[发明专利]使用SH模式波和A0模式波识别套管井水泥环胶结状况的方法

说明书

本发明公开了一种使用SH模式波和A0模式波识别套管井水泥环胶结状况的方法，在套管环向一周均匀放置8个收发互易的换能器，第一换能器为发射探头；第二、三换能器接收环向传播的波形；第四换能器在套管中分别激发环向传播的波；对第二、三换能器接收的全波波形做希尔伯特变换，分别计算所在扇区上的衰减值，环向8个测量单元分时工作，得到环向相邻两个换能器的8个扇区上的SH模式波和A0模式波的衰减；反演套后介质的横波阻抗，计算得到其所在扇区的套管后介质的横波速度；通过A0模式波的衰减值反演得到套后介质的纵波阻抗，计算得到其纵波速度；给出套管与水泥环之间的胶结状况。本发明可以识别套管与水泥环以及水泥环与地层之间界面的胶结状况。

技术领域

本发明涉及一种使用声波测井评价固井质量的方法。

背景技术

声波测井是常用的固井质量评价方法。目前声幅-变密度测井、扇区水泥胶结测井、水泥声阻抗类测井等均需要声源在井内流体中辐射声波，通过流体耦合到套管中，激发沿轴向传播的纵向模态的套管波，利用套管波的幅度或衰减评价套管与水泥环之间的胶结质量。但这些方法在重泥浆或含气井眼中的应用受到了限制。

在套管中还可激发沿套管环向传播的导波，本发明实现了在套管中激发和接收沿着套管环向传播的SH模式波和A0弯曲模式波，联合SH模式波和A0模式波的衰减评价水泥环的胶结状况。套管中SH模式波沿轴向振动、环向传播，不向流体中泄漏能量；A0模式以径向振动为主、沿套管环向传播，可向套后耦合的固体或流体中泄露声波能量。另外，套管中SH模式波衰减仅受水泥密度和水泥剪切波速影响(除了扩散衰减)，也就是说，当套管规格已知，套管中环向SH模式波的衰减仅反映水泥横波阻抗。套管中A0模式波是由SV波和P波在套管中传播形成，以沿径向振动为主，其衰减受水泥纵波阻抗和横波阻抗的共同影响，因此，单独使用A0模式衰减不足够准确得到水泥的纵波阻抗和横波阻抗，联合SH模式波和A0模式波的衰减可较准确反应水泥的剪切模量和压缩模量。

通常套管井中水泥的胶结状况可分为自由套管、胶结良好、水泥环第I(套管和水泥环之间的界面)或第II界面(水泥环与地层之间的界面)不胶结、水泥环第I或第II界面有微环等情况。在自由套管井段，忽略SH模式波的扩散衰减和频散导致的耗散衰减，SH模式波的衰减可视为零，记录的全波波形中仅有沿套管环向传播的直达波；A0模式波向井中流体及套管外流体中泄漏纵波，存在一定的衰减。在胶结良好的套管井段，SH模式波和A0模式沿套管环向传播的同时，均向水泥环中泄漏能量，不同的是，SH模式波向水泥环中泄漏横波，因此其衰减值直接反映了水泥的横波阻抗，即表征了水泥的剪切模量；A0模式波向水泥环中泄漏的声波能量是水泥纵波阻抗和横波阻抗的函数(即便在快速水泥时仅在水泥环中辐射横波，但泄漏的能量也与水泥的纵波速度有关)，因此，联合SH模式波和A0模式的方法能够更加完整表征套后水泥的力学性能。对于水泥环第I界面不胶结或存在微环的情况，SH模式波的传播特征与自由套管一致，但A0模式仍有衰减，且在I界面存在微环时其衰减值大于I界面胶结差的情况，因此，结合SH模式波几乎不衰减与A0模式有明显的衰减特征，能够区分水泥环第I界面是没有水泥胶结还是存在微环。对于水泥环第II界面不胶结或存在微环的情况，泄漏到水泥环中的SH模式波在固-液界面反射，可耦合到套管继续沿着套管环向传播，因此接收器能够清晰接收到沿套管传播的直达SH模式波和来自水泥环第II界面反射的SH模式波，反射波的相位信息携带了水泥环第II界面的胶结状况，其到时反映了水泥环的厚度。类似的，A0模式波也会在水泥环第II界面产生反射，结合SH模式波和A0模式的反射波特征，判断水泥环第II界面的胶结状况。