[发明专利]对套管井外地层声阻抗不连续界面检测的系统及方法

说明书

技术领域

本发明是一种对套管井外地层声阻抗不连续界面检测的系统及方法，它属于应用地球物理勘探技术的创新。

背景技术

由于在套管井中现有的单极子声波测井探头辐射的声波经过套管、水泥等形成的径向多层介质后，辐射到地层中的能量大大减少，这影响了反射声波测井技术在套管井中的应用。另外，利用偶极子声波测井激发的弯曲波对套管外裂缝或声阻抗不连续界面的检测也有人做了尝试，但利用井孔模式波(弯曲波)评价井旁地质构造，限制了其径向检测深度；且不能完成裂缝高度和深度的“二维”检测。本专利首次将具有声束聚焦和动态可控技术的相控线阵声波测井辐射器应用于套管井反射声波测井，验证了将裸眼井反射声波测井技术应用于套管井中的可行性，为套管井外地层声阻抗不连续界面的识别提供了新的方法和思路。

另外，在反演套管井外地质构造时，需根据地层的纵横波速度进行。但目前，声波测井在套管井地层评价方面应用甚少，其主要应用被限制在固井质量评价。究其原因是现有的声波测井仪在过套管测量地层声学参数时有其局限性：(a)传统的采用对称振动式换能器的声波测井仪，声源所发出的能量无明显的指向性，无法进行人工控制，且I界面或II界面胶结差时，测量的全波列中套管波能量较强，几乎观测不到地层信息，限制了声波测井在套管井地层评价中的应用；(b)将非对称振动式换能器的多极子测井仪用于套管井测井时，偶极子声波测井可以在套管井I界面胶结差时测量地层的纵波信息，在一定程度上提高了套管井声波测井地层评价的能力，但是偶极子声波测井仪在套管井II界面胶结差、仪器稍有偏心或地层较软时测量地层的纵横波信息受到严重干扰，以致于在将其资料用于判断地层的声学性质时常常会出问题。基于此，本专利首次将具有声束聚焦和动态可控技术的相控线阵声波测井辐射器应用于套管井声波测井，提供了在套管井胶结差时测量地层声学参数的技术和方法。

因此，本发明在将相控线阵声波测井辐射器应用于套管井外地层裂缝或声阻抗不连续界面检测的同时，还解决了套管井地层声学参数的测量问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有方法简单，检测效果好，通过采用相控线阵声波测井辐射器的优化工作方式，使其辐射的大部分能量透射到地层，从根本上增加套管井外地层声阻抗不连续界面的反射信号的能量、提高信噪比和探测能力等优点的利用相控线阵声波测井辐射器对套管井外地层声阻抗不连续界面检测的系统及方法。在反演套管井外地质构造时，需要预先知道套管井外地层的纵横波速度，本发明同时也提供了在套管井胶结差时测量地层纵横波速度的方法，这对套管井地层评价具有重要意义。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种对套管井外地层声阻抗不连续界面检测的系统及方法，它包括安装在套管井井孔中的相控线阵声波测井辐射器，相控线阵声波测井辐射器是由若干个传统的单极子声波测井探头沿着直线排列组成的，构成相控线阵声波测井辐射器的单极子声波测井探头称为阵元，阵元之间满足声电隔离，相邻阵元间距均匀排列或非均匀排列均可，相邻阵元间距均设定在0.04m～0.1m范围内；接收探头采用若干个方位声波接收探头，它们沿套管井周方向均匀放置排列而成，接收探头单独接收采集声波信号或通过接收电路将信号相加后输出到控制系统；相控线阵声波测井辐射器和接收探头的源距在2m～12m之间可调，满足较宽的径向探测范围。

所述相控线阵声波测井辐射器的工作频率范围在3kHz～30kHz之间；相控线阵声波测井辐射器相邻阵元间的延迟时间按照辐射主瓣偏转角等于地层的第一临界角时，用于强套管井孔中接收的地层滑行纵波的幅度，此时可在套管井任意胶结状况下测量地层的纵波速度；

相控线阵声波测井辐射器相邻阵元间的延迟时间按照辐射主瓣偏转角小于地层的第一临界角方式设定时，用于实现向套管井外地层扫描辐射声波的技术；

相控线阵声波测井辐射器相邻阵元间的延迟时间按照辐射主瓣的3dB角宽覆盖地层的第二临界角方式设定时，用于在硬地层可加强套管井孔中接收的地层滑行横波的幅度，此时可在套管井任意胶结状况下测量地层的横波速度。

所述方位声波接收探头为压电陶瓷接收片。

所述相控线阵声波测井辐射器的指向性通过幅度加权等指向性综合方法控制；相控线阵声波测井辐射器阵元的响应幅度按照从中心向两端逐渐减小的方式设置，以使主瓣角宽变宽；反之，相控线阵声波测井辐射器阵元的响应幅度按照从中心向两端逐渐增大的方式设置，则使主瓣角宽变窄。

一种对套管井外地层声阻抗不连续界面检测的方法，它的步骤为，