dianzja5固井声波测井仪Word下载.docx
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套管壁的厚度很薄，例如外径为17.7cm的套管，其壁厚约7mm。
钢管套内充满泥浆，套管外是水泥，由于钢、水泥、泥浆三种材料的声阻抗各不相同，因此套管实际上构成了一个内外壁具有不同阻抗界面的声波导。
套管波由波导中的模式波组成各模式波的轴向传播速度也并不尽相同，因而在传播过程中由于通过阻抗边界向两侧介质辐射能量而引起的衰减也不尽相同。
理论和实际测量表明，尽管波的首波主要来自于沿套管的滑行纵波和一次反射纵波的贡献。
在井内泥浆不变的条件下，套管波的首波向外层介质辐射能量的多少取决于介质的声阻抗。
例如对套管滑行纵波来说，当管外为真空时，阻抗比为∞，不向管外辐射能量；
当套管外层介质的声阻抗与钢管相同时，向管外的能量最多，当外层介质沿径向无限延伸，这就相当于钢质裸眼井情况，套管波滑行纵向将按（）的规律衰减（z为发射器和接受器间的距离）。
对于套管井，固结良好时套管外围为水泥环，固结不好时套管外围为泥浆（或水），或者部分是水泥部分是泥浆。
由于泥浆的声阻抗与套管的声阻抗相差较大，而水泥的声阻抗与套管相对比较接近，因此套管波的首波幅度与水泥环的胶结质量密切相关。
在声幅测井中，把无水泥固结的套管段称为自由套管，自由套管中的套管波声幅最大，在有水泥固结的套管段，套管波的声幅明显下降。
因此，对套管波的幅度或衰减测量可以显示水泥与套管的胶结状况，以及指示水泥的返高。
研究结果表明，套管波幅度除了受水泥环胶结状况的影响外，它还会受泥浆性能、仪器原距、套管直径、套管厚度、水泥配比、水泥环厚度以及水泥固结时间等因素的影响。
因此，在声幅测井资料的应用中，都是采用相对幅度或相对衰减的方法来评价水泥胶结质量。
1.相对幅度法
定义：
相对幅度=（5-1）
自由套管声幅值由水泥返高面以上的井段测的。
根据实验数据和实践经验，解释标准一般定义为：
相对幅度小于20%的井段水泥胶结良好；
相对幅度大于30%的井段水泥胶结不好；
相对幅度为20~30%的井段水泥胶结中等。
显然该解释标准中的好、中、差的界线并不是绝对的，它只是一个统计标准，仅供解释时参考。
2.胶结指数法
相对幅度法是以自由套管中的声幅作为参考值来评价水泥胶结质量，这种方法在一定程度上消除了井内泥浆及套管尺寸的影响，但是对所用水泥型参、配比、水泥固届时间的影响则无消除。
胶结指数法将对上述影响有所改善。
定义声幅测井的幅度衰减系数为：
（db/ft）（5-2）
式中，z为源距，A0为自由套管中套管波幅度；
A为测量层段的套管波幅度。
α表征了套管外水泥固结后选成的套管波衰减。
如今整个测量井段中衰减系数的最大值为α0，并认为α0对应的井段是完全胶结好的井段。
对于衰减系数为α的井段，其胶结指数为：
（5-3）
对于完全胶结好的井段应有β=1。
考虑到水泥环厚度，测量误差等因素，通常认为β>
0.8的井段为胶结良好井段。
5.1.2声幅测井下仪器
声幅测井下仪器由单发单收声系和电子线路短节组成。
声系仍采用频率为20kHz的压电陶瓷晶体作为发射器和接收器，再有的仪器中也采用磁致伸缩材料制作发射器。
声幅测井仪的电子线路脉冲发射电路和接收电路两个主要部分，接收电路负责对接收信号的放大和电缆驱动，为了保证套管波幅度的有效测量，接收电路应对接收信号作为失真放大，因此接收放大器必须严格工作在线性区，这一点在接收信号强时特别重要。
我们知道，强接收信号出现在自由套管的情况。
在实际工作中，通常应在室内的校验筒（钢筒）内对接收放大器的增益作严格调整，以确保接收信号的不失真放大。
一般来说，校验筒的外壁为空气，这个条件比实际自由套管条件更强。
在很多情况下，可以把裸眼井声速测井的井下仪器直接用于声幅测井，只要把工作方式设置为单发双收的工作方式。
应该指出的是，声幅测井测量的是套管波的幅度，对仪器源距的选择应尽量保证套管波是接收波形中的首波，也就是说声幅测井仪的源距还不宜太大，通常选择的源距为1m或3ft。
5.1.3声幅测井地面仪器框图
为了对声幅测量的电路原理有更详细的了解，这里具体介绍一种国产声幅测井地面仪器的电路结构及主要电路的工作原理。
地面仪器的任务是接受和放大由电缆传送来得声波信号，并从中选出第一正峰信号，在把第一正峰信号处理成与其幅度成正比的直流信号供记录仪进行照相记录，下图是常见的一种声幅测井仪的地面仪器框图.它由同步信号发生器、延迟单稳、门控信号发生器、放大器、采样门、展宽级、记录级和校验信号发生器等电路构成。
同步信号发生器产生每秒20次，宽30μs的正、负窄脉冲。
正脉冲送往井下作为触发井下声发射的同步脉冲，也称下井同步。
负脉冲为地面仪器的工作同步脉冲，也称地面同步。
在下井同步控制下，井下仪器按每秒20次的速率发射声波，并把放大后的接收声信号通过电缆传送至地面仪器的匹配级，地面放大器对声信号作进一步的不失真放大，习惯上称放大后的声信号为A信号，A信号就是采样门的输入信号。
在门控方波的作用下，采样门从A信号中采选出第一正峰信号，习惯上把采选出的第一正峰信号称为B信号。
门控方波是这样形成的：
地面同步经延迟单稳态延迟200～700μs，以适应声波在井内的传播时间和信号通过电缆的时间延迟。
延迟后的同步信号触发门控信号发生器，得到宽为30-60μs的门控负方波。
调节延迟单稳的延迟时间和门控负方波的宽度使之刚好套住A信号的第一正峰信号，这就形成了所需的门控方波。
展宽级对B信号作波形展宽变换，输出波形近似三角波，三角波面积与B信号幅度保持线性关系，展宽波经纪录级的电流放大和积分平滑，输出与B信号幅度成比例的直流电流送记录仪记录。
校验信号发生器可产生各种标准幅度的声波模拟信号，用于仪器的刻度和对仪器进行线性检查。
当需要对仪器进行校验，刻度时，将信号选择开关S置2的位置，使校验信号代替测井信号进入放大器。
调节校验信号发生器的输出衰减开关，可以分别得到幅度为50、100、150、……、900mv的校验信号。
若选定老点偏移的横向比例，则在不同幅度校验信号条件下；
调节记录仪灵敏度使光点偏移值等于校验信号条件下；
调节记录仪灵敏度使光点偏移值应分别调节为1，2，3，…….，18cm。
下图给出了声幅测井地面仪器的各级波形。
在声幅测井时套管波得到时在同一口井中几乎是不变的。
因此对电路中延迟单稳的延迟时间和门控方波的宽度只需在测井开始时调节合适，便可固定不变，即在测井过程中不必再作调整。
5.1.4地面仪器中的主要电路分析
1.串接射极输出器
串接射极输出器电路如上图。
该电路的特点是用晶体管T2代替了一般单管射极输出器的射极电阻，T2设置有固定的直流偏置且工作于线性区。
这样，T2在晶体管T1的射极回路中的作用相当于一个恒流源，使射极输出器活得更高的输入阻抗和大的动态范围，因而克服了一般射极输出器在提高射极电阻后对向阶跃信号传输特性变差的缺点。
在声幅测井地面仪器中，匹配极，采样门和前后电路的隔离级都采用了串接射极输出器。
3.采样门
采样门实际上是一个选通门，它在门控方波的作用下，从输入的A信号中把第一正峰信号采选出来。
（1）晶体管T的基极偏置使T处于饱和导通状态。
如无门控方波作用，A信号中所有的正半周信号都被T短路到地，所有的负半周信号则经过二极管D后被电容C虑掉，采样门无任何输出信号。
（2）当A信号的第一正峰信号到达采样门时，门控负方波恰好作用于T的基极使T截至，第一正峰信号将通过采样门输出。
A信号的其他部分仍如前所述，即都不能通过采样门输出。
3．展宽和记录级
把B信号展宽为三角波的变换是利用电容器C3的充放电完成的。
B信号经T1、T2电流放大后通过二极管D2向电容C3单向充电，当B信号达到峰值后，充电结束，电容C3两端电压达到与B信号峰值相应的最大值。
随后，电容C3向负载（J即T3的输入回路）缓慢放电行程展宽的三角波。
T1、T2构成组合电路放大器，它具有良好的电压跟随和负载能力，使电容C3的充电电压能很好的跟随B信号的上升变化。
记录级由跟随器T3和积分电路R8、C4组成，展宽信号由T3进一步作电流放大，并经R8、C4积分平滑后输出平稳的模拟记录信号送记录仪记录。
输出记录电平应为展宽信号的有效值，因此容易证明，记录电平和B信号的峰值（即第一正峰信号的幅度）存在着正比关系。
进一步分析表明，展宽变换可以提高输出电平，同时减小输出电平的波动和第一正峰形态对输出电平的影响，这正是展宽变换在声幅记录中所起的重要作用。
4．校准信号发生器
在声幅测井地面仪中，校准信号用于模拟井下声波信号。
校准信号发生器由延时、单稳、开关级和可控振荡器构成，见下图。
c
RR
地面同步经延迟、单稳延迟200µ
s后触发开关级形成宽800µ
s的负方波，可控振荡器再负方波期间工作产绳20KHZ正弦波信号，即声波模拟信号。
可控振荡器的输出端设置了由波段开关控制的多级衰减器，通过选择波段开关挡位可获得幅度分别为50、100、150、·
·
900mV的声波模拟信号，即校准信号。
5.2 声波变密度测井仪
声波变密度测井又称全波变密度测。
在工程测井中声波变密度测井用于检查水泥固结后的套管井中第一胶结面和第二胶结面的胶结质量。
同声幅测井一样，声波变密度测井仪也是采用位于井轴上的一个声发射器和一个声接取器测量套管井中沿井轴方向传播的声波信号。
为了对水泥环的两个胶结面进行评价，套管波和地层波都是测量中的有用信息。
在作声波变密度测井时，仪器的原距通常比声幅测井时的原距取得大，一般选为5英尺或1.5米，目的是使地层波变得易于识别。
除了对原距要求不同外，声波变密度测井的井下仪器和声幅测井完全一样。
因此在很多情况下可以利用裸眼井中测量声波时差的声波测井仪代替它，其中短原距测量波形用于声幅测井，长源距测量波形用于变密度测井。
因此本节将着重介绍声波变密度测井仪的记录方式及地面仪器的结构和原理。
（还可用于检查压裂效果）。
5.2.1 声波变密度测井的记录方式
声波变密度测井最让人感兴趣的是它能反映第二胶结面，即水泥环和地层的胶结面的胶结情况。
第二胶结面胶结状况将直接影响接受声波信号中地层波的强弱，因为有水泥环进入地层的声波能量取决于第二者之间的声耦合情况。
通过接受声波信号中套管波和地层波强度的分析，可以容易地看到下述三种情况：
a）对于自由套管，套管波幅度大，地层波很弱
b）对于套管与水泥环、水泥环与地层都胶结良好的情况：
套管波幅度小，地层波幅度大。
c）对于套管与水泥环胶结良好、水泥环与地层未胶结的情况：
套管波幅度小，小甚至检测不到地层波。
由此可见，接收信号中地层波的强弱是衡量第二胶结面胶结好坏的标志。
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