指标国内外部分超声成像测井仪器的性能及技术指标第第一节一节 超声成像测井基本原理超声成像测井基本原理 超声成像测井由声系、信号采集、信号传输和地面处理与显示四部分组成。

声系部分由一个能旋转的超声探头（或换能器）构成，该探头兼作发射探头和接收探头将测量的反射波反射波幅度和传播时间按井眼内3600方位以图像显示图像显示，可以分析井壁岩性及表面特征（包括裂缝、孔洞和冲蚀带），也可用来观察套管内壁的变化一、井下超声一、井下超声电视测井井BHTVBHTV 超声换能器每秒发射1500~3000次、频率为1~2MHz的超声脉冲测井时它由一个马达驱动，以固定速率（每秒3~6周左右）带动换能器和磁力仪绕仪器轴旋转，对井眼的整个井壁的扫描测量，每转到磁北方向产生一个磁北信号，就以电脉冲形式将换能器方位信息发送到地面仪器旋转时探头发射的超声波脉冲，经泥浆传传播到达井壁，有一部分能量被反射回换能器并接收，经信号处理后，得到井壁回波的幅度图像和旅行时图像  由于在测井过程中仪器也以一定速率往上提，因此，仪器记录点为螺旋上升（见右图）超声波成像测井速度很低，每分钟约1~2米，深度是由传动装置控制深度电位器产生深度信号，这样仪器在井中测量时，随着深度变化换能器向井壁作螺旋状连续超声波扫描，每测1米换能器要旋转120~180周左右BHTV仪平面圆片状换能器（1.35MHz）的探测极限探测极限约为0.01in(0.25mm)高速（高速（a）和低速（）和低速（b）对井壁超声扫描的螺）对井壁超声扫描的螺旋型路径旋型路径二、超声成像二、超声成像测井井UBIUBI 声波探头有两种工作方式，探头逆逆时针旋旋转为标准准测量量方式，用于测量井壁的声学特性；探头顺时针旋旋转（换能器面向反射板）为流体性质测量方式，测量井内泥浆的声学特性。

UBI测量精度、图像质量更高，其垂向分辨率为0.2-0.4in (0.508-1.016cm)之间，推荐的测井速度在400-600ft/h（122-183m/h）之间UBI 仪器结构和换能器工作模式示意图仪器结构和换能器工作模式示意图第二节第二节 换能器特性及成像影响因素分析换能器特性及成像影响因素分析一、一、换能器的指向特性能器的指向特性(原片状声源的特性原片状声源的特性)1．圆片状声源的远场衍射．圆片状声源的远场衍射2．发射换能器的近场特性与近场衍射．发射换能器的近场特性与近场衍射2．发射换能器的近场特性与近场衍射．发射换能器的近场特性与近场衍射（（1）在中心点上，）在中心点上，z=0，也就是说当声源半径为半波长的偶数倍时，则在中，也就是说当声源半径为半波长的偶数倍时，则在中心点接收到子波的作用相互干涉抵消，声压为零当半径为波长的奇数倍时，心点接收到子波的作用相互干涉抵消，声压为零当半径为波长的奇数倍时，中心点的声压最大中心点的声压最大 （（2）在中心轴线上，）在中心轴线上，Z>0，存在一系列位置，，存在一系列位置，z=dn声压幅值为零声压幅值为零边缘声声线与与轴向声向声线的路程差的路程差为半波半波长的偶数倍，的偶数倍，则在则在Z=dn上的声压为零上的声压为零. n值越小，越小，d越大，最越大，最远处声声压为零相当于零相当于n=1，， Z=Dn声压幅值为最大声压幅值为最大 边缘声声线与与轴向声向声线的路程差的路程差为半波半波长的奇数倍，的奇数倍，则在在Z=Dn上的声压为最大。

上的声压为最大 最远处声压为零相当于最远处声压为零相当于n=0，， D0称称为近近场长度度 换能器能器-3dB束束宽度理度理论值（（in））二、影响成像二、影响成像质量因素量因素Ø声衰减的影响声衰减的影响 泥浆对声波衰减主要是摩擦吸收衰减和固相颗粒散射引起的衰减摩擦吸收衰减与频率平方成正比，而颗粒散射衰减与频率四次方成正比，因此当频率较高时，泥浆性能对超声测量影响是不能忽略的Ø井眼形状和仪器偏心的影响井眼形状和仪器偏心的影响 由于井径的不规则性或仪器的偏心使得声信号在泥浆中传播时间因方位而异，即使井壁介质均匀，也会在成像测井图上呈现差别更有甚者，可能造成部分或全部反射声束不能被换能器所接收，回波幅度严重下降，以至于在成像测井图上形成显著的黑色垂直条带第三节第三节 超声成像测井的应用超声成像测井的应用1 1．判断地．判断地层的岩性、确定的岩性、确定层面面产状状 超声成像超声成像测井主要是根据岩井主要是根据岩层的声阻抗差异（反射波的幅度）得到不同的声阻抗差异（反射波的幅度）得到不同明暗程度（不同灰度）的声学明暗程度（不同灰度）的声学图像泥岩和煤像泥岩和煤层声阻抗比其它岩声阻抗比其它岩层小得多，小得多，发射系数小，射系数小，测量的反射波（回波）幅度也小，声学量的反射波（回波）幅度也小，声学图像上像上为““暗暗””显示。

而示而声阻抗声阻抗较大的石灰岩、致密砂岩、反射系数大，声学大的石灰岩、致密砂岩、反射系数大，声学图像像为““亮亮””显示因此根据暗亮根据暗亮图像可区分岩性像可区分岩性岩性岩性ρρ，，(g/cm(g/cm3 3) )V V2 2. .（（m/sm/s））致密石灰岩致密石灰岩2.712.71650065000.72250.7225致密白云岩致密白云岩2.872.87700070000.8550.855砂岩砂岩2.652.652600-38502600-38500.4184-0.55290.4184-0.5529泥岩泥岩2.452.451850-39001850-39000.2525-0.53070.2525-0.5307裂裂缝中中饱和水和水1.01.0150015000.00.0裂裂缝充填泥充填泥2.452.45185018500.25250.2525套管套管7.87.8580058000.880.88孔洞＼裂孔洞＼裂缝中充中充满水水1.01.0150015000.00.0第三节第三节 超声成像测井的应用超声成像测井的应用2 2、直、直观显示裂示裂缝u水平裂缝水平裂缝u裂缝宽度裂缝宽度=黑线宽度黑线宽度 深深度比例度比例u垂直裂缝垂直裂缝裂缝宽度裂缝宽度=黑黑线宽度线宽度 井壁井壁周长周长/图面横图面横向长度向长度裂缝长度裂缝长度=黑黑线长度线长度 深度深度比例比例 u倾斜裂缝倾斜裂缝波浪波浪线最高点与最低点的垂直距离最高点与最低点的垂直距离/井径井径2 2、直、直观显示裂示裂缝u水平裂缝水平裂缝u垂直裂缝垂直裂缝u倾斜裂缝倾斜裂缝3. 3. 井眼井眼稳定性和地定性和地应力分析力分析有井眼垮塌井段中有井眼垮塌井段中UBI成像图和井眼横截面图成像图和井眼横截面图有键槽井眼中有键槽井眼中UBI成像图和井眼横截面图成像图和井眼横截面图4．确定井下套管情况．确定井下套管情况 超声成像测井能直观精确地反映套管腐蚀的形状、腐蚀的程度；评价射孔质量射孔孔眼在超声成像图上显示不规则的黑点。

如果射孔孔眼显示不清楚，则射孔弹没有穿透套管；如果图像上显示条状阴影，则表示射孔作业后套管发生破裂情况套管腐蚀及破损检测超声成像测井图套管腐蚀及破损检测超声成像测井图 （（MUST））。