專利名稱：用超聲脈沖反射法測(cè)量射孔孔眼深度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理測(cè)井方法，它是利用超聲脈沖反射法測(cè)量井下射孔孔眼的深度。
油氣井射孔是石油勘探與開發(fā)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是油氣井完井作業(yè)系統(tǒng)工程之一，射孔質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到油田產(chǎn)量的大小和油氣采收率的高低，射孔質(zhì)量的全面檢驗(yàn)尤其是射孔穿深的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。多年來(lái)，人們對(duì)射孔孔眼深度測(cè)量問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，主要是利用實(shí)驗(yàn)室的模擬射孔和測(cè)量結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)井下的情景，具體做法是將待實(shí)驗(yàn)巖石用鋼管套起來(lái)形成射孔靶并施以單軸壓力和靜壓力以分別模擬巖石所受徑向壓力和上覆壓力，用各種槍身和射孔彈對(duì)射孔靶射擊，將射過(guò)孔的靶鋸開，測(cè)量和分析射孔孔眼的形狀和深度及其與巖性之間的關(guān)系。人們發(fā)現(xiàn)，射孔孔眼深度與射孔靶的性質(zhì)、巖石所受的上覆壓力、井內(nèi)流體靜壓力等因素有關(guān)，射孔孔眼深度隨上覆壓力的增加而減小。為了預(yù)測(cè)井下實(shí)際的射孔孔眼深度，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量巖石所受的靜壓力與巖石聲波速度、密度之間的關(guān)系，然后利用聲波測(cè)井資料和密度測(cè)井等資料推測(cè)射孔孔眼深度。但是，精度、可靠程度等均無(wú)法評(píng)價(jià)。迄今國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有直接測(cè)量井下射孔孔眼深度的成功理論和有效手段。
本發(fā)明的目的是要提供一種直接測(cè)量井下射孔孔眼深度的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用超聲脈沖反射方法，將一個(gè)超聲波探頭下入井底，通過(guò)控制電路和步進(jìn)電機(jī)，使探頭邊旋轉(zhuǎn)邊上升，同時(shí)發(fā)射脈沖超聲波對(duì)套管壁進(jìn)行掃查，利用接收到的反射波和散射波波列來(lái)確定孔眼深度，所采用的超聲波探頭是主頻小于1MHz，發(fā)出的聲束直徑小于射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶自發(fā)自收探頭。根據(jù)套管內(nèi)壁的反射波能量，首先識(shí)別套管壁上有無(wú)孔眼如果套管內(nèi)壁反射波的能量較強(qiáng)，則表示套管壁上沒(méi)有孔眼，反之則表示套管壁上有孔眼存在，在判定有孔眼的前提下，對(duì)整個(gè)反射波波列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，進(jìn)而計(jì)算得到孔眼深度值D＝Vf*tb/2，其中Vf為射孔孔眼中流體的聲速，th為孔底反射信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，從接收到的反射波波形的尾部向前尋找得到。而孔底反射信號(hào)的確定則根據(jù)孔底反射脈沖波應(yīng)有足夠的能量和孔底反射脈沖波的主頻應(yīng)接近于入射脈沖波的主頻這兩點(diǎn)判據(jù)。
本發(fā)明所述的測(cè)量射孔孔眼深度的方法，通過(guò)超聲波對(duì)目的層段套管內(nèi)壁全覆蓋掃描，只記錄套管內(nèi)壁反射波的時(shí)域波形，檢測(cè)接收時(shí)域中的能量，可方便快速地判斷套管上有無(wú)孔眼，當(dāng)發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)壁有孔眼時(shí)，再記錄整個(gè)反射波波形，判斷孔眼深度。因此，本方法能夠有效地節(jié)約存儲(chǔ)空間，減小數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)利用開窗法和頻率限定法從接收時(shí)域波形的尾部向前尋找孔底反射信號(hào)到達(dá)時(shí)間，判斷準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是依據(jù)本發(fā)明所述的射孔孔眼深度測(cè)量示意圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明所述射孔孔眼深度測(cè)量方法專用總體控制程序流程圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明所述射孔孔眼深度測(cè)量方法數(shù)據(jù)采集流程圖。
下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。
圖中，1--射孔孔眼，2--超聲波探頭，3--電動(dòng)馬達(dá)及控制電路，4--套管，5--水泥環(huán)，6--地層。
選擇一種主頻小于1MHz、發(fā)出的聲束直徑小于射孔孔眼1直徑(約10mm)的聚焦寬頻帶探頭2，與高精度步進(jìn)電機(jī)及控制電路3相連接，并下入井中；與探頭連接的自發(fā)自收信號(hào)源須滿足以下要求激勵(lì)強(qiáng)度可調(diào)，阻抗特性可調(diào)，輸出脈沖寬度在1μs--10μs范圍內(nèi)可調(diào)，具有程控和自激兩種工作模式。在控制器的控制下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲波探頭邊旋轉(zhuǎn)邊上升，同時(shí)，探頭不斷地發(fā)出超聲脈沖信號(hào)，對(duì)套管4內(nèi)壁進(jìn)行掃查，探頭同時(shí)接收反射回來(lái)的聲波，并送入采集、處理系統(tǒng)，所有過(guò)程都由計(jì)算機(jī)控制。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲脈沖反射法直接測(cè)量射孔孔眼深度的方法，其特征在于a.超聲波探頭在井下旋轉(zhuǎn)上升過(guò)程中發(fā)射脈沖超聲波，對(duì)套管內(nèi)壁進(jìn)行掃查；b.由套管內(nèi)壁反射波的能量來(lái)識(shí)別套管壁上有無(wú)孔眼，若套管內(nèi)壁反射波較強(qiáng)，則表示套管壁上沒(méi)有孔眼，反之則表示套管壁上存在孔眼，在判斷有孔眼的前提下，對(duì)整個(gè)反射波波形進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理；c.從接收到的反射波波形的尾部向前尋找孔底反射信號(hào)到達(dá)時(shí)間tb，而孔底反射信號(hào)的尋找是根據(jù)孔底反射脈沖波應(yīng)有足夠的能量和孔底反射脈沖波的主頻應(yīng)接近于入射脈沖波的主頻這兩個(gè)判據(jù)；d.根據(jù)公式D＝Vf*tb/2計(jì)算出孔眼深度，其中Vf為射孔孔眼中流體的聲速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射孔孔眼深度測(cè)量方法，其特征在于所說(shuō)的超聲波探頭是主頻小于1MHz、聲束的直徑小于射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶超聲波探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用超聲脈沖反射法直接測(cè)量射孔孔眼深度的方法,它是超聲波探頭在井下旋轉(zhuǎn)上升過(guò)程中發(fā)射脈沖超聲波對(duì)井壁進(jìn)行掃查,利用接收到的反射波波列來(lái)確定孔眼深度,而孔眼深度值為孔眼中流體的聲速與孔底反射信號(hào)到達(dá)時(shí)間之乘積的二分之一。該方法所采用的探頭是主頻小于1MHz、聲束的直徑小于射孔孔眼直徑的聚焦寬頻帶超聲波探頭。本方法中探頭的運(yùn)動(dòng)、控制、超聲脈沖信號(hào)的發(fā)射接收、反射波的數(shù)據(jù)采集、處理、計(jì)算等過(guò)程均由專用程序控制。
文檔編號(hào)E21B47/04GK1250133SQ99121428
公開日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者喬文孝, 鞠曉東 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(華東)