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【摘要】油田对侧向开窗井、侧钻水平井、双套管井等井的开发，需要各种不同尺寸的井眼侧钻工具和测井仪器；本文分析了水泥胶结综合测井仪的组成、基本原理情况，介绍了一种φ43水泥胶结综合测井仪的特点、技术要求及设计方法。
【关键词】水泥胶结测井 自然伽马 变密度
我国石油勘探始于50年代初，至今已有60来年。从全国几个大油田的开采情况来看，现都已进入高含水开采时期。有资料显示，“我国陆上油田综合含水已达到81%以上，高含水油田产量占总产量的88%，年产量自然递减11.6%。为延长稳产期，各油田都加大勘探的力度，其措施之一就是采用特种井钻采技术，包括多底井、分支井、径向水平井、侧钻水平井、大位移水平井以及侧向开窗井和双套管井等等。而固井是钻井的最后一道工序，其固井质量的好坏直接影响到油层的产油量，所以市场无疑会增加对此类测井仪器的需求。Φ43水泥胶结综合测井仪功能完善，满足国内小井眼套管井固井质量的测量。
1 仪器结构及测量原理
1.1 仪器组成
Φ43水泥胶结综合测井仪由磁定位CCL、自然伽马GR、声幅变密度度CBL/ VDL三部分组成。声幅变密度度由上、下电子线路和声系三大部分组成。声系为单发双收阵列模式，发射探头位于仪器底部，减少了对上部接收信号的干扰。接收换能器分别为3’接收器（测量声幅）和5’ 接收器（测量变密度），接收源距分别为2ft （1ft=30.48 cm） ，仪器组成如图1所示。
1.2 技术参数
仪器外径，43mm；长度4616mm；重量，38Kg；供电电压，DC 100±5V；最高耐温，175℃；最高耐压，100Mpa；源距，3′（914.4mm）、5′（1524mm）；传输方式，单芯或7芯传输方式；伽玛精度，±7%；最大测量管径，5-1/2"；换能器频率，28 kHz；最高测速，600 m/h。
1.3 仪器测井原理
磁定位CCL是用来探测井中套管与套管间的接箍位置，从而确定实际井深作为射孔时控制井深的标志。仪器主要由绕在软铁铁芯上的绕组线圈和两组永久磁钢组成，当其通过套管接箍时，在线圈两端产生一定频率的信号，传送至地面系统并记录下来，提供相关的准确深度。
声幅测井原理，源距为3英尺，声发射器发射声脉冲，经泥浆传播到套管壁上，产生套管波。接收器接收纵波首波。电子线路把它转换为相应的电压值予以记录。仪器沿井深移动，就测得一条随井深变化的固井声幅曲线。变密度测井原理，源距为5英尺，在测井时，接收线路把声波转换为与幅度成正比的电信号，经电缆传至地面，检波后只保留正半周部分。正半周波幅大，电压高、光点亮，记录显示黑色条带或灰色条带。用于检查固井质量和找漏找窜。
自然伽马是用伽马射线探测器测量地层总的自然伽马放射性强度，用来划分岩性和地层对比，配合CCL曲线为射孔提供相关的准确深度。
2 仪器设计
φ43水泥胶结综合测井仪原理框图见下图2：
2.1 电路设计
该测井仪采用简化、优化、标准化的设计原则，用中、大规模混合集成电路来代替小规模电路和分立元器件，以提高仪器的整体性能。声波电子线路的逻辑控制由ATmega16单片机来完成。仪器时序：仪器在每个周期同步头跳变沿开始发射； 3 ft信号同步先负后正，5 ft信号同步先正后负，在其周期同步头后125 μs为噪声静止门，声波信号出现在同步头后180～1680 μs间接收；伽玛、中子信号在每个周期同步头后的4～60 ms间接收，伽玛为负脉冲信号。
2.2 结构设计
磁定位、伽玛、声波仪器之间采用单芯连接方式，声波声系隔声采用环切刻槽方式，接收、发换能器直接装在分的段仪器外壳内，该外壳有压力保护和透声的作用。为了能够使这两个功能发挥最大的作用，选取高强度不锈钢作为换能器外面的金属外壳，在保证压力的情况下，就可使外壳壁厚尽量的薄。这样做的好处有两个，一是提高了透声系数，二是增大了内径，由此可以带来换能器的外径的增大。接收、发射段都有活塞式压力平衡补偿方式并能进行声去耦，有效地降低了国内外同类仪器常出现的体波干扰。
仪器的偏心使得信号到达接收换能器的传播时间及相位发生变化，影响到信号的声幅大小。因此而设计了合适的扶正器（如水平扶正器），以解决开窗井、侧钻水平井等井对仪器在井下的偏心问题。
3 固井质量评估
影响套管波声幅的因素很多，也很复杂。这些因素大体上可以分为三类：一是井身条件，包括井径、套管尺寸、水泥环的厚度和质量等；二是仪器性能包括发射换能器的声功率、接受换能器的灵敏度、声信号频率等；三是测量条件，包括仪器的偏心程度、仪器的测速、井温等。其中水泥环的质量是最重要和最普遍的问题，是测量的目的。在下井仪上安装扶正器可以使它在套管内居中；地层性质影响水泥凝结快慢。因此，水泥胶结测井对固井质量的解释采用相对幅度法，其表示为：相对幅度=目的层段幅度/自由套管段幅度；一般把无水泥处自由套管最大声幅作为100%，解释层段声幅与它的比值为相对幅度。试验确定三级固井质量（以低密度水泥浆为例）：
胶结质量良好-----相对幅度小于20%；
胶结质量中等------相对幅度20%～40%；
胶结质量差---------相对幅度大于40%。
声波变密度测井不仅记录了首波的幅值还记录了后续波的幅度变化情况。因此除能检查套管与水泥环的胶结质量，还能直接判断水泥环与地层的胶结质量。
4 结束语
油田对侧向开窗井、侧钻水平井、双套管井等井的开发，使老井再生，大大节约了开采成本。Φ43水泥胶结综合测井仪功能完善，满足国内小井眼套管井固井质量的评价测量，在油田试验中取得了显著效果。
参考文献
[1] 章成广. 声波测井原理与应用[M].北京：石油工业出版社，2009
[2] 洪有密. 测井原理与综合解释[M].北京：石油大学出版社，1993
【关键词】水泥胶结测井 自然伽马 变密度
我国石油勘探始于50年代初，至今已有60来年。从全国几个大油田的开采情况来看，现都已进入高含水开采时期。有资料显示，“我国陆上油田综合含水已达到81%以上，高含水油田产量占总产量的88%，年产量自然递减11.6%。为延长稳产期，各油田都加大勘探的力度，其措施之一就是采用特种井钻采技术，包括多底井、分支井、径向水平井、侧钻水平井、大位移水平井以及侧向开窗井和双套管井等等。而固井是钻井的最后一道工序，其固井质量的好坏直接影响到油层的产油量，所以市场无疑会增加对此类测井仪器的需求。Φ43水泥胶结综合测井仪功能完善，满足国内小井眼套管井固井质量的测量。
1 仪器结构及测量原理
1.1 仪器组成
Φ43水泥胶结综合测井仪由磁定位CCL、自然伽马GR、声幅变密度度CBL/ VDL三部分组成。声幅变密度度由上、下电子线路和声系三大部分组成。声系为单发双收阵列模式，发射探头位于仪器底部，减少了对上部接收信号的干扰。接收换能器分别为3’接收器（测量声幅）和5’ 接收器（测量变密度），接收源距分别为2ft （1ft=30.48 cm） ，仪器组成如图1所示。
1.2 技术参数
仪器外径，43mm；长度4616mm；重量，38Kg；供电电压，DC 100±5V；最高耐温，175℃；最高耐压，100Mpa；源距，3′（914.4mm）、5′（1524mm）；传输方式，单芯或7芯传输方式；伽玛精度，±7%；最大测量管径，5-1/2"；换能器频率，28 kHz；最高测速，600 m/h。
1.3 仪器测井原理
磁定位CCL是用来探测井中套管与套管间的接箍位置，从而确定实际井深作为射孔时控制井深的标志。仪器主要由绕在软铁铁芯上的绕组线圈和两组永久磁钢组成，当其通过套管接箍时，在线圈两端产生一定频率的信号，传送至地面系统并记录下来，提供相关的准确深度。
声幅测井原理，源距为3英尺，声发射器发射声脉冲，经泥浆传播到套管壁上，产生套管波。接收器接收纵波首波。电子线路把它转换为相应的电压值予以记录。仪器沿井深移动，就测得一条随井深变化的固井声幅曲线。变密度测井原理，源距为5英尺，在测井时，接收线路把声波转换为与幅度成正比的电信号，经电缆传至地面，检波后只保留正半周部分。正半周波幅大，电压高、光点亮，记录显示黑色条带或灰色条带。用于检查固井质量和找漏找窜。
自然伽马是用伽马射线探测器测量地层总的自然伽马放射性强度，用来划分岩性和地层对比，配合CCL曲线为射孔提供相关的准确深度。
2 仪器设计
φ43水泥胶结综合测井仪原理框图见下图2：
2.1 电路设计
该测井仪采用简化、优化、标准化的设计原则，用中、大规模混合集成电路来代替小规模电路和分立元器件，以提高仪器的整体性能。声波电子线路的逻辑控制由ATmega16单片机来完成。仪器时序：仪器在每个周期同步头跳变沿开始发射； 3 ft信号同步先负后正，5 ft信号同步先正后负，在其周期同步头后125 μs为噪声静止门，声波信号出现在同步头后180～1680 μs间接收；伽玛、中子信号在每个周期同步头后的4～60 ms间接收，伽玛为负脉冲信号。
2.2 结构设计
磁定位、伽玛、声波仪器之间采用单芯连接方式，声波声系隔声采用环切刻槽方式，接收、发换能器直接装在分的段仪器外壳内，该外壳有压力保护和透声的作用。为了能够使这两个功能发挥最大的作用，选取高强度不锈钢作为换能器外面的金属外壳，在保证压力的情况下，就可使外壳壁厚尽量的薄。这样做的好处有两个，一是提高了透声系数，二是增大了内径，由此可以带来换能器的外径的增大。接收、发射段都有活塞式压力平衡补偿方式并能进行声去耦，有效地降低了国内外同类仪器常出现的体波干扰。
仪器的偏心使得信号到达接收换能器的传播时间及相位发生变化，影响到信号的声幅大小。因此而设计了合适的扶正器（如水平扶正器），以解决开窗井、侧钻水平井等井对仪器在井下的偏心问题。
3 固井质量评估
影响套管波声幅的因素很多，也很复杂。这些因素大体上可以分为三类：一是井身条件，包括井径、套管尺寸、水泥环的厚度和质量等；二是仪器性能包括发射换能器的声功率、接受换能器的灵敏度、声信号频率等；三是测量条件，包括仪器的偏心程度、仪器的测速、井温等。其中水泥环的质量是最重要和最普遍的问题，是测量的目的。在下井仪上安装扶正器可以使它在套管内居中；地层性质影响水泥凝结快慢。因此，水泥胶结测井对固井质量的解释采用相对幅度法，其表示为：相对幅度=目的层段幅度/自由套管段幅度；一般把无水泥处自由套管最大声幅作为100%，解释层段声幅与它的比值为相对幅度。试验确定三级固井质量（以低密度水泥浆为例）：
胶结质量良好-----相对幅度小于20%；
胶结质量中等------相对幅度20%～40%；
胶结质量差---------相对幅度大于40%。
声波变密度测井不仅记录了首波的幅值还记录了后续波的幅度变化情况。因此除能检查套管与水泥环的胶结质量，还能直接判断水泥环与地层的胶结质量。
4 结束语
油田对侧向开窗井、侧钻水平井、双套管井等井的开发，使老井再生，大大节约了开采成本。Φ43水泥胶结综合测井仪功能完善，满足国内小井眼套管井固井质量的评价测量，在油田试验中取得了显著效果。
参考文献
[1] 章成广. 声波测井原理与应用[M].北京：石油工业出版社，2009
[2] 洪有密. 测井原理与综合解释[M].北京：石油大学出版社，1993