用于井下固井剂评估的系统和方法
【专利摘要】提供了通过确定在位于井眼(11)中的地层(12)与套管(13)之间的介质(20)内传播的剪切波(26)的剪切速度来进行固井剂评估的系统和方法。该方法可以包括将超声波换能器阵列(21)定位在井眼中的套管内。该方法还可以包括，以推动模式，利用套管内的超声波换能器阵列在介质中产生剪切波。该方法还可以包括，以查询模式，利用超声波换能器阵列测量剪切波在介质中的剪切速度。剪切速度可以用来判断介质是固体还是液体。
【专利说明】用于井下固井剂评估的系统和方法
【背景技术】
[0001] 声学检测可以用来检测井眼完井过程中使用的套管和介质。油田声学检测可以例 如涉及超声波的使用。
[0002] 在井眼完井的情况下，穿透地层的井眼可包括地层壁，其中设置有套管。在地层壁 和套管之间的环状空间（或环隙）中可以填充各种材料构成的介质，例如固井剂、钻井液、 泥浆和/或其它环状空间固体。在将介质设置在环状空间中之后，可以使用声学测试方法 来评估介质的完整性。介质可能在不同地层之间施加区域隔离，以避免流体（例如水、气、 油）从地层通过套管的环状空间流动。介质布置和完整性还可能影响井的构造，以便例如 确保套管的机械支撑和/或提供防腐蚀的保护。
[0003] 可以使用固井剂评估来确定例如在环状空间中形成介质的各种材料的位置和/ 或存在性。可以使用各种工具，例如使用声波的工具，来探查套管外的介质。这些工具可以 基于介质的剪切阻抗（大致为介质密度与声波的剪切速度的乘积）、介质的压缩阻抗（大致 为介质的密度和声波的纵向速度的乘积）、和/或它们的组合来进行探查。这样的评估可以 用于探测可能出现的潜在问题，例如当介质和套管之间的结合失效时、当介质没有完全设 置好时、当在介质中使用轻质和/或低密度固井剂时、以及其它条件不够理想从而可能在 介质中留下一些环状空间固体的实践场景。
【发明内容】
[0004] 提供
【发明内容】
是为了引入下面的详细描述中将进一步描述的一些概念的选择。发 明内容部分并不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不期望用来辅助限制所 要求保护的主题的范围。
[0005] 在一个实施例中，提供了一种通过确定位于井眼中的地层壁和套管之间的介质的 剪切速度来进行固井剂评估的方法。该方法可包括：将超声波换能器阵列放置在井眼中套 管内。该方法还可以包括：以推动模式，利用套管内的超声波换能器阵列在介质中产生剪切 波。该方法还可以包括：以查询模式，利用超声波换能器阵列测量剪切波在介质中的剪切速 度。
[0006] 该方法还可以涉及测量介质中颗粒运动的剪切速度，以及基于所测量的剪切速度 来确定介质是固体还是液体。可选地，该方法还可以包括产生表示多个位置处的介质状态 的图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 参考附图描述了用于固井剂评估的方法和装置的实施例。在所有附图中，使用相 同的附图标记来表示相同的特征或构件。
[0008] 图1是示出了具有声波测井配置的井场的一个示例的示意图。
[0009] 图2示出了根据本公开的一个实施例的可以用来产生剪切波点源的超声波换能 器阵列的一个示例的示意图，该剪切波点源在套管周围的介质中产生偶极波前型式。
[0010] 图3示出了根据本公开的一个实施例的可以用来产生快速移动的辐射点力的超 声波换能器阵列的一个示例的示意图，该快速移动的辐射点力在套管周围的介质中产生圆 锥形波前型式。
[0011] 图4示出了图2所示的一个示例的示意图，其中，单个散射体位于环隙中以及由入 射剪切波使散射体移位时对应的超声波波形。
[0012] 图5是图解在特定位置处两个时间点记录的"查询"超声波波形的一个示例的曲 线图。
[0013] 图6是图解在相距δ X的两个位置处所构造的位移波形的示例性图表的曲线图， 并且示出了剪切波到达时间，分别示为h和t2。
[0014] 图7示出了根据本公开的一个实施例的固井剂评估方法的流程图。
[0015] 图8示出了根据本公开的一个实施例的另一种固井剂评估方法的流程图。
[0016] 图9示出了根据本公开的一个实施例的另一种固井剂评估方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 在下面的描述中，给出了许多细节以便于理解本公开。然而，本领域技术人员应当 理解，本公开可以在无需这些细节的情况下实践，并且可对所描述的实施例做出许多修改 或变更。
[0018] 本公开涉及使用声学成像来进行固井剂评估。这样的成像可以用来评估套管和设 置了套管的井眼周围的地层之间的环隙中的介质的质量。
[0019] 如这里所提到的，设置了套管的井眼是指地质地层中钻出的井眼，在井眼中布置 了填充流体的套管，在套管和地层之间的环隙中布置了介质。井眼可以是开采井，即，开采 油气流向地表的井；或注入井，即从地表向其中注入流体以到达地质地层的井。
[0020] 如这里所提到的，剪切波可以指当介质在受到剪切或横向内力而不改变介质的体 积时在介质中产生的横波。如果介质是弹性的，每一层在剪切之后都将恢复其原始形状，相 邻层可以经受剪切，并且这种移位可以作为波在介质中传播。剪切波的速度（V)等于剪切 模量（G)(介质常数）与介质密度（P)之比的平方根，
【权利要求】
1. 一种用于对井眼（11)中位于地层（12)的壁与套管（13)之间的介质（20)进行固井 剂评估的方法，包括： 将超声波换能器阵列（21)放置（2000)在井眼（11)中套管（13)内； 以推动模式，利用超声波换能器阵列（21)在介质（20)中产生（2002)剪切波（26)，该 剪切波（26)引起介质（20)中的颗粒运动；以及 以查询模式，利用超声波换能器阵列（21)测量（2006)介质（20)中的颗粒运动的剪切 速度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述推动模式包括： 利用井眼（11)中套管（13)内的超声波换能器阵列（21)产生声波束，以在介质（20) 中产生垂直于超声波换能器阵列（21)的点力，使得介质（20)中的剪切波（26)具有偶极波 前型式。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括： 调制（1002)声波束，以在介质（20)中产生选定频率的剪切波，其中，所述选定频率等 于套管的共振频率或套管的共振频率的谐波频率。
4. 根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述推动模式还包括： 驱动（1002)超声波换能器阵列（21)，使得所产生的点力沿垂直于超声波换能器阵列 (21)的路径以高于剪切波（26)的剪切速度的速度移动，从而产生在介质（20)中移动的圆 锥形剪切波。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述推动模式包括： 以与套管的共振频率或套管的共振频率的谐波频率之差在一阈值范围内的频率驱动 超声波换能器阵列中的至少一个元件。
6. -种用于固井剂评估的方法，包括： 将超声波换能器阵列（21)布置（3000)在井眼（11)中套管（13)内，该套管（13)通过 设置在形成于地层（12)的壁与套管（13)之间的环隙中的介质（20)固定在井眼中； 通过使用超声波换能器阵列（21)，在介质（20)中产生（3002)剪切波（26)，该剪切波 的频率与套管的共振频率或其谐波频率之差在一阈值范围内，并且该剪切波（26)引起介 质（20)内的颗粒运动； 测量（3004)介质（20)中的颗粒运动的剪切速度；以及 基于剪切速度确定（3006)介质（20)是固态还是液态。
7. 根据权利要求6所述的方法，还包括： 测量（1010、1004)介质（20)中多个位置处的颗粒运动的剪切速度而获得多个剪切速 度；以及 基于所述多个剪切速度，产生（1012)代表介质（20)的图像，该图像指示所述多个位置 处的介质（20)是固态还是液态。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述图像包括代表介质（20)的二维图像和代表 介质（20)的三维图像中的一种。
9. 根据权利要求6至8中任何一项所述的方法，其中，在介质（20)中产生（3002)剪切 波包括： 将超声波换能器阵列（21)的输出聚焦到介质（20)中，使得产生点力；以及 以选定的频率调制超声波换能器阵列（21)的输出的幅度，所述选定的频率与套管的 共振频率或套管的共振频率的谐波频率相差5%或更小的阈值范围。
10. 根据权利要求9所述的方法，还包括：驱动超声波换能器阵列（21)而使得沿着垂 直于超声波换能器阵列（21)的路径移动点力。
11. 根据权利要求6至10中任何一项所述的方法，还包括驱动超声波换能器阵列（21) 中的具有固定焦点的至少一个元件，或者使用具有该固定焦点的单元件式换能器。
12. 根据权利要求6至11中任何一项所述的方法，其中，大约每秒零米的剪切速度表示 环隙中的介质为液态，而大于或等于每秒一百米的剪切速度表示环隙中的介质为固态。
【文档编号】G01V1/44GK104126118SQ201280070192
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】B·弗勒利克 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司