L&TD
LOGGING & TESTING DIVISION
Phương pháp đo chất lượng bơm trám xi măng (phần 1)
A. PHẦN THIẾT BỊ:
Máy giếng đang được sử dụng trong phương pháp đo chất lượng bơm trám xi măng gồm:
- Máy AK-1, AK-4 đo bằng trạm ALS-03M
- Máy siêu âm bù “2 phát 2 thu” AK-M đo bằng trạm Karat, siêu âm bù của Halliburton (có thể sử dụng các máy CST của Sodesep)
- Máy đo Sector Bond của Computalog, Radial Bond của Sondex: kết hợp phương pháp CBL và đo độ suy giảm theo sector .
Đo ghi ảnh theo sector bằng phương pháp quét siêu âm cao tần của máy CAST-V của Halliburton:
1. Máy AK-1 hoặc AK-4:
1.1 Đặc tính kỹ thuật:
- Máy gồm 1 cực phát và 2 cực thu, hoạt động theo nguyên tắc phát, thu “sốc siêu âm” tần thấp, công suất lớn.
- Tần số phát 25 KHz, phát bằng bộ từ giảo
- Cực thu 1 cách cực phát: 1m, cực thu 2 cách cực thu 1: 0.5m
- Cảm biến thu là các microphone gốm được dẫn âm bằng dầu công nghiệp.
- Máy có thể thay đổi độ lợi thu gain = 1, 5, 25, 125, nên có thể dùng để đo chất lượng bơm trám xi măng khi đặt ở chế độ gain = 5, và đo thời gian truyền khi đặt ở chế độ thu lớn hơn
- Hiện tại, máy làm việc với trạm ALS-03M
- Máy chỉ cần làm việc với cáp đo 1 ruột, nguồn nuôi máy giếng và tín hiệu cùng đi chung. Nguồn nuôi 110VAC, 50Hz sẽ phải đi qua một cuộn cảm định tải để đưa thẳng đến cáp nuôi máy giếng, dòng tiêu thụ vào khoảng 100mA.
1.2 Nguyên lý hoạt động:
Về phần phát :
Để đảm bảo độ sâu nghiên cứu, yêu cầu cực phát và cực thu siêu âm phải cách nhau đủ xa. Do sóng âm suy giảm mạnh khi lan truyền xa trong môi trường giếng khoan nên nguồn phát phải có công suất lớn, giải pháp phù hợp là dùng thiết bị phát từ giảo.
Từ giảo có cấu tạo là một lõi sắt lá cuốn lại có độ dày và kích thước xác định tương ứng với tần số sóng âm F cần phát. Để kích thích từ giảo phát âm, người ta quấn quanh nó vài vòng dây như một cuộn cảm L, một sốc điện mạnh và đột ngột chạy qua L sẽ làm rung lõi sắt và sóng âm có tần số F phụ thuộc vào cấu tạo của lõi sẽ phát ra môi trường.
Để có một sốc điện đủ mạnh kích phát từ giảo, từ nguồn xoay chiều 110VAC, 50Hz người ta nâng lên khoảng 800VAC bằng biến áp. Nạp dòng điện này vào 1 tụ điện C (khoảng 1uF/1000WV) mắc nối tiếp với cuộn từ giảo L bằng 1 diode D. Khi cần kích phát 2 đầu còn lại của C và L sẽ ngắn mạch qua SCR Q, dòng điện đã được nạp trong tụ C sẽ xã nhanh qua L làm lõi sắt bị kích thích phát ra sóng âm. Nguồn sóng âm chỉ duy trì được vài chu kỳ và biên độ các sóng có dạng tích thoát.
Thời gian T để tái nạp và kích phát sóng siêu âm tỷ lệ thuận với công suất phát sóng âm. Đối với máy AK-1, T = 40ms / nguồn nuôi 110VAC, 50Hz.
Lưu ý về dạng, nhóm sóng compress hay nhóm sóng ống chống khi đo CBL trong phổ sóng thu được sẽ có dạng trung thực với dạng của nguồn phát
Về phần thu:
Hai microphone thạch anh được đóng gói trong vỏ nhôm và dẫn âm bằng dầu công nghiệp trở thành cảm biến thu sóng siêu âm. Chúng lần lượt đặt tại vị trí của sonde thu.
Đối với máy AK-1 sẽ đặt cách cực phát 1m và 1.5m. Mạch khuếch đại tín hiệu thu được thiết kế với độ lợi xác định và có thể thiết đặt từ trạm bề mặt.
Các gain có thể chọn là 1, 5, 25, 125 bằng cách thay đổi mức DC của nguồn nuôi (nguồn nuôi AC 110 VAC, 50Hz được thiết kế có offset DC mặc định là +5VDC) từ +5V → +12V, các giá trị gain sẽ thay đổi theo kiểu hoán vị vòng quanh sau mỗi lần chuyển mức.
Tín hiệu thu của 2 sonde thu sẽ được chọn lần lượt để đưa lên đường truyền cộng với một chuổi xung header đã được mã hóa theo code manchester 3 mức. Chuổi xung header này dùng phân biệt kênh tín hiệu và độ lợi thu hiện hành. Chuổi này gồm 4 bit có lock bit là 40us gồm bit chỉ báo xung đồng bộ + bit nhận dạng kênh + 2 bit gain.
Bit nhận dạng = 1 tương ứng kênh T1, Bit nhận dạng = 0 tương ứng kênh T2. Hai bit gain được hiểu như sau: 00/gain = 1, 01/gain = 5, 01/ gain = 25 và 11 gain = 125.
Trong phương pháp đo CBL, để biết được sự suy giảm hoặc phân bố năng lượng của các nhóm sóng trong phổ sóng thu được, thông tin cần thiết bao gồm cả biên độ nên gain = 5 thường được chọn. Khi đó biên độ tín hiệu thu sẽ không bị bảo hòa, tức là thông tin biên độ sẽ tuyến tính với đối tượng đo.
Về phần định tâm:
Các tia sóng được phát ra sau khi đi qua môi trường truyền sẽ hội tụ về đầu thu. Tại đầu thu dạng sóng thu được sẽ là chồng chất của mọi hướng sóng.
Nếu quảng đường đi của các tia sóng quá khác nhau sẽ gây sự lệch pha lớn dẫn đến sự biến dạng nghiêm trọng của nhóm các sóng đầu, ảnh hưởng đến chất lượng tài liệu. Vì vậy yêu cầu về định tâm là thiết yếu đối với phương pháp đo siêu âm.
Với lý do tương tự, đường kính giếng lớn, giếng nghiêng nhiều hay định tâm yếu cũng gây ra ảnh hưởng như trên.
