一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置及方法，其特征在于：其包括超声探头组件、模型井、数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端；超声探头组件可旋转地居中插设在模型井中的套管内，其通过信号线依次与设置在模型井外部的数字示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪相连；数字示波器对接收的超声探头的声波波形进行显示；脉冲发生接收仪对超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到高速瞬态信号采集仪，高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，并发送到计算机终端，计算机终端对接收的数据进行分析处理。本发明专利技术可广泛应用于固井质量评价领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置及方法
本专利技术涉及一种水泥环胶结界面评价装置，具体涉及一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置及方法。
技术介绍
固井质量评价主要是对水泥环的胶结质量进行评价,即对套管与水泥环之间的界面、水泥环与地层之间的界面的胶结情况进行评价。目前声波测井是评价水泥胶结质量的主要手段，设计和制作了许多种评价水泥胶结仪器。其中，最常用最典型最简单的是CBL(声波幅度测井)/VDL(声波变密度测井)测井,CBL利用声波在套管中的传播幅度定量判别水泥与套管胶结(第一界面)，VDL是测得声波在套管、水泥、地层中传播的波形，定量识别水泥与套管胶结、水泥与地层胶结(第二界面)。但这些仪器利用常规声波方法对套管与水泥环之间的界面进行半定量评价、水泥环与地层之间的界面的胶结状况进行定性分析,均无法对水泥环胶结情况进行准确的定量评价，并且不能判断任意方向上的水泥胶结情况。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置及方法，利用测井超声测试方法评价水泥环界面的胶结质量。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其包括超声探头组件、模型井、数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端；所述超声探头组件可旋转地居中插设在位于模型井中的套管内，且模型井与套管之间灌注有水泥，形成套管-水泥胶结界面和水泥与地层胶结界面，所述超声探头组件通过信号线依次与设置在所述模型井外部的所述数字示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪相连；所述数字示波器对接收的所述超声探头组件的声波波形进行显示；所述脉冲发生接收仪对所述超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到所述高速瞬态信号采集仪；所述高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，将其转化为数值量并发送到所述计算机终端；所述计算机终端对所述高速瞬态信号采集仪发送的待测点的固井声幅曲线进行分析处理，得到套管波、地层波、水泥环波数据。所述超声探头组件包括探头载体轴以及第一、第二两超声探头组；所述探头载体轴可旋转地插设在位于所述模型井内的套管中心；所述第一超声探头组包括若干第一超声探头，各所述第一超声探头均竖直间隔排列在所述探头载体轴上；所述第二超声探头组包括若干第二超声探头，各所述第二超声探头均间隔排列在与所述第一超声探头组对侧的所述探头载体轴上，且各所述第二超声探头与所述探头载体轴均成角度设置。所述探头载体轴顶部设置有可旋转罗盘，所述可旋转罗盘尺寸与所述模型井的井口尺寸相匹配，且所述可旋转罗盘与所述探头载体轴相连，带动所述探头载体轴在所述模型井内部任意旋转，并与所述探头载体轴的旋转角度一致。所述第二超声探头组中，各所述第二超声探头与所述探头载体轴之间的夹角为第二临界角。所述第一超声探头组中任意两个所述第一超声探头均能够构成第一超声探测组合，每一所述第一超声探测组合中的两个超声探头分别作为发射探头和接收探头；所述第二超声探头组中任意两个所述第二超声探头均能够构成第二超声探测组合，每一所述第二超声探测组合中的两个第二超声探头分别作为发射探头和接收探头。所述第一超声探头组包括5个超声探头，第二超声探头组包括4个超声探头，且所述第二超声探头组中的各所述第二超声探头的设置高度位于所述第一超声探头组内两两所述第一超声探头之间。一种水泥环胶结界面整体评价声波测试方法，其包括以下步骤：1)手动将超声探头组件旋转至任意角度，依次随机挑选第一超声探头组中两两相邻组合、隔一个组合以及其他组合的探头作为超声探测组合，对模型井进行声波测试；2)将超声探头组件旋转在任意一个角度，以第二超声探头组中两两相邻组合、隔一个组合一个其他组合的探头作为超声探测组合，对模型井进行声波测试；3)根据第一、第二超声探头组的声波测试结果，确定能够判断出第一界面和第二界面水泥胶结的最优的组合探头；4)采用最优探头组合对待评价模型井进行声波测试，得到该模型井水泥胶结界面的整体评价结果。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1)本专利技术通过模拟实际水泥固井，克服现有探头测试的不足，研制出含有五个垂直入射和4个斜入射的超声探头进行测井超声测试，水泥环胶结界面的评价更加符合真实情况；2)本专利技术由于横向上5个垂直套管的声波探头和4个斜发射声波探头，可以进行任意发射和接收组合，测试不同层位的水泥环界面胶结；3)本专利技术由于探头载体轴能够在模型井内360度旋转，使得纵向上通过旋转任意角度的探头进行测试，实现了任意方向上水泥胶结的判断；4)本专利技术操作方便、结构简单，实验数据真实可靠，与理论相符合，能够为现场提供合理的固井质量评价依据。本专利技术可以广泛应用于固井质量评价领域。附图说明图1为本专利技术水泥环胶结界面整体评价声波测试装置示意图；图2为本专利技术实施例一中水泥环胶结界面整体评价两两组合探头声波测井波形图；图3为本专利技术实施例二中水泥环胶结界面整体评价隔一个探头组合声波测井波形图；图4为本专利技术实施例三中水泥环胶结界面整体评价其它探头组合方式声波测井波形图；图5为本专利技术实施例四中水泥环胶结界面整体评价斜入射组合声波测井波形图；图6为本专利技术实施例五中水泥环胶结界面整体评价模型井第一界面水泥胶结影像图；图7为本专利技术实施例五中水泥环胶结界面整体评价模型井第二界面水泥胶结影像图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提供的一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其包括超声探头组件、模型井、数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端。其中，超声探头组件可旋转地居中插设在位于模型井中的套管内，且模型井与套管之间灌注有水泥，形成套管-水泥胶结界面和水泥与地层胶结界面，超声探头组件通过信号线依次与设置在模型井外部的数字示波器、脉冲发生接收仪和高速瞬态信号采集仪相连；数字示波器对接收的超声探头组件的声波波形进行显示；脉冲发生接收仪对超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到高速瞬态信号采集仪；高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，将其转换为数值量并发送到计算机终端；计算机终端对高速瞬态信号采集仪发送的待测点的固井声幅曲线进行分析处理，得到套管波、地层波、水泥环波数据。如图1所示，超声探头组件包括探头载体轴以及第一、第二两超声探头组。其中，探头载体轴居中插设在模型井中的套管内，探头载体轴顶部设置有可旋转罗盘；可旋转罗盘尺寸与模型井口尺寸相匹配，用于带动探头载体轴在模型井内部任意旋转，并与探头载体轴的旋转角度一致；第一超声探头组垂直间隔固定设置在探头载体轴上，且第一超声探头组中任意两个探头均能够构成第一超声探测组合，每一第一超声探测组合中的两个超声探头分别作为发射探头和接收探头；第二超声探头组间隔设置在与第一超声探头组对侧的探头载体上，且第二超声探头组与探头载体轴成角度设置，第二超声探头组中任意两个探头均能够构成超声探测组合，每一超声探测组合中的两个探头分别作为发射探头和接收探头。作为一个优选的实施例，第一超声探头组包括5个超声探头1～5，第二超声探头组包括4个超声探头6～9，且第二超声探头组中各超声探头的设置高度位于第一超声探头组内两两超声探头之间。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其特征在于：其包括超声探头组件、模型井、数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端；所述超声探头组件可旋转地居中插设在位于模型井中的套管内，且所述模型井与所述套管之间灌注有水泥，形成套管‑水泥胶结界面和水泥与地层胶结界面，所述超声探头组件通过信号线依次与设置在所述模型井外部的所述数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机相连；所述数字示波器对所述超声探头组件采集的待测点的声波波形进行显示；所述脉冲发生接收仪对所述超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到所述高速瞬态信号采集仪；所述高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，将其转化为数值量并发送到所述计算机终端；所述计算机终端对所述高速瞬态信号采集仪发送的待测点的固井声幅曲线进行分析处理，得到套管波、地层波、水泥环波数据。

【技术特征摘要】
1.一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其特征在于：其包括超声探头组件、模型井、数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机终端；所述超声探头组件可旋转地居中插设在位于模型井中的套管内，且所述模型井与所述套管之间灌注有水泥，形成套管-水泥胶结界面和水泥与地层胶结界面，所述超声探头组件通过信号线依次与设置在所述模型井外部的所述数字示波器、脉冲发生接收仪、高速瞬态信号采集仪和计算机相连；所述数字示波器对所述超声探头组件采集的待测点的声波波形进行显示；所述脉冲发生接收仪对所述超声探头组件采集的待测点的声学特性进行评价和性能指标测试并将结果发送到所述高速瞬态信号采集仪；所述高速瞬态信号采集仪对接收的信号进行模/数转换，将其转化为数值量并发送到所述计算机终端；所述计算机终端对所述高速瞬态信号采集仪发送的待测点的固井声幅曲线进行分析处理，得到套管波、地层波、水泥环波数据。2.如权利要求1所述的一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其特征在于：所述超声探头组件包括探头载体轴以及第一、第二两超声探头组；所述探头载体轴可旋转地插设在位于所述模型井内的套管中心；所述第一超声探头组包括若干第一超声探头，各所述第一超声探头均竖直间隔排列在所述探头载体轴上；所述第二超声探头组包括若干第二超声探头，各所述第二超声探头均间隔排列在与所述第一超声探头组对侧的所述探头载体轴上，且各所述第二超声探头与所述探头载体轴均成角度设置。3.如权利要求2所述的一种水泥环胶结界面整体评价声波测试装置，其特征在于：所述探头载体轴顶部设置有可旋转罗盘，所述可旋转罗盘尺寸与所述模型井的井口尺寸相匹配，且所述可旋转罗盘与所述探头载体轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，许明标，武治强，王晓亮，岳家平，周建良，耿亚楠，杨向前，杨晓蓉，李强，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11