Многорежимное акустическое построение изображения в обсаженных скважинах

Многорежимное акустическое построение изображения в обсаженных скважинах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники изобретения

Изобретение в основном относится к способу и устройству для акустического построения изображения в обсаженных скважинах.

Уровень техники

При завершении скважины обсадная колонна или труба устанавливается в ствол скважины, и заполняющее вещество, обычно цемент, нагнетается в затрубное пространство между обсадной колонной и формацией. Основной задачей такого цемента является отделение слоев нефте- и газодобычи друг от друга и от водоносных пластов.

Фиг.1 показывает схематическую диаграмму обсаженной скважины. Обсаженная скважина обычно включает в себя несколько границ раздела 12₁, 12₂, 12₃ на стыке различных материалов в стволе скважины 11. Первая граница 12₁ раздела расположена на стыке скважинного флюида 13 в обсадной колонне 14 и обсадной колонны 14. Обсадная колонна 14 обычно изготовлена из стали. Вторая граница 12₂ раздела формируется между обсадной колонной 14 и затрубным пространством 15 за обсадной колонной 14. Если цемент 112 в затрубном пространстве 15 размещен правильно, вторая граница 12₂ раздела расположена между обсадной колонной 14 и цементом 112. Третья граница 12₃ раздела расположена между затрубным пространством 15 и формацией 16. Формация 16 может содержать множество слоев, например нефтеносный слой 17, газоносный слой 18 и водоносный слой 19.

Микрозазоры 111 могут появляться на второй границе 12₂ раздела между обсадной колонной 14 и цементом 112. Образование микрозазоров 111 происходит из-за изменений давления внутри обсадной трубы 14. Даже при наличии микрозазоров 111 слои 17-19 могут быть должным образом герметизированы цементом 112.

Однако, если пустота 113 появляется между обсадной колонной и формацией, цемент может не обеспечить изоляцию одного слоя 17, 18, 19 от другого. Флюиды, например нефть, газ или вода, могут мигрировать под давлением из одного слоя 17, 18, 19 в другой через пустоту 113 и создавать опасные условия или уменьшать эффективность добычи. В частности, миграция воды в нефтеносные слои 17 может, при некоторых обстоятельствах, сделать скважину непригодной для эксплуатации. Также миграция нефти в водоносный слой 19 является нежелательной с экологической и экономической точек зрения. Таким образом, построение изображений содержимого затрубного пространства, в частности обнаружение третьей границы 12₃ раздела между затрубным пространством 15 и формацией 16, может быть важным для надежного определения гидравлической изоляции разных слоев формации.

Необходимость в построении изображения на всем протяжении скважины есть также в процессе гидроразрыва, который обычно имеет место после обсадки скважины и используется для стимулирования скважины для добычи. Часто процесс разрыва сопровождается выбросом песка, из-за чего некоторые пласты формации высвобождают мелкий песок, который проникает через перфорацию обсадной колонны в скважину и затем поднимается на поверхность, где он может вывести из строя добывающее оборудование. Эта проблема может быть устранена, если содержащие песок зоны обнаруживаются, например, с помощью технологий построения изображений, выполненных с возможностью осуществления через обсадную колонну.

Различные методы оценки цемента, использующие акустическую энергию, использовались в предшествующем уровне техники для исследования характеристик зоны за тонкой стенкой обсадной колонны с использованием инструмента, расположенного внутри обсадной колонны 14.

Первый способ оценки цемента предшествующего уровня техники

Фиг.2 содержит схематическую диаграмму первого способа оценки цемента, включающего в себя акустические волны, имеющие продольный тип, внутри обсадной колонны 24. Первый способ оценки цемента описан в патенте США №3,401,773, Synott и др. Каротажный зонд 21, содержащий стандартные, расположенные продольно акустический преобразователь 22 для передачи и преобразователь 23 для приема, используется для исследования скважины 28. Оба преобразователя работают в частотном диапазоне между примерно 20 и 50 кГц. Заполняющий материал 25 изолирует обсадную колонну 24 от формации 26. Каротажный зонд 21 подвешен внутри обсадной колонны 24 на кабеле 27.

Акустический преобразователь 22 для передачи облучает обсадную колонну 24 акустической волной 27, которая распространяется вдоль обсадной колонны 24 в виде продольной моды, свойства которой в основном определяются цилиндрической геометрией обсадной колонны и ее свойствами упругой волны. Отраженная волна 29 принимается акустическим преобразователем 23 для приема и преобразуется в принятый сигнал.

Полученный сигнал обрабатывается для извлечения части сигнала, вызванного наличием или отсутствием цемента 25 за обсадной колонной 24. Извлеченная часть сигнала затем анализируется для обеспечения измерения его энергии, показывающей наличие или отсутствие цемента за пределами обсадной колонны 24. Если твердое вещество, например цемент, находится в контакте с обсадной колонной 24, амплитуда акустической волны 211, распространяющейся в виде продольной моды вдоль обсадной колонны 24, частично уменьшается; следовательно, энергия извлеченной части принятого сигнала является относительно маленькой. В противоположность этому, если жидкость, например буровой раствор, находится в контакте с обсадной колонной 24, амплитуда акустической волны 211, распространяющейся в виде продольной моды вдоль обсадной колонны 24, уменьшается значительно меньше; следовательно, энергия извлеченной части полученного сигнала является относительно высокой. Состояние, например жидкое или твердое, вещества за пределами обсадной колонны 24 определяется, таким образом, из значения полученной энергии. Этот способ обеспечивает полезную информацию о наличии или отсутствии цемента за второй границей 210 раздела между обсадной колонной 24 и затрубным пространством.

Однако первый способ оценки цемента использует низкочастотные звуковые волны (от 20 до 50 кГц). Знакомые с акустической теорией в общем и звуковым исследованием скважин, в частности, признают, что эта продольная мода в обсадной колонне вызывает колебания всей цилиндрической структуры обсадной колонны 24. Результатом является отсутствие азимутальной разрешающей способности. Результат может быть отображен на кривой только как функция от глубины.

Второй способ оценки цемента предшествующего уровня техники

Фиг.3 содержит схематическую диаграмму второго способа оценки цемента для изучения качества цементной связки между обсадной колонной 32 и затрубным пространством 38 в стволе скважины 39, образованной в формации 310. Второй способ оценки цемента описан в патенте США №2,538,114, Mason и патенте США №4,255,798, Havira. Измерение основано на методе ультразвукового импульсного эха, где один акустический преобразователь 31, установленный на каротажном зонде 37, облучает обсадную колонну 32 под углом, близким к нормали, и принимает отраженный эхо-сигнал 33.

Акустический преобразователь 31 облучает обсадную колонну 32 акустическими волнами 34, имеющими частоту, выбранную для введения выбранного радиального сегмента обсадной колонны 32 в толщинный резонанс. Часть акустической волны передается в обсадную колонну и отражается между первой границей 311 раздела и второй границей 35 раздела. Первая граница 311 раздела расположена на стыке скважинного флюида в обсадной колонне 32 и обсадной колонны 32. Вторая граница 35 раздела сформирована между обсадной колонной 32 и затрубным пространством 38 за пределами обсадной колонны 32. Дополнительная часть акустической волны теряется в затрубном пространстве 38 при каждом отражении от второй границы 35 раздела, что приводит к потере энергии акустической волны. Акустическая волна теряет больше или меньше энергии в зависимости от состояния вещества 312 за пределами обсадной колонны 32.

Отражения от первой границы 311 раздела и второй границы 35 раздела порождают отраженную волну 33, которая передается на акустический преобразователь 31. Принятый сигнал, соответствующий отраженной волне 33, имеет затухающую во времени амплитуду. Этот сигнал обрабатывается для извлечения измерения скорости затухания амплитуды. По скорости затухания амплитуды вычисляется значение акустического импеданса вещества за пределами обсадной колонны 32. Значение импеданса воды составляет около 1,5 Мрейл, в то время как значение импеданса цемента обычно выше (например, это сопротивление составляет около 8 Мрейл для цемента класса G). Если вычисленный импеданс находится ниже предварительно заданного порога, то считается, что вещество является водой или буровым раствором. И если вычисленный импеданс находится выше предварительно заданного порога, то считается, что вещество является цементом и что качество связки между цементом и обсадной колонной является удовлетворительным.

Второй способ оценки цемента использует ультразвуковые волны (от 200 до 600 кГц). Знакомые в общем с акустической теорией поймут, что толщинное возбуждение обсадной колоны приводит к вибрации сегмента обсадной трубы, ограниченной в азимутальном диапазоне. Второй способ оценки цемента, таким образом, обеспечивает пространственное разрешение в противоположность первому способу исследования цемента.

Значения импеданса могут быть нанесены на карту как функция от глубины и азимутального угла. Глубина и азимутальный угол могут быть нанесены соответственно на первую и вторую ось. Значение импеданса может быть представлено цветом.

Однако первый способ оценки цемента и второй способ оценки цемента обеспечивают информацию преимущественно о состоянии вещества, расположенного только на второй границе 35 раздела.

Патент США №5,763,773, Birchak и другие раскрывает составной каротажный зонд, состоящий из импульсно-эхового и "pitch-catch" акустических преобразователей для исследования цемента за пределами обсадной колонны. "Pitch-catch" система относится к использованию раздельных передающих и принимающих акустических преобразователей, угол установки которых относительно нормали к обсадной колонне отличен от нуля (т.е. отличный от нормали угол падения). Раскрытие описывает установку всех "pitch-catch" (передача-захват) акустических преобразователей под такими углами по отношению к нормали к внутренней стенке обсадной колонны, которые меньше, чем критический угол сдвиговой волны к первой границе раздела между обсадной колонной и флюидом, например нефтью или газом, в ней. Дополнительно раскрыт способ определения качества цементного уплотнения. Этот способ основан на измерении затухания распространяющейся энергии между акустическими преобразователями.

Третий способ оценки цемента предшествующего уровня техники

Третий способ оценки цемента описан в патенте США №6,483,777, Zeroug. Фиг.4 дает иллюстрацию третьего способа оценки цемента. Каротажный зонд 41, содержащий установленные на нем акустический преобразователь для передачи 42 и акустический преобразователь для приема 43, используется для исследования скважины 411. Акустический преобразователь для передачи 42 и акустический преобразователь для приема 43 установлены под углом θ. Угол θ измеряется относительно нормали N к локальной внутренней стенке обсадной колонны. Угол θ больше, чем критический угол сдвиговой волны к первой границе 46 раздела между обсадной колонной 44 и флюидом 47, например нефтью или газом, в ней. Следовательно, акустический преобразователь 42 для передачи возбуждает изгибную волну А в обсадной колонне 44 путем облучения обсадной колонны 44 с возбуждением под углом, большим, чем волновой критический угол сдвиговой волны к первой границе 46 раздела.

Изгибная волна А распространяется внутри обсадной колонны 44 и отдает энергию флюиду 47 внутри обсадной колонны 44 и заполняющему материалу 45 за пределами обсадной колонны 44. Часть B изгибной волны распространяется внутри затрубного пространства 410 и может быть отражена обратно от третьей границы 412 раздела. Эхо-сигнал 49 регистрируется акустическим преобразователем 43. Измерение времени распространения может быть извлечено из сигнала на выходе акустического преобразователя 43, соответствующего эхо-сигналу 49.

Скорость распространения волны внутри затрубного пространства 410 может быть рассчитана исходя из времени распространения, при условии, что толщина затрубного пространства 410 известна. Скорость распространения волны зависит от природы акустической волны внутри затрубного пространства, что, в свою очередь, зависит от качества заполняющего материала.

Если дополнительный акустический преобразователь для приема (не представленный на Фиг.4) установлен на каротажном зонде выше акустического преобразователя 43 для приема, то на выходе дополнительного акустического преобразователя для приема может быть получен дополнительный сигнал. Затухание изгибной волны может быть извлечено из сигнала и из дополнительного сигнала. Затухание изгибной волны зависит от качества заполняющего материала внутри затрубного пространства 410.

Качество цемента за пределами обсадной колонны 44 может быть определено исходя из скорости распространения волны внутри затрубного пространства 410 и/или из затухания изгибной волны. Качество, например состояние вещества, может быть нанесено на карту как функция от глубины и азимутального угла.

В связи с тем, что часть B изгибной волны распространяется внутри затрубного пространства 410, соответствующий сигнал обеспечивает информацию о веществе в целом внутри затрубного пространства 410, т.е. на всем расстоянии, отделяющем обсадную колонну 44 и третью границу 42 раздела.

Сущность изобретения

В первом аспекте изобретение обеспечивает способ для построения изображения описания зоны за пределами обсадной колонны скважины, использующий каротажный зонд, расположенный внутри обсадной колонны и несущий на себе множество акустических преобразователей, при этом указанный способ содержит облучение обсадной колонны первой акустической волной с использованием первого акустического преобразователя для передачи из множества акустических преобразователей, при этом первая акустическая волна имеет первую моду, которая может быть любой из набора следующих мод: продольная мода, толщинная мода, изгибная мода. По меньшей мере первый акустический преобразователь для приема выбран из множества акустических преобразователей, при этом его расположение приспособлено для приема первого эхо-сигнала, соответствующего первой акустической волне. Первый эхо-сигнал принимается на первом акустическом преобразователе для приема, и получается первый сигнал. Первое измерение извлекается из первого сигнала. Способ дополнительно содержит облучение обсадной колонны второй акустической волной с использованием второго акустического преобразователя для передачи из множества акустических преобразователей, при этом вторая акустическая волна имеет вторую моду, которая может быть любой из набора мод. Вторая мода является отличной от первой моды. По меньшей мере второй акустический преобразователь для приема выбран из множества акустических преобразователей, при этом его расположение приспособлено для приема второго эхо-сигнала, соответствующего второй акустической волне. Второй эхо-сигнал принимается на втором акустическом преобразователе для приема, и получается второй сигнал. Второе измерение извлекается из второго сигнала. Описание зоны за пределами обсадной колонны скважины определяется исходя из комбинации первого измерения и второго измерения.

В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения описание зоны за пределами обсадной колонны характеризуется качеством заполняющего материала, помещенного в затрубном пространстве между обсадной колонной и формацией.

Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения первая мода является изгибной модой, и вторая мода является толщинной модой.

В третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения первое измерение является измерением времени распространения, и второе измерение является измерением скорости затухания амплитуды во времени.

В четвертом предпочтительном варианте осуществления изобретения значение импеданса вещества внутри затрубного пространства и значение скорости распространения волны сжатия внутри затрубного пространства вычисляются исходя из измерения времени распространения и измерения скорости затухания амплитуды. Значение плотности вещества внутри затрубного пространства определяется исходя из вычисленного значения акустического импеданса и вычисленного значения скорости распространения волны сжатия.

В пятом предпочтительном варианте осуществления изобретения дополнительный акустический преобразователь для приема выбран из множества акустических преобразователей. Дополнительный акустический преобразователь для приема является отличным от первого акустического преобразователя для приема. Дополнительный акустический преобразователь для приема имеет расположение, приспособленное для приема дополнительного эхо-сигнала, соответствующего первой акустической волне. Дополнительный эхо-сигнал принимается на дополнительном акустическом преобразователе для приема, и получается дополнительный сигнал. Измерение первой амплитуды извлекается из первого сигнала, и измерение дополнительной амплитуды извлекается из дополнительного сигнала.

В шестом предпочтительном варианте осуществления изобретения множество рассмотренных параметров вычисляется, по меньшей мере, исходя из измерения времени распространения и измерения скорости затухания амплитуды. Определен набор событий качества вещества в затрубном пространстве. Для каждого события качества рассчитана апостериорная вероятность наступления события качества для рассчитанных значений рассмотренных параметров. Выбирается наиболее вероятное событие качества.

В седьмом предпочтительном варианте осуществления изобретения множество параметров качества оценивается исходя из выбранного события качества и исходя из рассчитанных значений рассмотренных параметров.

В восьмом предпочтительном варианте осуществления изобретения множество рассмотренных параметров содержит импеданс вещества внутри затрубного пространства, кажущуюся скорость распространения первой акустической волны и затухание изгибной волны первой акустической волны вдоль обсадной колонны. Множество параметров качества содержит плотность вещества внутри затрубного пространства, скорость распространения сдвиговой волны первой акустической волны через вещество и скорость распространения волны сжатия первой акустической волны через вещество.

В девятом предпочтительном варианте осуществления изобретения первая мода является изгибной, и вторая мода является продольной модой.

В десятом предпочтительном варианте осуществления изобретения обсадная колонна облучается третьей акустической волной с использованием третьего акустического преобразователя для передачи из множества акустических преобразователей, при этом акустическая волна имеет третью моду, при этом третья мода является отличной от первой моды и второй моды. Третий акустический преобразователь для приема выбран, при этом он имеет расположение, приспособленное для приема третьего эхо-сигнала, соответствующего третьей акустической волне. Третий эхо-сигнал принимается на третий акустический преобразователь, и получается третий сигнал. Третье измерение извлекается из третьего сигнала. Описание зоны за пределами обсадной колонны скважины определяется на основе комбинации первого измерения, второго измерения и третьего измерения.

Предпочтительно заполняющий материал является цементом.

В одиннадцатом варианте осуществления изобретения каротажный зонд продвигается и вращается внутри скважины для определения описания зоны за пределами обсадной колонны в диапазоне глубин и азимутальных углов.

Во втором аспекте изобретение обеспечивает систему для построения изображения состава зоны за пределами обсадной колонны скважины, использующую каротажный зонд, расположенный внутри обсадной колонны и несущий на себе множество акустических преобразователей. Система дополнительно содержит первый акустический преобразователь для передачи из множества акустических преобразователей для облучения обсадной колонны первой акустической волной, имеющей первую моду, которая может быть любой из набора следующих мод: продольная мода, толщинная мода, изгибная мода. Система дополнительно содержит второй акустический преобразователь для передачи из множества акустических преобразователей для облучения обсадной колонны второй акустической волной, имеющей вторую моду, которая может быть любой из набора мод и является отличной от первой моды. Система дополнительно содержит по меньшей мере первый акустический преобразователь для приема из множества акустических преобразователей. Первый акустический преобразователь для приема имеет расположение, приспособленное для приема первого эхо-сигнала, соответствующего первой акустической волне. Первый акустический преобразователь для приема производит первый сигнал. Система дополнительно содержит по меньшей мере второй акустический преобразователь для приема из множества акустических преобразователей, имеющий расположение, приспособленное для приема второго эхо-сигнала, соответствующего второй акустической волне. Второй акустический преобразователь для приема производит второй сигнал. Система дополнительно содержит средство для извлечения, осуществляющее извлечение первого измерения и второго измерения соответственно из первого сигнала и второго сигнала. Система дополнительно содержит обрабатывающее средство для определения качества состава зоны за пределами обсадной колонны исходя из комбинации первого измерения и второго измерения.

В двенадцатом предпочтительном варианте осуществления изобретения первый акустический преобразователь для передачи и первый акустический преобразователь для приема установлены под углом, большим, чем критический угол сдвиговой волны к границе раздела между обсадной колонной и флюидом в обсадной колонне, при этом угол измеряется по отношению к нормали к локальной внутренней стенке обсадной колонны.

В тринадцатом предпочтительном варианте осуществления изобретения второй акустический преобразователь для передачи направлен перпендикулярно к локальной внутренней стенке обсадной колонны. Второй акустический преобразователь для передачи имеет частотный спектр, выбранный для введения выбранного радиального сегмента обсадной колонны в толщинный резонанс.

В четырнадцатом предпочтительном варианте осуществления изобретения система дополнительно содержит дополнительный акустический преобразователь для приема из множества акустических преобразователей, имеющий расположение, приспособленное для приема дополнительного эхо-сигнала, соответствующего первой акустической волне. Дополнительный акустический преобразователь для приема является отличным от первого акустического преобразователя для приема. Дополнительный акустический преобразователь для приема производит дополнительный сигнал.

В пятнадцатом предпочтительном варианте осуществления изобретения система дополнительно содержит массив преобразовательных элементов, расположенных на внешней стороне каротажного зонда для облучения обсадной колонны по меньшей мере первой акустической волной и второй акустической волной, распространяющимися внутри обсадной колонны в виде соответственно первой моды и второй моды.

Другие аспекты и преимущества изобретения станут видны из нижеследующего описания и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 содержит схематическую диаграмму обсаженной скважины предшествующего уровня техники.

Фиг.2 содержит схематическую диаграмму первого способа оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.3 содержит схематическую диаграмму второго способа оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.4 содержит схематическую диаграмму третьего способа оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.5A показывает график имитационных измерений акустического импеданса в соответствии со вторым способом оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.5B показывает график имитационных оценок состояния вещества в соответствии со вторым способом оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.6A показывает график имитационных измерений акустического импеданса в соответствии с третьим способом оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.6B показывает график имитационных оценок состояния вещества в соответствии с третьим способом оценки цемента предшествующего уровня техники.

Фиг.7 содержит блок-схему примерного способа для построения изображения содержимого затрубного пространства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.8A показывает график имитационных измерений акустического импеданса как функции от имитационных измерений затухания изгибной волны в соответствии с изобретением.

Фиг.8B показывает график имитационных оценок состояния в соответствии с изобретением.

Фиг.9 содержит иллюстрацию примерного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 иллюстрирует второй примерный вариант осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Каждый из методов оценки цемента предшествующего уровня техники обеспечивает одно или более измерений с относительно высокой неопределенностью. Ошибки могут возникать на этапе определения состояния заполняющего материала внутри затрубного пространства на основании измерения.

Фиг.5A показывает график имитационных значений акустического импеданса в соответствии со вторым способом оценки цемента предшествующего уровня техники. Обеспечено множество наборов параметров, соответствующее множеству веществ. Для определенного набора параметров вычислено значение акустического импеданса. Множество значений акустического импеданса, таким образом, нанесено на график на Фиг.5A. Для определенного набора параметров, соответствующих веществу в жидком состоянии, наносится окружность. Для определенного набора параметров, соответствующих веществу в твердом состоянии, наносится крестик.

Как видно на графике на Фиг.5A, набор параметров вещества в твердом состоянии обеспечивает в основном низкие значения акустического импеданса, например, между 1 и 2 Мрейл. Эти значения расположены в одном диапазоне значений, что и множество значений акустического импеданса, обеспечиваемого веществами в жидком состоянии. Оценка состояния вещества на основе определенного значения соответствующего рассчитанного импеданса может порождать ошибки.

Фиг.5B показывает график имитационных оценок состояния из второго способа оценки цемента. Для определения набора параметров, соответствующих определенному веществу, соответствующее значение акустического импеданса вычисляется, как показано на Фиг.5A. Вероятность нахождения вещества в жидком состоянии определяется из соответствующего рассчитанного значения акустического импеданса. Множество вероятностей нахождения в жидком состоянии нанесено как функция от имитационного акустического импеданса. Для определенного набора параметров определенного вещества в жидком состоянии нанесена окружность. Для определенного набора параметров определенного вещества в твердом состоянии нанесен крестик.

Как видно из графика на Фиг.5B, набор параметров, соответствующих веществу в твердом состоянии, может обеспечивать вероятность нахождения в жидком состоянии выше, чем 0,5. Более того, набор параметров, соответствующих веществу в твердом состоянии, и набор параметров, соответствующих веществу в жидком состоянии, могут иметь очень близкие имитационные вероятности нахождения в жидком состоянии. Может быть определена смешанная зона 51, содержащая метки, соответствующие веществу в жидком состоянии, и множество меток, соответствующих веществу в твердом состоянии. Оценка состояния определенного вещества, имеющего соответствующую метку внутри смешанной зоны, может быть недостоверной.

Фиг.6A показывает график имитационных значений затухания изгибной волны в соответствии с третьим способом оценки цемента предшествующего уровня техники. Множество значений затухания изгибной волны вычислено из множества наборов параметров, соответствующих множеству веществ. Множество значений затухания изгибной волны нанесено на график на Фиг.6A. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в жидком состоянии, нанесена окружность. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в твердом состоянии, нанесен крестик.

Аналогично, как можно видеть из графика на Фиг.6A, набор параметров, соответствующих веществу в твердом состоянии, может обеспечивать в основном низкое значение затухания изгибной волны, например ниже 1 дБ/см, подобно затуханию в жидкости. Оценка состояния определенного вещества из значения соответствующего имитационного затухания изгибной волны может порождать ошибки.

Фиг.6B показывает график из множества значений вероятностей нахождения в жидком состоянии. Для определенного набора параметров значение вероятности нахождения в жидком состоянии определяется из соответствующего значения затухания изгибной волны. Для определенного набора параметров определенного вещества в жидком состоянии нанесена окружность. Для определенного набора параметров определенного вещества в твердом состоянии нанесен крестик.

Видно, что набор параметров, соответствующих веществу в твердом состоянии, может иметь вероятность нахождения в жидком состоянии больше, чем 0,5. Может быть определена смешанная зона 61, содержащая метки, соответствующие веществу в жидком состоянии, и множество меток, соответствующих веществу в твердом состоянии. Оценка состояния определенного вещества, имеющего соответствующую метку внутри смешанной зоны, может быть недостоверной.

Более того, новый цемент, имеющий более низкую плотность, чем обычный цемент, производится и все больше используется для заполнения затрубного пространства за пределами обсадной колонны. Вследствие низкой плотности новый цемент имеет относительно низкий акустический импеданс, который может быть в основном равен 3 Мрейл. Это значение акустического импеданса является относительно близким к значению акустического импеданса воды. Неопределенность относительно акустического импеданса в первом способе оценки цемента и во втором способе оценки цемента такова, что оценка состояния вещества может быть даже менее достоверной, чем при использовании обычного цемента с сопротивлением в 8 Мрейл.

Изобретение обеспечивает способ и устройство для улучшения достоверности оценки описания зоны за пределами обсадной колонны.

Фиг.7 содержит блок-схему примерного способа для построения изображения описания зоны за пределами обсадной колонны скважины в соответствии с настоящим изобретением. Способ использует каротажный зонд, расположенный внутри обсадной колонны скважины. Каротажный зонд несет на себе множество акустических преобразователей. Первый акустический преобразователь для передачи из множества преобразователей облучает (этап 72) обсадную колонну первой акустической волной. Первая волна испускается с предварительно определенной частотой и предварительно определенным углом по отношению к нормали к обсадной колонне для распространения внутри обсадной колонны с первой модой. Первая мода может быть любой модой из следующего набора мод: продольная мода, толщинная мода, изгибная мода. По меньшей мере первый акустический преобразователь для приема выбран на этапе 71 из множества преобразователей. Первый акустический преобразователь для приема имеет расположение, приспособленное для приема первого эхо-сигнала, соответствующего первой акустической волне. Первый акустический преобразователь для приема регистрирует (этап 73) первый эхо-сигнал и производит на выходе первый сигнал.

Сигнал на выходе первого акустического преобразователя для приема является электрическим сигналом, имеющим амплитуду, являющуюся функцией от акустической амплитуды эхо-сигнала, воспринимаемого первым акустическим преобразователем для приема.

Второй акустический преобразователь для передачи из множества преобразователей облучает (этап 74) обсадную колонну второй акустической волной. Вторая акустическая волна испускается с предварительно определенной частотой и предварительно определенным углом по отношению к нормали к обсадной колонне для распространения внутри обсадной колонны в виде второй моды, которая может быть любой из набора мод. Вторая мода является отличной от первой моды. На этапе 79 выбран по меньшей мере второй акустический преобразователь для приема. Второй акустический преобразователь для приема имеет расположение, приспособленное для приема второго эхо-сигнала, соответствующего второй акустической волне. Второй акустический преобразователь для приема принимает второй эхо-сигнал и производит на этапе 75 на выходе второй сигнал, соответствующий второй акустической волне.

Первый сигнал и второй сигнал анализируются: первое измерение извлекается (этап 76) из первого сигнала, и второе измерение извлекается из второго сигнала (этап 77).

Описание зоны за пределами обсадной колоны определяется (этап 78) из комбинации первого измерения и второго измерения. Описание зоны может характеризоваться качеством заполняющего материала, например цемента, помещенного в затрубном пространстве. Качество заполняющего материала зависит от состояния вещества внутри затрубного пространства: если вещество находится в жидком состоянии, то цемент может содержать пустоту или течь.

В способах, соответствующих предшествующему уровню техники, качество заполняющего материала определяется только из одного измерения или из множества измерений, которые извлекаются из единственного сигнала, соответствующего единственной волне. Способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает более достоверную оценку состояния вещества в затрубном пространстве, поскольку единственная оценка выполняется исходя из множества измерений, которые получены из множества акустических волн.

Фиг.8A показывает имитационные значения затухания изгибной волны как функции от имитационных значений акустического импеданса в соответствии с настоящим изобретением. Обеспечено множество наборов параметров, соответствующее множеству веществ. Для каждого набора параметров имитационное значение затухания изгибной волны нанесено на график как функция соответствующего имитационного значения акустического импеданса. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в жидком состоянии, нанесена окружность. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в твердом состоянии, нанесен крестик.

Сравнивая графики на Фиг.5A и 6A, можно видеть, что метки, соответствующие веществу в жидком состоянии, отделены от меток, соответствующих веществу в твердом состоянии, гораздо больше, чем на графиках предшествующего уровня техники.

Фиг.8B показывает график определенных вероятностей нахождения в жидком состоянии, имитированных из наборов параметров на Фиг.8A. Для каждого набора параметров вероятность нахождения соответствующего вещества в жидком состоянии определяется из соответствующего имитационного значения затухания изгибной волны и соответствующего имитационного значения акустического импеданса. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в жидком состоянии, нанесена окружность. Для определенного набора параметров, соответствующих определенному веществу в твердом состоянии, нанесен крестик.

Сравнивая графики на Фиг.5B и 6B, можно видеть, что только несколько меток, соответствующих веществу в твердом состоянии, показывают вероятность нахождения в жидком состоянии более, чем 0,5. Более того, метки, соответствующие ве