李立偉　沈雄偉　蘇方波　謝培

摘要：隨鉆超聲井徑測量系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)的意義在于為探索解決復(fù)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(shè)計(jì)方案。為計(jì)算井徑，設(shè)計(jì)了地面處理軟件，并對(duì)相似性算法及干擾回波剔除處理等一些技術(shù)做了研究。不同泥漿密度對(duì)超聲回波幅度的影響做了實(shí)驗(yàn)和分析。最后介紹進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)取得的成果。

關(guān)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(shè)計(jì)方案。為計(jì)算井徑，設(shè)計(jì)了地面處理軟件，并對(duì)相似性算法及干擾回波剔除處理等一些技術(shù)做了研究。不同泥漿密度對(duì)超聲回波幅度的影響做了實(shí)驗(yàn)和分析。最后介紹進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)取得的成果。為探索解決復(fù)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(shí)間和介質(zhì)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(duì)比較容易，但要測量超聲波回波時(shí)間就相對(duì)比較復(fù)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(biāo)號(hào)2是儀器本體，6是井眼，7是地層。發(fā)射換能器（1）受高壓脈沖（25）激勵(lì)后產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號(hào)（26），由于聲阻抗邊界的存在，會(huì)產(chǎn)生不同幅度和不同時(shí)間間隔的回波信號(hào)，但只有第一個(gè)井壁回波信號(hào)（20）是我們真正感興趣的，因此超聲井徑測量系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分就是怎樣最有效的獲取第一個(gè)井壁回波信號(hào)的時(shí)間間隔。

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

4 實(shí)驗(yàn)測試與分析

本系統(tǒng)包含了地面測試軟件，用于儀器狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)回放和處理、曲線打印等，以及實(shí)驗(yàn)測試和分析，如圖9。

為了了解回波信號(hào)的影響因素，我們做了不同泥漿密度和不同間隔的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，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(hào)，信噪比高，很容易檢測出時(shí)間間隔。

圖表10為不同泥漿密度、不同間隙與幅度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從表中可以看出，在間隙較短時(shí)，不同泥漿密度下信號(hào)幅度大小差別比較大，在間隙較大時(shí)，泥漿密度變化對(duì)信號(hào)幅度的影響幅度變小，但總體信號(hào)要偏小很多，所以此時(shí)基線干擾小很關(guān)鍵，這也是工程實(shí)現(xiàn)時(shí)要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)介紹了超聲井徑的測量原理、總體方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)回波間隔提取的軟件設(shè)計(jì)、在實(shí)驗(yàn)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(xiàn)場試驗(yàn)的情況，為探索超聲井徑測量在油田勘探中的應(yīng)用做了有益嘗試，由于超聲測量受井下影響因素多，技術(shù)的推廣需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)積累以及改進(jìn)提高，最終才能推出滿足用戶需求的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 倪衛(wèi)寧、李三國、李繼波等，基于超聲測距的隨鉆井徑測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，科技導(dǎo)報(bào)，2013，31（3）。

[2] 強(qiáng)毓明、李長文、李國軍等，超聲成像測井的回波時(shí)間測量，測井技術(shù)，（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(hào)補(bǔ)償方法與電路實(shí)現(xiàn)，測井技術(shù)，（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(fā)明專利，專利號(hào)：ZL 2015 1 1016503.9。