声波变密度测井在煤层气开采工艺中的应用

声波变密度测井是利用声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率变化特性不同，来测量套管外水泥胶结情况、检测固井质量的一种测井方法。它可以提供水泥胶结程度，反映水泥环第一界面、第二界面的胶结情况等。

图7－25　某井PAT测井检查套管腐蚀实测曲线

（1）仪器结构

声波变密度测井仪主要由电子线路部分、声波探头（2个发射探头、4个接收探头）、接箍探头和伽马探头等组成。

（2）基本原理

声波变密度测井是按时间的先后次序，对井下接收到的整个波列的幅度进行记录。由于记录的是全波列，所以也称为全波列测井。测井时，井下声源每秒钟发出20次频率为20kHz的脉冲声波，接收装置把经套管、水泥环、地层传播的声波接收、放大，并经电缆将整个波列的图形传输至地面设备，如图7－26所示。

图7－26　声波波列图

前几个波是沿套管传播的，称套管波。后面几个波是通过水泥环、地层传播的，统称为地层波，其中有能反映水泥环和地层胶结情况的讯号，还有能反映地层其他性质的讯号等，最后还有部分通过钻（修）井液传播的直达波。

声波变密度地面仪器根据接收到的整个波列的幅度，将其变换为荧光屏上亮暗程度不同的光点，幅度大的波变成明亮的光点，幅度小的波变成暗弱的光点，然后对荧光屏明暗不同的光点进行照相记录。幅度大的波对应颜色深的线条，幅度小的波对应颜色浅的线条，甚至在照相记录上完全没有显示。深色线条的弯曲变化反映所对应的波到达接收探头时间的早晚，也就是反映了此波在不同介质中传播速度的差异。

声波变密度测井不仅记录首波的幅度，而且也记录了后续波的幅度变化。这样的记录结果反映了与井轴平行的物理性质不同的各个界面（套管与水泥环、水泥环与地层）上声波幅度的衰减情况。在油水井大修作业中，通过声波变密度测井可以检查水泥环与地层窜漏位置，判断管外出砂层位。(www.xing528.com)

（3）声波变密度测井应用

声脉冲（20kHz）由于在经过井液、套管、水泥环、地层等介质时，受各种不同介质特性的影响，引起其速度、幅度和频率发生变化。声波全波列测井记录的就是经过这些介质后反射回来的随时间变化的场地波波列。所谓声波变密度曲线是井下仪器输送来的随时间变化的场地波波列经电子线路转换，将波列的正半周幅度转换成相应的亮度，波列的负半周不显示（暗光），显示的宽度和亮度的变化取决于信号的电压幅度。亮线的相对位置随着地层的特征变化而变化，从而形成与井下仪器深度同步的一条条亮度不同间距不同的相线。地面仪器进行削波放大后采用不同的处理方法，可获得两种记录方式：调辉记录和调宽记录。

从声波变密度曲线上可以观察到套管波、地层波、泥浆波（液体波）、水泥环波等几种波。

①自由套管段大部分声能通过套管传到接收器，而很少透射到地层中，所以在变密度图上显示为套管波很强，地层波很弱或根本没有。且在套管接箍处，套管波有较明显人字纹显示。

②套管与水泥环胶结良好、水泥环与地层胶结良好井段，由于声能会极有效地从套管传到水泥环，再到地层，因此，留在套管内的声能很小。在变密度图上显示为套管波弱，地层波强。

③套管与水泥环胶结良好而水泥环与地层胶结不好时，声波通过水泥环时能量衰减，由于与地层胶结不好，所以，透入地层后到达接收器的能量很弱。在变密度图上显示为套管波微弱，地层波信号极弱或根本没有，但并不绝对。

④套管与水泥环胶结不好时，上下层段窜通，所以，对第二界面胶结情况已无了解的必要。由于水泥没有完全充填或胶结于套管周围，使大量声能留在套管内。在变密度图上有套管波显示，波形强弱取决于窜槽程度。

图7－27为某井声波变密度测井曲线。

图7－27　某井声波变密度测井曲线

可以看出，1143.0～1148.3m和1153.5～1155.4m井段水泥胶结较差，水泥胶结指数0.2～0.4，声波变密度图显示套管波明显；1148.3～1153.5m和155.4～1160.0m井段水泥胶结中等，水泥胶结指数0.4～0.8，对应声波变密度图有地层波显示；1160.0～1175.0m井段水泥胶结较好，水泥胶结指数在0.8～1.0，对应声波变密度图有明显的地层波显示。