一种超声井周成像测井仪的制作方法

本实用新型实施例涉及石油测井技术领域，具体涉及一种超声井周成像测井仪。

背景技术：

随着油田开发的不断深入，遇到的复杂井况越来越多，而在完井、开发井过程中，固井质量评价和套损检测已经成为影响油田开发的重要因素。开发井中固井质量的好坏直接关系到后期油气井的开发方案，是否能够高效开采出完井中的油气；是否可以很好的封隔水层。开发井中套管质量直接关系到油气井开采的周期和井的寿命。但目前造成套管变形的原因是多种多样的，查找出造成套损的原因，对于预防套损有十分重要的意义。

目前，固井质量检测评价还是以传统的cbl(声波幅度测井)和vdl(声波变密度测井)为主，但随着完井方式不同、井况复杂程度加大，使得传统的测井技术无法满足工程需求。在油田开发进入中后期阶段，由于地层应力的各向异性、人工注水及井内外液体的化学腐蚀等作用的长期影响，油水井套管破损、变形、腐蚀等现象日益突出。亟需一种超声井周成像测井技术方案。

技术实现要素：

为此，本实用新型实施例提供一种超声井周成像测井仪，能够扫描到石油井套管360°范围内的数据，确保评价水泥胶结质量的准确性，全面判断套管内部和外部状况，可应用在裸眼井中致密地层裂缝识别和地应力分析等方面。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种超声井周成像测井仪，用于石油井内周围水泥胶结和套管质量进行探测，包括数据传输组件、第一探测组件、电机驱动组件和第二探测组件；所述数据传输组件配置有第一筒节，数据传输组件用于将第一探测组件和第二探测组件的数据传输到地面控制主机；所述第一探测组件配置有第二筒节，所述第一筒节和第二筒节连接；所述电机驱动组件连接在所述第一探测组件一端，第一探测组件包括泥浆波探测器；所述第二探测组件一端连接所述电机驱动组件，第二探测组件的另外一端设有超声换能器；

所述第一探测组件和第二探测组件用于对石油井周水泥胶结质量和套管质量进行探测；

所述电机驱动组件带动所述第二探测组件进行360°旋转，所述第二探测组件带动所述超声换能器向石油井周套管360°发射超声波脉冲信号；

所述第一探测组件和第二探测组件连接有主控模块，主控模块用于对第一探测组件和第二探测组件进行控制。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述第一探测组件设置在所述第二筒节内部，所述第二筒节的侧部设有泥浆探测窗口。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述超声换能器连接有第一模拟前端电路，所述第一模拟前端电路连接有信号检测电路，所述信号检测电路连接有第一采集电路，所述第一采集电路连接所述主控模块。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述泥浆波探测器连接有第二模拟前端电路，所述第二模拟前端电路连接有全波采集电路，所述全波采集电路连接所述主控模块。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述第二探测组件包括旋转接头，所述旋转接头连接所述电机驱动组件和超声换能器之间。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述旋转接头外侧设有矫正器，所述矫正器通过轴承与所述旋转接头的侧壁连接，所述矫正器包括矫正臂，所述矫正臂呈环状向所述旋转接头的四周伸展。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述第一探测组件还包括温度传感器，所述温度传感器用于探测石油井内部的温度数据；

所述第一探测组件还包括压力传感器，所述压力传感器用于探测石油井内部的压力数据；

所述第一探测组件还包括地磁传感器，所述地磁传感器用于通过电磁法探测石油井内部的空间分布特征。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述温度传感器、压力传感器和地磁传感器连接有信号处理电路，所述信号处理电路连接有第二采集电路，第二采集电路与主控模块建立连接。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述地磁传感器连接有磁通门驱动电路。

作为超声井周成像测井仪的优选方案，所述第一探测组件和第二探测组件连接有电源模块，所述电源模块还连接所述电机驱动组件。

本实用新型实施例具有如下优点：通过激发出不同频率的超声波，测量从套管外部和内部界面反射回来的超声波波列，所接收波列的衰减速率能够指示出水泥/套管界面水泥胶结的质量，并且套管的回波频率提供了套管检测所需的管壁厚度信息。能够扫描到套管360°范围内的数据，保证评价水泥胶结质量的准确性，并全方位判断套管内部和外部状况。实现一次性下井，评价水泥胶结、套管质量，缩短了措施周期并降低了作业成本；在水泥胶结评价方面，可对固相水泥、液相水、未胶结微隙、气体做出准确的判断，更加直观的认识环空相态；在套损检测方面，可以识别套管内外径/壁厚、腐蚀情况，对套管腐蚀情况做出定量判断；可应用套管居中度、水泥环厚度、射孔质量的监测方面。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种超声井周成像测井仪结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种超声井周成像测井仪硬件架构示意图；

图3为采用本实用新型超声井周成像测井仪的测井效果图；

图中：1、数据传输组件；2、第一探测组件；3、电机驱动组件；4、第二探测组件；5、第一筒节；6、第二筒节；7、泥浆波探测器；8、超声换能器；9、主控模块；10、泥浆探测窗口；11、第一模拟前端电路；12、信号检测电路；13、第二模拟前端电路；14、全波采集电路；15、旋转接头；16、矫正器；17、矫正臂；18、温度传感器；19、压力传感器；20、地磁传感器；21、信号处理电路；22、第二采集电路；23、磁通门驱动电路；24、电源模块；25、第一采集电路。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例中，涉及的硬件模块和电路均采用现有技术中已有的方案。本实用新型实施例中，“井周”是本领域技术人员对石油井内部周围的惯用称谓。

参见图1和图2，本实用新型实施例提供一种超声井周成像测井仪，用于石油井内周围水泥胶结和套管质量进行探测，包括数据传输组件1、第一探测组件2、电机驱动组件3和第二探测组件4；所述数据传输组件1配置有第一筒节5，数据传输组件1用于将第一探测组件2和第二探测组件4的数据传输到地面控制主机；所述第一探测组件2配置有第二筒节6，所述第一筒节5和第二筒节6连接；所述电机驱动组件3连接在所述第一探测组件2一端，第一探测组件2包括泥浆波探测器7；所述第二探测组件4一端连接所述电机驱动组件3，第二探测组件4的另外一端设有超声换能器8。所述第一探测组件2和第二探测组件4用于对石油井周水泥胶结质量和套管质量进行探测。所述电机驱动组件3带动所述第二探测组件4进行360°旋转，所述第二探测组件4带动所述超声换能器8向石油井周套管360°发射超声波脉冲信号。所述第一探测组件2和第二探测组件4连接有主控模块9，主控模块9用于对第一探测组件2和第二探测组件4进行控制。

超声井周成像测井仪的一个实施例中，所述第一探测组件2设置在所述第二筒节6内部，所述第二筒节6的侧部设有泥浆探测窗口10。所述超声换能器8连接有第一模拟前端电路11，所述第一模拟前端电路11连接有信号检测电路12，所述信号检测电路12连接有第一采集电路25，所述第一采集电路25连接所述主控模块9。所述泥浆波探测器7连接有第二模拟前端电路13，所述第二模拟前端电路13连接有全波采集电路14，所述全波采集电路14连接所述主控模块9。所述第二探测组件4包括旋转接头15，所述旋转接头15连接所述电机驱动组件3和超声换能器8之间。旋转接头15的设计使第二探测组件4能够在电机驱动组件3的带动下进行旋转，从而使超声换能器8在旋转的过程中进行超声波发射。

具体的，模拟前端电路主要由阻抗匹配与预放大、信号选择、带通滤波、程控放大(pga)组成；模拟前端电路目的是处理信号源给出的模拟信号，对其进行数字化及分析处理。模拟前端电路可以进行信号放大，当接收到的信号过于微弱，满足不了系统载噪比要求时，在前端要采用低噪声放大器进行放大，以提高载噪比。为了实现传输频道的某种配置，或为了避开某种干扰，模拟前端电路实现对某些频道进行变换。

超声井周成像测井仪的一个实施例中，所述旋转接头15外侧设有矫正器16，所述矫正器16通过轴承与所述旋转接头15的侧壁连接，所述矫正器16包括矫正臂17，所述矫正臂17呈环状向所述旋转接头15的四周伸展。矫正器16的目的是保证旋转接头15旋转过程中的直立。

超声井周成像测井仪的一个实施例中，所述第一探测组件2还包括温度传感器18，所述温度传感器18用于探测石油井内部的温度数据；所述第一探测组件2还包括压力传感器19，所述压力传感器19用于探测石油井内部的压力数据；所述第一探测组件2还包括地磁传感器20，所述地磁传感器20用于通过电磁法探测石油井内部的空间分布特征。所述温度传感器18、压力传感器19和地磁传感器20连接有信号处理电路21，所述信号处理电路21连接有第二采集电路22，第二采集电路22与主控模块9建立连接。所述地磁传感器20连接有磁通门驱动电路23。采集电路和磁通门驱动电路23均采用现有技术。所述第一探测组件2和第二探测组件4连接有电源模块24，所述电源模块24还连接所述电机驱动组件3。电源模块24用于对第一探测组件2、第二探测组件4和电机驱动组件3供电。

本实用新型实施例使用一个安装在位于仪器底部的旋转接头15上的超声换能器8。旋转探头以7.5转/秒的速度旋转，并向套管发射250～450khz超声波束，超声换能器8激发出不同频率的超声波，测量从套管外部和内部界面反射回来的超声波波列。所接收波列的回波时间可以评价套管内径，并且套管的共振波频率提供了套管检测所需的管壁厚度信息。这些独立波形经过处理后可以从初始回波中获得套管厚度、内径和内壁光滑度数据，从而可评价套管腐蚀和变形情况。

本实用新型技术方案能够扫描到套管360°范围内的数据，保证了能够评价水泥胶结质量，并判断套管内部和外部状况。超声脉冲反射法测量时，超声换能器8为自发自收探头，首先对发射探头激励一个超声波脉冲信号，超声波脉冲信号在流体中传播然后入射到套管内壁，其中大部分声波能量反射回来被换能器接收，剩余的声波能量进入套管，声波信号在套管与水泥环和套管与地层表面之间进行多次的反射。在每个表面，都会有一些能量被反射，一些能量透射出去，能量的大小是由两种材料声阻抗的差异决定的。通过声阻抗的监测，进而可以反应介质的密度，评价环空内水泥比及胶结情况。

参见图3，采用本实用新型技术方案的测井图中从左到右共分十二道：

第一道：磁定位、自然伽马、探头转速和仪器偏心曲线。

第二道：测量深度。

第三、四道：回波幅度曲线，反应套管内壁情况。

第五、六道：套管内半径最小值、最大值及平均值，套管外半径平均值。

第七道：套管内径值减平均值成像曲线，通过颜色渐变反应套管内壁腐蚀、划痕、结垢等情况。

第八道：套管壁厚最大值、平均值及最小值。

第九道：套管厚度减平均值成像道，通过颜色渐变反应套管壁厚变化情况。

第十道：水泥胶结声阻抗成像图。

第十一道：水泥胶结声阻抗固、液、气、未胶结微细定量计算分布图。

第十二道：水泥胶结环空综合成像图。

具体的，套管壁无损腐判断标准是：1、回波幅度高；2、纵剖图内外径值规整；3、壁厚最大小值重合好；4、内径壁厚成像颜色浅。

套管腐蚀判断标准是：1、回波幅度小；2、纵剖图中内外径波动大；3、壁厚最大小值差异大；4、内径壁厚成像颜色深。

内径腐蚀判断标准是：1、回波幅度差值高，异常深黑颜色；2、纵剖图内径值最大、小值差异大；3、壁厚成像差值变小，颜色深；4、内径成像差值变大，颜色深。

套管外径损腐判断标准是：1、回波幅度正常，内径正常；2、内径差值成像颜色浅。3、壁厚差值颜色深。内径正常，壁厚减小，套管外径腐蚀。

图3中，该井447-451.5m套管异常显示，最小壁厚为0.28in(工程值0.317in)、最大内径为3.14in(工程值3.183in)。确定壁厚缺失22.65％，内径缺失0.32％。该段套管内径未有变化(在工程范围内)，而壁厚缺失很严重。综合判定套管外径严重腐蚀。

本实用新型实施例通过激发出不同频率的超声波，测量从套管外部和内部界面反射回来的超声波波列，所接收波列的衰减速率能够指示出水泥/套管界面水泥胶结的质量，并且套管的回波频率提供了套管检测所需的管壁厚度信息。能够扫描到套管360°范围内的数据，保证评价水泥胶结质量的准确性，并全方位判断套管内部和外部状况。实现一次性下井，评价水泥胶结、套管质量，缩短了措施周期并降低了作业成本；在水泥胶结评价方面，可对固相水泥、液相水、未胶结微隙、气体做出准确的判断，更加直观的认识环空相态；在套损检测方面，可以识别套管内外径/壁厚、腐蚀情况，对套管腐蚀情况做出定量判断；可应用套管居中度、水泥环厚度、射孔质量的监测方面。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。