隨鉆超聲井徑測量系統的研制

李立偉　沈雄偉　蘇方波　謝培

摘要：隨鉆超聲井徑測量系統的研究和設計的意義在于為探索解決復雜井或特殊井井徑的測量提供一種新的方案。介紹了隨鉆超聲井徑井下儀的總體設計方案。為計算井徑，設計了地面處理軟件，并對相似性算法及干擾回波剔除處理等一些技術做了研究。不同泥漿密度對超聲回波幅度的影響做了實驗和分析。最后介紹進行了現場試驗取得的成果。

關鍵詞：超聲井徑;相似性算法;LWD;LWT;鉆井安全

本文介紹了隨鉆超聲井徑的測量原理和總體設計方案。為計算井徑，設計了地面處理軟件，并對相似性算法及干擾回波剔除處理等一些技術做了研究。不同泥漿密度對超聲回波幅度的影響做了實驗和分析。最后介紹進行了現場試驗取得的成果。為探索解決復雜井或特殊井井徑的測量提供一種新的方案。

1 測量原理

超聲井徑的測量原理是基于測量超聲波回波時間和介質中的聲速，井下媒介的聲速可以以理論值或井下刻度來獲取，相對比較容易，但要測量超聲波回波時間就相對比較復雜，其受泥漿密度、含沙量、巖屑大小、氣泡、地層巖性和井壁光潔度等因素影響較大。

如圖1所示，標號2是儀器本體，6是井眼，7是地層。發射換能器（1）受高壓脈沖（25）激勵后產生超聲波發射信號（26），由于聲阻抗邊界的存在，會產生不同幅度和不同時間間隔的回波信號，但只有第一個井壁回波信號（20）是我們真正感興趣的，因此超聲井徑測量系統最關鍵的部分就是怎樣最有效的獲取第一個井壁回波信號的時間間隔。

本系統采用的相似性檢測算法結合皮爾遜相關系數的波形匹配算法和歐式距離算法，從而能夠較佳地識別匹配點（圖8中12）。

4 實驗測試與分析

本系統包含了地面測試軟件，用于儀器狀態監控、數據回放和處理、曲線打印等，以及實驗測試和分析，如圖9。

為了了解回波信號的影響因素，我們做了不同泥漿密度和不同間隔的對比實驗，圖9第一道窗口的波形是泥漿密度為1.33g/cm3，換能器表面離井壁5cm的情況下所記錄的回波信號，信噪比高，很容易檢測出時間間隔。

圖表10為不同泥漿密度、不同間隙與幅度的對應關系，從表中可以看出，在間隙較短時，不同泥漿密度下信號幅度大小差別比較大，在間隙較大時，泥漿密度變化對信號幅度的影響幅度變小，但總體信號要偏小很多，所以此時基線干擾小很關鍵，這也是工程實現時要嚴格控制的關鍵點。

5 結束語

系統介紹了超聲井徑的測量原理、總體方案設計、關鍵技術回波間隔提取的軟件設計、在實驗室中記錄了不同泥漿密度和不同間距的回波幅度情況以及在現場試驗的情況，為探索超聲井徑測量在油田勘探中的應用做了有益嘗試，由于超聲測量受井下影響因素多，技術的推廣需要現場數據積累以及改進提高，最終才能推出滿足用戶需求的產品。

參考文獻：

[1] 倪衛寧、李三國、李繼波等，基于超聲測距的隨鉆井徑測量系統設計，科技導報，2013，31（3）。

[2] 強毓明、李長文、李國軍等，超聲成像測井的回波時間測量，測井技術，（2011）S0-0685-04。

[3] 胡凱利、余厚全、魏勇等，超聲井徑隨鉆測井回波信號補償方法與電路實現，測井技術，（2014）01-0090-04。

[4] 張良琪、李立偉、吳世董等，用于確定超聲波隨鉆井徑測井中一次反射回波的方法，發明專利，專利號：ZL 2015 1 1016503.9。