專利名稱：用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種套管井水泥膠結(jié)質(zhì)量評價技術(shù)，尤其是涉及一種用于評估水泥與 地層界面膠結(jié)質(zhì)量的反演方法。
背景技術(shù)：
石油、天然氣井采用套管/水泥/地層結(jié)構(gòu)來保證井眼的穩(wěn)定，其中水泥一方面起 到固定套管的作用，另一方面阻止不同地層中的流體混合，確保產(chǎn)油(氣)區(qū)不被污染。通 過下井儀器可對水泥的膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行檢測和評估。最早采用的CBL、VDL聲波方法在井周 上沒有方向性，所以不能確定膠結(jié)缺陷所在的方位，且不能檢測出豎直方向的溝槽缺陷。近 年來，國外公司采用寬頻帶換能器組或繞軸旋轉(zhuǎn)的單個超聲換能器，垂直于套管內(nèi)壁激發(fā) 和接收波形，對井周進(jìn)行全覆蓋檢測，目前采用此檢測方法的儀器(斯倫貝謝USI，哈利伯 頓CAST-F)已經(jīng)可以檢測出套管/水泥界面(以下稱一界面)膠結(jié)缺陷，然而由于套管的 高聲阻抗，窄脈沖聲波在套管內(nèi)發(fā)生多次反射，持續(xù)時間長，淹沒了后續(xù)的水泥/地層界面 (以下稱二界面)，因此無法對二界面膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行評價。同濟(jì)大學(xué)胡文祥等人針對這個問 題，根據(jù)聲半波透射理論，在原有的檢測方式不變的基礎(chǔ)上，選用多周期(周期等于套管厚 度共振頻率倒數(shù))猝發(fā)信號激勵換能器，產(chǎn)生的聲波可有效地透過鋼套管，獲得增強(qiáng)的二 界面回波信號，為評價二界面膠結(jié)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。但是，在許多情況下，二界面回波脈沖 仍然與套管內(nèi)壁反射信號、套管內(nèi)共振反射信號在時間上部分疊加，仍無法直接用來評價 套管井二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種消除了不利因 素影響的用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟(1)利用換能器發(fā)射超聲脈沖對實(shí)際套管內(nèi)壁進(jìn)行檢測，得到實(shí)測信號，同時選 取換能器垂直套管內(nèi)壁發(fā)射超聲波的聲傳播模型，仿真出換能器接收的信號，獲得仿真信 號；(2)對實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行歸一化處理和波形時間對齊處理，并從實(shí)測信號 和仿真信號中截取一段時間窗口中的信號；(3)對所截取的實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行信號變換處理，并計算二者均方根誤差， 調(diào)整仿真模型中傳播時間和水泥表面等效阻抗，反演參數(shù)使得上述誤差達(dá)到最?。?4)通過反演參數(shù)和選取的聲傳播模型計算套管內(nèi)壁反射回波、套管內(nèi)共振回波 以及水泥/地層界面回波，最后用歸一化的二界面回波信號評價界面的膠結(jié)質(zhì)量。所述的超聲波的聲傳播模型包括一維聲傳輸線模型或三維聲波動模型。
所述的實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行波形時間對齊處理時通過計算二者相關(guān)系數(shù)方 法得到時間差，然后對實(shí)測信號進(jìn)行延時。所述的截取一段時間窗口中的信號包括套管內(nèi)壁反射回波、套管內(nèi)共振反射回 波。所述的信號變換處理方法包括Hilbert變換求包絡(luò)或小波分解變換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能將二界面回波信號從各波成分相互疊加的反射信號中 單獨(dú)提取出來，評價套管井二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量，并消除了泥漿衰減、換能器發(fā)射能量、儀 器偏心、橢圓井眼等變化因素的影響。


圖1為超聲換能器垂直入射套管井檢測方式的剖面示意圖；圖2為圖1所示檢測方式的超聲換能器輸出電信號；圖3為反演時間、和水泥表面阻抗流程；圖4為圖2中電信號通過反演結(jié)果分離之后的獨(dú)立脈沖。圖中11為多周期猝發(fā)電信號、12為超聲換能器、13為輻射聲波、14為泥漿、15為 套管、16為水泥、17為地層、18為反射聲波、19為仿真電信號、WtlU)為套管內(nèi)壁的反射回 波、W1U)為套管內(nèi)的共振反射回波、W2(t)為二界面的回波。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例圖1是超聲換能器垂直入射套管井的剖面圖，多周期猝發(fā)電信號11激勵超聲換能 器12振動，向泥漿14中輻射聲波13，在泥漿14、套管15、水泥16、地層17中傳播，遇到界 面后產(chǎn)生反射聲波18，由超聲換能器12轉(zhuǎn)換為仿真電信號19。為得到仿真電信號19，首先要確定聲傳播模型，這里所考慮的聲傳播模型，可以是 近似的一維聲傳輸線模型，或者更精確的三維聲波動模型，但并不限于此。采用一維聲傳輸線模型，則“泥漿/套管/水泥”的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟(1)利用換能器發(fā)射脈沖對實(shí)際套管內(nèi)壁進(jìn)行檢測，得到實(shí)測信號，同時選取換能器垂 直套管內(nèi)壁發(fā)射超聲波的聲傳播模型，仿真出換能器接收的信號，獲得仿真信號；(2)對實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行歸一化處理和波形時間對齊處理，并從實(shí)測信號和仿 真信號中截取一段時間窗口中的信號；(3)對所截取的實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行信號變換處理，并計算二者均方根誤差，調(diào)整 仿真模型中傳播時間和水泥表面等效阻抗，反演參數(shù)使得上述誤差達(dá)到最??；(4)通過反演參數(shù)和選取的聲傳播模型計算套管內(nèi)壁反射回波、套管內(nèi)共振回波以及 水泥/地層界面回波，最后用歸一化的二界面回波信號評價界面的膠結(jié)質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方 法，其特征在于，所述的超聲波的聲傳播模型包括一維聲傳輸線模型或三維聲波動模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方 法，其特征在于，所述的實(shí)測信號和仿真信號進(jìn)行波形時間對齊處理時通過計算二者相關(guān) 系數(shù)方法得到時間差，然后對實(shí)測信號進(jìn)行延時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方 法，其特征在于，所述的截取一段時間窗口中的信號包括套管內(nèi)壁反射回波、套管內(nèi)共振反 射回波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方 法，其特征在于，所述的信號變換處理方法包括Hilbert變換求包絡(luò)或小波分解變換。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于評估水泥與地層界面膠結(jié)質(zhì)量的超聲信號反演方法，根據(jù)聲波在套管井結(jié)構(gòu)中的傳播模型，仿真垂直入射套管內(nèi)壁的換能器回波信號，與實(shí)測信號相比較，調(diào)整模型參數(shù)，使二者均方根誤差最小，分離回波信號中的套管內(nèi)壁反射波、套管內(nèi)共振回波、二界面反射回波，最后用歸一化的二界面回波信號幅度作為二界面水泥膠結(jié)的質(zhì)量參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能將二界面回波信號從相互疊加的反射信號中單獨(dú)提取出來，并消除了泥漿衰減、換能器發(fā)射能量、儀器偏心、橢圓井眼等變化因素的影響。
文檔編號G01N29/04GK102128028SQ20101002272
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者王浩, 胡文祥, 馬琦 申請人:同濟(jì)大學(xué)