一种水泥声阻抗计算方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水泥声阻抗计算方法和装置，该方法包括：通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式；获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号；根据超声脉冲反射回波信号获取水泥声阻抗计算关系式的计算参数；其中，该计算参数包括：实测信号共振波归一化幅度、超声脉冲反射回波信号频率与套管厚度的曲线系数以及自由套管的共振波归一化幅度；将计算参数代入水泥声阻抗计算关系式，计算当前测量点的水泥声阻抗。通过本发明专利技术的方案，能够在不需要自由套管刻度的情况下完成水泥声阻抗的计算，并且提高了计算精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及套管井固井质量检测
，尤其涉及水泥声阻抗计算方法和装置。
技术介绍
水泥声阻抗类测井仪器(如斯伦贝谢USI、哈里伯顿CAST、中海油田服务股份有限公司MUIL等)均利用超声脉冲反射原理对测量的超声脉冲反射回波计算套管厚度及一界面的水泥声阻抗，进而评价套管腐蚀及一界面的水泥胶结质量。水泥声阻抗类测井仪在周向及纵向分辨率方面比常规的固井质量仪器(CBL/VDL、SBT等)有独特的技术优势，如中海油田服务股份有限公司研制的MUIL可以分辨最小为6度的水泥沟槽。这类仪器由于采用旋转扫描头非贴井壁的测量方式，因此不受井斜的影响。由于这类仪器采用超声波垂直发射接收的方式，固井质量评价也不受双层套管的影响。因此水泥声阻抗仪器在固井质量检测仪器中的作业地位也越发重要。由于不同的材料声阻抗有明显的差异，利用声阻抗数值即可判断套管外材料属性，因此声阻抗的计算精度直接影响到固井质量评价的可靠性。计算水泥声阻抗的通用方法是首先获取同等测量条件时已知声阻抗的参考波形，并计算该波形的共振波归一化幅度NORMref，通常的做法是选择自由套管处的测量波形(该处的套管外部声阻抗是已知的)，然后计算归一化的共振波幅度。但是实际时不容易准确的找准自由套管，特别是针对一些老井的固井质量检测，找到自由套管更加困难。因而目前的水泥声阻抗计算方法在实际应用方面存在弊端。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种水泥声阻抗计算方法和装置，能够在不需要自由套管刻度的情况下完成水泥声阻抗的计算，并且提高了计算精度。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种水泥声阻抗计算方法，该方法包括：通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式。获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号。根据超声脉冲反射回波信号获取水泥声阻抗计算关系式的计算参数；其中，该计算参数包括：实测信号共振波归一化幅度、超声脉冲反射回波信号频率与套管厚度的曲线系数以及自由套管的共振波归一化幅度。将计算参数代入水泥声阻抗计算关系式，计算当前测量点的水泥声阻抗。可选地，通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式包括：根据预设的模型参数和声学参数仿真超声波回波信号，预先建立已知声源的超声脉冲信号在套管井多层介质中传播的仿真模型。根据该仿真模型，在保持声源的中心频率不变和套管井的套管厚度不变的情况下，仿真不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号。建立不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系。根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式。可选地，共振波信号的归一化幅度为共振波信号均方根与超声脉冲反射回波信号的均方根之比。建立不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系包括：对不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度取对数，获得共振波信号的归一化幅度的自然对数与水泥声阻抗成的第一关系式：ln(Anm)＝-kZ+c。其中，Anm为共振波信号的归一化幅度，Z为水泥声阻抗，k为关系系数，c为关系因变量。选取第一关系式所在直线上的任意一点，取该点的共振波信号的归一化幅度为Anmref，水泥声阻抗为Zref，则该点的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的第二关系式为：ln(Anmref)＝-kZref+c。可选地，根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式包括：将第一关系式与第二关系式相减获得水泥声阻抗计算关系式：其中，ratio为实测信号共振波归一化幅度与自由套管的共振波归一化幅度的比值；k为关系系数。可选地，根据超声脉冲反射回波信号获取水泥声阻抗计算关系式的计算参数包括：获取预设测量点的超声脉冲反射回波信号的测量波形曲线。截取超声脉冲反射回波信号作为声源信号。在超声脉冲反射回波信号结束后的预设时间内截取信号作为超声脉冲反射回波信号的共振波信号；计算截取的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度，并作为实测信号共振波归一化幅度。对超声脉冲反射回波信号的实测波形曲线的共振波信号做频谱分析，获取频谱曲线，并根据频谱曲线计算套管厚度；获取频率与套管厚度之间的曲线关系；根据频率与套管厚度之间的曲线关系获取曲线系数。将截取的声源信号以及计算出的套管厚度作为模型参数，建立自由套管仿真模型，；获取自由套管仿真模型的超声脉冲反射回波信号；计算自由套管仿真模型的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度，作为自由套管的共振波归一化幅度。为了达到上述目的，本专利技术还提出了一种水泥声阻抗计算装置，该装置包括：第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块和第二计算模块。第一获取模块，用于通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式。第二获取模块，用于获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号。第一计算模块，用于根据超声脉冲反射回波信号获取水泥声阻抗计算关系式的计算参数；其中，该计算参数包括：实测信号共振波归一化幅度、超声脉冲反射回波信号频率与套管厚度的曲线系数以及自由套管的共振波归一化幅度。第二计算模块，用于将该计算参数代入水泥声阻抗计算关系式，计算当前测量点的水泥声阻抗。可选地，第一获取模块包括：模型建立子模块、仿真子模块、关系建立子模块和阻抗关系式获取子模块。模型建立子模块，用于根据预设的模型参数和声学参数仿真超声波回波信号，预先建立已知声源的超声脉冲信号在套管井多层介质中传播的仿真模型。仿真子模块，用于根据仿真模型，在保持声源的中心频率不变和套管井的套管厚度不变的情况下，仿真不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号。关系建立子模块，用于建立不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系。阻抗关系式获取子模块，用于根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式。可选地，共振波信号的归一化幅度为共振波信号均方根与超声脉冲反射回波信号的均方根之比。关系建立子模块包括：第一关系建立子模块和第二关系建立子模块。第一关系建立子模块，用于对不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度取对数，获得共振波信号的归一化幅度的自然对数与水泥声阻抗成的第一关系式：ln(Anm)＝-kZ+c。其中，Anm为共振波信号的归一化幅度，Z为水泥声阻抗，k为关系系数，c为关系因变量。第二关系建立子模块，用于选取第一关系式所在直线上的任意一点，取该点的共振波信号的归一化幅度为Anmref，水泥声阻抗为Zref，则该点的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的第二关系式为：ln(Anmref)＝-kZref+c。可选地，阻抗关系式获取子模块根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式包括：将第一关系式与第二关系式相减获得所述水泥声阻抗计算关系式：其中，ratio为实测信号共振波归一化幅度与自由套管的共振波归一化幅度的比值；k为关系系数。可选地，第一计算模块包括：第一获取子模块、截取子模块、实测信号共振波归一化子模块、系数获取子模块和自由套管共振波归一化子模块。第一获取子模块，用于获取预设测量点的超声脉冲反射回波信号的测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述方法包括：通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式；获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号；根据所述超声脉冲反射回波信号获取所述水泥声阻抗计算关系式的计算参数；其中，所述计算参数包括：实测信号共振波归一化幅度、超声脉冲反射回波信号频率与套管厚度的曲线系数以及自由套管的共振波归一化幅度；将所述计算参数代入所述水泥声阻抗计算关系式，计算当前测量点的水泥声阻抗。

【技术特征摘要】
1.一种水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述方法包括：通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式；获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号；根据所述超声脉冲反射回波信号获取所述水泥声阻抗计算关系式的计算参数；其中，所述计算参数包括：实测信号共振波归一化幅度、超声脉冲反射回波信号频率与套管厚度的曲线系数以及自由套管的共振波归一化幅度；将所述计算参数代入所述水泥声阻抗计算关系式，计算当前测量点的水泥声阻抗。2.如权利要求1所述的水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式包括：根据预设的模型参数和声学参数仿真超声波回波信号，预先建立已知声源的所述超声脉冲信号在套管井多层介质中传播的仿真模型；根据所述仿真模型，在保持所述声源的中心频率不变和所述套管井的套管厚度不变的情况下，仿真不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号；建立不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系；根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式。3.如权利要求2所述的水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述共振波信号的归一化幅度为共振波信号均方根与超声脉冲反射回波信号的均方根之比；所述建立不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系包括：对所述不同水泥声阻抗材料的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度取对数，获得所述共振波信号的归一化幅度的自然对数与水泥声阻抗成的第一关系式：ln(Anm)＝-kZ+c；其中，所述Anm为所述共振波信号的归一化幅度，Z为所述水泥声阻抗，k为关系系数，c为关系因变量；选取所述第一关系式所在直线上的任意一点，取该点的共振波信号的归一化幅度为Anmref，水泥声阻抗为Zref，则该点的共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的第二关系式为：ln(Anmref)＝-kZref+c。4.如权利要求3所述的水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述根据共振波信号的归一化幅度与水泥声阻抗的关系获得预设的参考点的水泥声阻抗计算关系式包括：将所述第一关系式与所述第二关系式相减获得所述水泥声阻抗计算关系式：其中，所述ratio为所述实测信号共振波归一化幅度与所述自由套管的共振波归一化幅度的比值；k为所述关系系数。5.如权利要求1所述的水泥声阻抗计算方法，其特征在于，所述根据所述超声脉冲反射回波信号获取所述水泥声阻抗计算关系式的计算参数包括：获取所述预设测量点的超声脉冲反射回波信号的测量波形曲线；截取所述超声脉冲反射回波信号作为声源信号；在所述超声脉冲反射回波信号结束后的预设时间内截取信号作为所述超声脉冲反射回波信号的共振波信号；计算截取的所述超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度，并作为实测信号共振波归一化幅度；对所述超声脉冲反射回波信号的实测波形曲线的共振波信号做频谱分析，获取频谱曲线，并根据所述频谱曲线计算套管厚度；获取频率与套管厚度之间的曲线关系；根据频率与套管厚度之间的曲线关系获取曲线系数；将截取的所述声源信号以及计算出的所述套管厚度作为模型参数，建立自由套管仿真模型；获取所述自由套管仿真模型的超声脉冲反射回波信号；计算所述自由套管仿真模型的超声脉冲反射回波信号的共振波信号的归一化幅度，作为自由套管的共振波归一化幅度。6.一种水泥声阻抗计算装置，其特征在于，所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块和第二计算模块；所述第一获取模块，用于通过预先建立的仿真模型获取水泥声阻抗计算关系式；所述第二获取模块，用于获取深度区间内预设测量点的超声脉冲反射回波信号；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志峰，陶爱华，刘西恩，魏玺，王伟，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11