劉波 孟堅

【摘要】針對井周聲波成像儀器（CBIL）在進行套管探傷過程中存在分辨率低、探頭聚焦效果差、影響因素多等問題，從探頭設計、參數(shù)選擇、操作方法等方面探討改善聲成像測井效果和成像質量的有效方法。通過采用適合的探頭、選擇正確的參數(shù)、提高掃描速率與良好的操作方法，提高聲成像測井儀器的應用水平。為以后聲成像儀器在套管探傷中的應用提供參考。

【關鍵詞】聲成像 套管 測井 換能器

井周聲波成像（CBIL）測井是目前最先進的測井技術之一，它是利用超聲波對井壁進行掃描并根據(jù)井壁回波幅度和傳播時間進行成像測井。利用聲成像測井進行套管探傷的方法可以直接獲得套管圖像，更直觀的確定套管變形位置、射孔孔眼位置；檢查對套管爆炸整形后的套管形狀；確定套管斷裂位置等，但由于其主要是針對裸眼井測井設計，價格昂貴，且存在圖像分辨率低、探頭聚焦效果差、影響因素多等缺點，目前國內(nèi)利用井周聲波成像儀器（CBIL）進行套管探傷的應用較少。

本文以阿特拉斯公司引進的1671EB/MB CBIL井周聲波成像測井系統(tǒng)為代表簡要介紹聲成像系統(tǒng)的組成、原理和應用。探討了影響聲成像測井效果的主要因素和改善成像質量的有效途徑。

1 聲成像（CBIL）測井原理

井周聲波成像測井是由下井儀器電機帶動一個旋轉式半球形聚焦換能器繞井軸旋轉同時向井壁發(fā)射較短的超聲波脈沖，脈沖沿井眼鉆井液傳播，被井壁反射，且返回換能器，再利用回波的信息進行成像從而獲取井壁的有關信息?；夭ǚ燃盎夭〞r間是測得的兩個基本量：回波幅度與巖石聲阻抗成正比，不同聲阻抗的物質、表面的粗糙程度不同，對聲波的反射也就能力不同：回波時間是換能器到井壁距離和鉆井液的縱波速度的嚴格函數(shù)，其反映井眼形態(tài)。因此根據(jù)超聲圖像就可直觀地判斷井壁情況。

2 影響測井效果主要因素

（1）聲系特性：包括換能器特性、探頭旋轉速率、數(shù)據(jù)采樣率、聲系機電結構等，這些決定了超聲成象的固有分辨率；

（2）井眼特性：包括測量距離變化、井壁表面結構、井眼傾斜等這些會不同程度地影響成象效果；

（3）井液狀態(tài)：包括洗井液性能、套管液固有吸收和固相顆粒（或氣泡）情況、射孔或井漏處的地層性質等，這些往往會導致測井資料質量不合格；

（4）儀器操作：包括在測井過程中參數(shù)的選擇、測速的控制、通過調(diào)整聲波的門坎、門延和增益來識別首波，這些決定了能否達到最佳的聚焦效果；

（5）其它因素：包括儀器溫度性能、電路與探頭阻抗匹配性能、信號采集數(shù)字化精度以及圖像處理技術等。

3 改善成像質量的主要途徑

3.1 選擇適合的探頭，提高成像質量

任何換能器都有其特點和局限性，應根據(jù)測量對象的不同和要求不同，選用合適的換能器或換能器組合，其基本原則是要兼顧空間分辨率、井眼探測距離和泥漿適應性。聲成像儀器﹙CBIL﹚通常采用的換能器是兩個250kHz的球面聚焦換能器，直徑分別是1.5in（38.1mm）和2.0in（50.8mm），這兩種換能器的最佳探測范圍分別是5.5—10﹙in﹚和9.25—12﹙in﹚，由于其主要是針對裸眼測井所設計，而在套管井（ 套管外徑通常在4.7in-8.9in范圍）中，如果用1.5in或2.0in的換能器檢測套管變形和射孔效果，噪聲干擾大，很難達到最佳聚焦效果。套管井由于要求分辨率更高，而且測量環(huán)境較好（ 井徑小且比較規(guī)則），可以選擇頻率較高、尺寸較小的聚焦型探頭。通過與北京杰威斯特石油科技公司合作，更換一個直徑為1.25in﹙31.8mm）；頻率為250 kHz，其最佳探測范圍為4.75—6﹙in﹚的球面聚焦換能器來解決聚焦效果的問題。

3.2 降低井眼因素的影響

（1）避免儀器在井下發(fā)生旋轉，可以選擇在聲成像儀器的上部連接防轉儀器。

（2）儀器扶正器的合適與否對聲成像測井效果也有很大影響，應根據(jù)不同的套管狀況設計安裝合適的上、下扶正器，確保在各種情況下儀器能夠處于比較好的居中狀態(tài)。

（3）聲成像儀器所測量的最大及最小井徑，是依據(jù)流體聲速計算得出的，由于是聲波井徑，因而會受到很多因素的影響，在井壁干凈的情況下，較可靠，但在井壁不干凈時則容易出現(xiàn)誤差；同時井壁不干凈也會對儀器產(chǎn)生拉卡，從而影響資料的質量，故測井作業(yè)前最好對井進行熱洗或刮井。

3.3 避免井液的影響

超聲波在井液中的衰減是由泥漿的固有吸收和固相顆粒（或氣泡）散射兩部分組成。套管液密度越大，超聲波衰減越大，探測靈敏度則下降。通常井下儀在套管液密度較大或井液中含有氣泡的情況下，超聲波衰減和散射特別明顯。往往不能接收回波或只能接收到非常微弱的回波，而導致測井資料質量不合格。因此測井前的洗井和替換泥漿是必要的。

3.4 優(yōu)良的操作方法，獲得最佳探測效果

3.4.1 參數(shù)選擇

參數(shù)是所要處理的信息進行量化的變量，測井系統(tǒng)中參數(shù)的量化是將人的判斷轉化成計算機可以處理的過程，因此對每一個參數(shù)精確把握是獲得最佳探測效果的保障。根據(jù)具體的情況來選擇合適的參數(shù)：

在PROCESSING PARAMMETER STAUS處理參數(shù)窗口中根據(jù)儀器性能和套管情況選擇井眼尺寸、自動增益、流體換能器直徑、流體測量方式等參數(shù)，應該注意的是FIXED FLUID SLOWNESS流體中超聲波固定速度要盡量精確，我們可以在進行測井前做測前刻度時測得超聲波在井下流體的真實速度。因為在測井過程中流體探頭被不明物體堵住或損壞時，系統(tǒng)將自動將流體速度默認為固定值進行處理。這樣在特殊情況下能盡量符合井下流體的真實狀態(tài)。

3.4.2 優(yōu)化采樣參數(shù)，提高分辨率

影響聲成像分辨率的另一重要因素是測井采樣率。聲成像測井采用旋轉探頭探測回波信號，其井內(nèi)運動軌跡為螺旋狀上升或下降，其縱向采樣間距取決于測井速度和旋轉掃描速率，周向采樣間距取決于信號采樣率和井眼大小，因此其縱向和周向的分辨率常常是不一樣的。

井周波聲成像（CBIL）擁有多個的采樣率參數(shù)選擇盡可能選擇較高的采樣率，同時保證低測速下的平穩(wěn)提升，能有效加大垂向（ 深度方向）采樣密度，應用表明測井圖像分辨率將會大大提高。

3.4.3 首波的識別和調(diào)節(jié)

井周聲波成像測井和數(shù)字聲波測井一樣，都需要通過手動調(diào)節(jié)聲波的門坎、門延和增益來識別首波。不同的是聲成像測井是流體波和反射波兩個換能器同時工作，因此要同時保證兩個探頭都能正確識別首波才能獲得理想的資料。

4 總結

由于更換的國產(chǎn)換能器精度和聚焦效果很難達到要求，以及其主要是針對裸眼井測井所設計，因此提高儀器性能是改善聲成像測井資料質量的前提。但從應用的效果來看，通過分析影響因素、總結測井經(jīng)驗以及優(yōu)良的施工和操作方法，能有效降低干擾、提高分辨率、改善測井效果和成像質量。在以后的應用中還應不斷加強圖像化處理技術，提供信息量更加豐富的三維立體圖像。為提高聲成像儀器在套管探傷的應用水平提供更多有效的方法途徑。