扇区水泥胶结测井仪DTMN、DTMX分开原因分析

孟繁宇，宛文宇，王晓帅，肖雷雷

(中海油服油田技术事业部塘沽作业公司，天津 300459)

0 引言

CBMT(Cement Bond Mapping Tool)扇区水胶结成像测井仪，贝克阿特拉斯公司常称作1424或者SBT(Segmented Bond Tool)。它的主要功能是检测固井作业中套管与地层之间灌入水泥胶结质量，以及探测地层中孔道缝隙的声幅类测井仪器。每次下井作业中可测量固井作业中的6个扇区水泥胶结质量分布图、声幅曲线和密度图。成像级水泥图图示直观、易于理解和人性化。CBMT扇区水泥胶结仪器测量参数分为辅助参数、声波信号测量。辅助参数有 CHV、GR、FLASKTEMP、CCL、SSN、LSN，这些参数的测量采用AD转换或计数的方式。声波信号分为极板信号和VDL信号。极板信号经过AD转换，并求得首波幅度和到达时间或时差后送到地面。VDL信号进行全波列采集，并把采集的结果传送到地面。CBMT61XA仪器在井周上均匀分布6个支撑臂，通过支撑臂上极板的接收与发射探头实现对井周水泥的微小裂缝识别。

但是，据目前作业情况看，测井过程中经常会遇到DTMN和DTMX两条质控曲线分开现象，而导致DTMN和DTMX分开实质上就是极板率衰减曲线ACT值出现偏小或归零的问题。通过此文分析可以帮助现场人员快速定位问题的原因，便于后续作业的完成，也可为仪修工程师故障判断提供方向性指导。

1 衰减率计算原理

CBMT仪器打开支撑臂后整体呈灯笼装，在360°圆周方向每隔60°安装一个极板，每个极板上有2个规格型号相同的压电陶瓷发射探头和1个同向类型的接收探头。两个发射探头由于发射脉冲上存在一定延时，起到了能量补偿作用。6个极板的发射探头和接收探头，作业时紧贴在井壁上，6个极板上的总计12个压电陶瓷换能器不停的被激发使之发出声音，该声音通过套管及水泥环的传播及发散，最后通过接收极板接收到不同幅度的声波信号。通过对6条衰减率曲线的计算，可得到6个扇区内的套管水泥胶结质量图[1-3]。

首先，我们要明确一个概念，如果从水泥图上看到某个扇区出现衰减率回零的情况，往往我们会认为就是该极板出现了问题，其实并不是这样，如图1所示，为CBMT61XA仪器6个扇区极板展开平面图。

T1号-T6号为仪器发射探头，R1号-R6号为仪器接收探头。CBMT仪器产生600 V高压脉冲后，经过32芯接头传送至每个极板的发射探头上，通过压电效应将电信号转化为声波信号，激发后的声波信号经水泥环反射至接收探头处。套管与地层间的水泥固井质量越好，激发的声波信号越容易沿地层向深处发散，R1号-R6号探头收到声波信号就越微弱，反之亦然，套管和地层之间水泥胶结的不好，散射的声幅信号就越强烈。通过此原理计算出声幅信号的衰减量，就可以判断出固井作业的好坏。

为了抵消掉不同探头的整体差异性，采用同一极板两次发射并接收方式。以T1、R2、R3、T4为例，当第一组极板探头工作时，第二组和第三组接收探头测量其下行声幅，直达距离记做A12 和A13，相同的探头被两次激发，通过接收信号的计算出的衰减率只与幅度比值存在关联。所以，发射探头到接收探头衰减率计算不受发射探头强度的影响，最后结论值只取决于压电陶瓷的灵敏度，具体如图2所示。

图2 下行套管波衰减率计算

套管波的衰减率计算为公式(1)：

当第四组极板发射探头工作时，第二组和第三组探头作为接探头时测量其声幅，直达距离记做A42和A43。同样，该衰减率计算不受发射探头强度的影响，最后结论值只取决于压电陶瓷的灵敏度，具体如图3所示。

图3 上行套管波衰减率计算

套管波的衰减率为公式(2)：

公式(1)中的α1和公式(2)中α2进行相加求和，最后得出衰减率计算公式(3)：

可以看到，一个扇区衰减率的计算牵扯到4个极板，而且扇区的编号与极板编号没有对应关系，所以出现衰减率偏小或回零的扇区可能并不是对应极板出了问题。

2 分析手段

如果在现场作业遇到了DTMN和DTMX分开或ACT值归零的现象，需要借助两个工具，第一个就是show2D，信息内部含有所有subcycle信息，显示了12个SUBCYCLE的所有信息，包括T(发射)、N(近接收)、F(远 接收)、N-DELAY(近接收延迟)、N-TH(近接收门槛)、N-GAIN(近接收增益)、N-WIDTH(近接收窗长)、F-DELAY(远 接 收 延迟)、F-TH(远 接 收 门槛)、F-GAIN(远接收增益)、F-WIDTH(远接收窗长)，最下面一行是用来修改所有12个SUBCYCLE的内容的，在可编辑的框内输入要修改的值即可完成对12个SUBCYCLE的对应内容的修改。

第二个则是通过在软件控制窗口内的数字波形窗口，该窗口主要用来修改显示和数字波形相关的一些参数，主要包括 START TIME、SIMPLE PERIOD、SUBCYCLE NO、TRANSMITTER、RECEIVER、GAIN、NO OF SAMPLES的内容显示和修改选择dual模式，并在SUBCYCLE NO里输入想观察的suncycle号。

接下来观察waveshow里的波形及其首波提取窗，观察是否正常，这个一般在测井时也可以用来观察套管参数是否输入正确。

3 分析过程

CBMT仪器作业过程中，若质控曲线出现问题，如DTMN，DTMX质控曲线分离，ACT衰减率归零等问题后，第一时间要从波形窗口中查看12subcycle中是哪个子集出现了问题。

下面的例子是在某井进行的SBT测井，为了暴露问题，故意在本该放扶正器的VDL部分不加扶正器，于是在1 200 m处(该处井斜稍大，达到了20°左右)，遇到了以下情况，如图4所示。

图4 某井subcycle信息

从图4中可以看到所有涉及到5号极板的信号幅度都不正常：首先5号极板作为发射时，例如5号发射，4,3号接收、5号发射，6,1号接收时，这些subcycle的无论近幅度还是远幅度都偏低，明显低于1-2,3、4-3,2等其他subcycle幅值。另外，5号极板作为接收时，尤其可以观察到5号极板作为近接收时，例如6号发射，5、4接收，4号发射，5、6接收时，其近接收幅度甚至低于远接收幅度，正常情况下这种情况是很少出现的。

从上面的情况可以看出来，5号极板数据是不正常的。这时候，我们需要分析是由于贴靠的原因还是由于5号极损坏原因导致上述情况。

首先，假如是因为极板本身损坏造成的，那么我们可以通过地面控制软件中的digitiazed wave form参数来进行测试。在该窗口中选择single模式依次输入开始时间输入40，SAMPLE PERIOD输入为1 μs，发射和接收换能器编号即输入有问题的那个极板上的发射和接收(比如5号极板)，增益则从0一直设置到21，如果波形变化确实由小到大，幅度正常，则可以说明极板工作是正常的。

如果我们确认极板工作正常，那么我们就要怀疑是否由于贴靠原因而引起的工作异常。接下来我们要观察与5号极板相关的极板采集信息，

在图4中我们发现与5号极板相关的N AMP和F AMP值都偏低，而且N GAIN和F GAIN都偏大，可以说明与5号极板相关的信号较正常值偏低，同时发现在区间，RB值并无明显变化，通过上述信息，我们可以判定该次故障是由于极板与井壁之间贴靠不好，极板发射和接收都偏弱导致的。

最后还可以通过dual模式，进一步确认是因为贴靠不好而导致的问题所在。

在dual模式下，如果套管参数一定，通过在PIPE模式下输入套管参数，即可计算出远近探头首波到达时间。而此次故障中，5号极板的近探头和远探头首波位置都比其他正常极板偏远，即到时偏大。该井套管尺寸为0.244 m，故远延迟为91.844 μs，而从上面波形中可以看到实际到达的远到时为132 μs，已经远远超过了通过远延迟可以搜索到首波的范围，如图5所示，远到时肯定搜索不正确，其远幅度也就不会正确了。

图5 dual模式波形

上述情况就可以说明5号极板的贴靠有问题，即其与套管内壁的贴靠不够紧密，导致所有与5号极板相关的subcycle都会有问题。正如在本文第二部分衰减率计算公可以得出，如果其中某一极板出现问题，那么与之相关的4个扇区都可能会出现问题，而不是我们通常理解的，某一扇区出了问题是相应的极板出了问题。即如果5号极板损坏或贴靠不好，会导致6个与5号极板相关的subcycle出现问题，从而导致2、3、4、5衰减率计算出现错误，出现偏小或者归零的现象。如图6所示，可以看到，ATC2、ATC3、ATC4、ATC5在同样的深度位置都出现不正常的变小甚至回零，尤以3、4最为明显，因为这两个扇区的每个subcycle里都牵涉到5号极板。

图6 各扇区衰减率示意图

4 结语

根据本文的分析可知，如果某一扇区衰减率出了问题，与之左右相关联的4块极板均可能存在损坏或贴靠问题，而不是通常理解的扇区号对应极板号问题。通过本文提供的方法可以帮助现场操作人员，迅速判断出若存在上述问题是由于极板本身损坏还是贴靠原因导致的故障，或者直接判断出是某一块极板存在问题，可以提高扇区水泥胶结测井仪在固井质量作业中的成功率，改善扇区水泥胶结测井仪资料合格率。