专利名称：一种简易声速测井仪检验、标定及刻度方法
技术领域：
本发明涉及一种简易声速测井仪检验、标定及刻度方法。
背景技术：
在油田测井中，为了对测井仪器进行测试、标定和刻度，需要建立测井仪器的标准 测试系统，称为标准井或刻度井。随着测井仪器的不断引进和仪器国产化水平的提高，刻度 井的作用越来越重要。对于一般声速测井仪器来说，刻度与检验用刻度井结构如图1所示。刻度井通常由井眼11、井眼围岩12、井眼地面保护层13及大地14组成。井眼11直径根据实际油井井眼尺寸设计，可阶梯设计不同直径以满足实际声速 测井仪器刻度检验需要，下部留有“鼠洞”以满足不同仪器长度需要，井眼内充满流体(通 常为水)。井眼围岩12由多层圆柱状不同声速的天然岩石组成，较高的声速岩石有灰岩，白 云岩等，较低声速岩石有泥岩，砂岩等，考虑到声速测量仪器声学换能器工作频率，围岩直 径通常要求大于5米。在实际刻度井设计中，一直存在以下几个突出的问题，使得刻度井建设费用高，困 难大。1、可作为刻度标准的岩石模块获取困难，以直径5米，厚度0. 5米记，如此巨大的 岩石模块开采和加工非常困难，很难保证内部岩石声速均勻，也不能保证内部岩石微空隙 均勻。2、岩石声速标定困难，购买岩石模块价格昂贵，采用天然岩石制作刻度井投资巨 大。3、由于围岩尺寸大，需要多层岩石模块层层垒叠构建，施工难度大。4、岩石长时间存放后会风化老化，声速会有变异，监测困难，刻度井维护费用大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定、成本低廉且便于维护的声速测井 仪刻度检验方法。为了解决上述问题，本发明提供了一种简易声速测井仪刻度检验方法，包括以下 步骤选取两个以上具有明显声速差异的待测地层，并根据每个待测地层声波传输速 度，分别制作与相应地层声波传输速度(差距在5%以内)的管材，用于模拟相应地层岩 石；(2)分别在相应模拟管材内填充可模拟井眼中泥浆的流体；(3)将声速测井仪放置在相应模拟管材内；(4)使用声速测井仪中发射换能器向相应模拟管材内发射声波；(5)使用声速测井仪中接收换能器接收相应模拟管中声波传播信号，将该信号采集并发送到数据处理系统；(6)数据处理系统接收到接收换能器发送来的声波信号，经波形数据分析处理后 获取所测管材声波传播速度，与相应模拟管的标准声波传播速度比对，从而验证声速测井 仪在相应地层井眼中的测量准确性，该标准声波传播速度值可作为声速测井仪的标准刻度值。进一步，所述步骤(1)中，采用金属长圆管模拟高速地层井眼，采用水泥长圆管模 拟中速地层井眼，采用高分子长圆管模拟低速地层井眼。进一步，所述金属长圆管为钢管或铝管。进一步，所述高分子长圆管为有机玻璃管或PVC管。进一步，所述步骤(3)中的流体为水。本发明具有如下优点1、本发明采用具有确定稳定声波传输速度的管材模拟不同地层井眼，性能稳定、 且结构简单、制作成本低廉，并且维护便捷。2、本发明采用钢管、铝管、有机玻璃管、PVC管及水等容易获得材料，获取方便，且 成本及其低廉，另外，其声波传输速度特性稳定，便于获得。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明图1示出了目前使用的刻度井结构示意图；图2示出了本发明中模拟管材使用状态示意图；图3示出了本发明中模拟管材结构示意图；图4示出了本发明中单极子发射、单极子接收所得到的测量波形图。
具体实施例方式本发明中模拟管材结构如图2所示，本发明的实现包括以下步骤(1)根据高速地层、中速地层及低速地层声波传输速度，分别选取与该高速地层、 中速地层及低速地层声波传输速度相近(差距在5%以内)的金属长圆管、水泥长圆管及高 分子长圆管模拟高速地层、中速地层及低速地层。金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管的结构均如图3所示，为长、圆、薄壁结 构，壁厚为外径的1/10-1/2，长度为外径的3倍以上。该金属长圆管6具有密封底面，上部 开口。由于金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管具有确定的声波传输速度，而且该 声波传输速度是容易获知的，所以将金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管的声波传输 速度分别输入并存储到数据处理系统5中。(2)分别在金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管内填充流体1，模拟相应地层 井眼中与该流体声学特性相近的泥浆。在金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管内填充 满该流体。(3)将需检测的声速测井仪2放置相应模拟管材6内，并可采用推靠装置7居中 设置在相应模拟管材6中，以保证测试的声波数据的准确性。由于该模拟管包括金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管三种，可将声速测井仪2依先后次序分别在金属长圆管、水 泥长圆管及高分子长圆管中进行测量。(4)分别使用声速测井仪2中发射换能器3向相应模拟管材6内发射声波，该声波 通过流体1及相应模拟管材6管壁进行传播。由于相应模拟管6包括金属长圆管、水泥长 圆管及高分子长圆管，该金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管均具有确定的声波传输 速度，通过理论计算可以获得，所以对于确定的声波仪器会有确定的声波传播速度测量值， 这里使用声速测井仪2真实的声波传播速度测量数值与理论声波传播速度值进行比较，可 以检验得到该声速测井仪2的测量性能。(5)使用声速测井仪2中接收换能器4分别接收相应模拟管材6中声波传播信号， 并将该信号发送到数据处理系统5。接收换能器4与数据处理系统5之间通过连线与接口 进行通讯。(6)数据处理系统5接收到接收换能器4发送来的声波传播信号。模拟管材6为 金属长圆管时，与该数据处理系统5中输入的金属长圆管声波特性参数进行比对，检验声 速测井仪2在高速地层井眼中的测量指标。模拟管材6为水泥长圆管时，与该数据处理系统5中输入的水泥长圆管声波特性 参数进行比对，检验声速测井仪2在中速地层井眼中的测量指标。模拟管材6为高分子长圆管时，与该数据处理系统5中输入的高分子长圆管声波 特性参数进行比对，检验声速测井仪2在低速地层井眼中的测量指标。这样就分别检验了声速测井仪2在高速、中速及低速地层井眼中的测量指标，综 合声速测井仪2在以上三种不同模拟声速地层井眼中刻度，可通过计检验、标定及刻度该 声速测井仪2。本发明采用具有确定稳定声学特性的管材模拟不同地层井眼，性能稳定、且结构 简单、制作成本低廉，并且维护便捷。本发明中，步骤(1)中的金属长圆管6可以采用钢管或铝管。步骤(1)中的高分 子长圆管6可以采用有机玻璃管或PVC管。步骤(2)中的流体1可以采用水。本发明采用钢管、铝管、有机玻璃管、PVC管及水等容易获得材料，获取方便，且成 本及其低廉，另外，其声波传输速度稳定，参数便于获得。本发明中，金属长圆管、水泥长圆管及高分子长圆管在使用时垂直放置，管外为空 气或水。圆管长度的选择应满足不同单极、偶极声速测井仪标定的最大长度需要；壁厚的 选择应满足承压需要，主要考虑管内所需承受的流体压力(管外为空气时)和标定刻度操 作过程中所形成的机械压力。圆管直径及材料(对应不同声学参数)的选择应保证仪器标定过程中在目标频率 段内(对应仪器工作频率)激发出较强的声场能量，以便于声速测井仪性能的评估；另外， 壁厚有限的长圆管中通过声速测井仪器所测得的声波时差值(声波速度的倒数)不同于管 材介质本身的声波时差值，需要针对不同的声速测井仪类型进行校正。下面给出一个测试实例。图4是单极子发射、单极子接收所得到的测量波形，接收 探头为4组，波形幅度较大的部分进行了饱和处理。测试过程中，管材选用的是铝管，其壁 厚为10毫米，管长为8米，内径0. 15米。
通过波形处理，可得首波传播时差为57微秒/英尺，即首波传播速度为5347米 /秒。而对金属材料铝来说，其纵波声速为6420米/秒(马大猷等，《声学手册》修订版， 2004)。实测结果表明，单极子声波测井仪在有限壁厚管材中测得的首波传播速度比无限大 铝制材料中的纵波声速要低得多，这主要是由于波导结构的影响，使得首波存在频散现象。 因此，在声波测井仪器的实际刻度过程中，需要根据仪器的频率进行不同频散校正。偶极子声波测井仪的测试过过程和结果与单极子声波测井仪类似，在此不重复再给出。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围， 因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
权利要求
一种简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，其特征在于，包括以下步骤(1)选取两个以上具有明显声速差异的待测地层，并根据每个待测地层声波传输速度，分别制作与相应地层声波传输速度接近(差距在5％以内)的管材，用于模拟相应地层岩石；(2)分别在相应模拟管材内填充可模拟井眼中泥浆的流体；(3)将声速测井仪放置在相应模拟管材内；(4)使用声速测井仪中发射换能器向相应模拟管材内发射声波；(5)使用声速测井仪中接收换能器接收相应模拟管中声波传播信号，将该信号采集并发送到数据处理系统；(6)数据处理系统接收到接收换能器发送来的声波信号，经波形数据分析处理后获取所测管材声波传播速度，与相应模拟管的标准声波传播速度比对，从而验证声速测井仪在相应地层井眼中的测量准确性，该标准声波传播速度值可作为声速测井仪的标准刻度值。
2.如权利要求1所述的简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，其特征在于所述步骤 (1)中，采用金属长圆管模拟高速地层井眼，采用水泥长圆管模拟中速地层井眼，采用高分 子长圆管模拟低速地层井眼。
3.如权利要求2所述的简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，其特征在于所述金属 长圆管为钢管或铝管。
4.如权利要求2所述的简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，其特征在于所述高分 子长圆管为有机玻璃管或PVC管。
5.如权利要求1-4任一所述的简易声速测井仪检验、标定及刻度方法，其特征在于所 述步骤(2)中的流体为水。
全文摘要
本发明提供了一种简易声速测井仪刻度检验方法，包括以下步骤(1)根据待测地层声波传输速度，选取与相应地层具有相近声波传输速度的模拟管材；(2)分别在相应模拟管材内填充流体；(3)将声速测井仪放置在相应模拟管材内；(4)使用声速测井仪中发射换能器向相应模拟管材内发射声波；(5)使用声速测井仪中接收换能器接收相应模拟管材中声波信号，并将该信号发送到数据处理系统；(6)数据处理系统接收到接收换能器发送来的声波信号，与相应模拟管的声波相应特性参数进行比对，从而检验声速测井仪的性能。本发明采用具有确定声波传输速度的管材模拟不同地层井眼，性能稳定、且结构简单、制作成本低廉，并且维护便捷。
文档编号E21B49/00GK101942987SQ20101025386
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者刘西恩, 卢涛, 张海澜, 陈德华 申请人:中国海洋石油总公司;中海油田服务股份有限公司