固井質(zhì)量測(cè)井技術(shù)以及精度分析

阿麗婭·依明

【摘 要】聲波測(cè)井技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代測(cè)井方法。在國(guó)外20世紀(jì)80到90年代初期，為了滿(mǎn)足復(fù)雜油氣藏勘探和開(kāi)發(fā)的需要，開(kāi)展了偶極和多極聲波測(cè)井、聲波成像測(cè)井、聲波隨鉆測(cè)井、井間聲波測(cè)井、儀器及應(yīng)用方法的研究。固井質(zhì)量評(píng)價(jià)主要是對(duì)水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的檢查，即檢查套管與水泥環(huán)（第一界面）、水泥環(huán)與地層（第二界面）的膠結(jié)情況。為能更好的檢測(cè)水泥膠結(jié)完后的質(zhì)量情況，需要分析測(cè)井儀器對(duì)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)的差異。

【關(guān)鍵詞】固井質(zhì)量；質(zhì)量分析；測(cè)井精度

1.測(cè)井技術(shù)概述

1.1水泥膠結(jié)測(cè)井（CBL）

水泥膠結(jié)測(cè)井是聲幅測(cè)井的一種，聲幅測(cè)井儀采用一發(fā)三收系，換能器頻率按相似比原則升高，通過(guò)測(cè)量套管的滑行波（又叫套管波）的幅度衰減，來(lái)探測(cè)管外水泥的固結(jié)情況。CBL下井儀器常用源距為3英尺（1m）和5英尺（1.5m）。發(fā)射換能器T發(fā)出聲波，其中以臨界角人射的聲波在泥漿和套管的界面上折射產(chǎn)生，沿這個(gè)界面在套管中傳播的滑行波，套管波又以臨界角的角度折射進(jìn)人井內(nèi)泥漿到達(dá)接收換能器R被接收。儀器測(cè)量記錄套管波的第一正峰的幅度值，即得到CBL曲線(xiàn)值。這個(gè)幅度值的大小除了決定于套管與水泥膠結(jié)程度外，還受套管尺寸、水泥環(huán)強(qiáng)度和厚度以及儀器居中情況的影響。

1.2聲波變密度測(cè)井（VDL ）

聲波變密度測(cè)井也是一種測(cè)量固井質(zhì)量的聲波測(cè)井方法，它能反映水泥環(huán)的第一界面和第二界面的膠結(jié)情況。變密度測(cè)井的聲系由一個(gè)發(fā)射換能器和一個(gè)接收換能器組成，源距一般為1.5m，聲系通常附加另一個(gè)源距為1m的接收換能器，以便同時(shí)記錄一條水泥膠結(jié)測(cè)井曲線(xiàn)。套管井中聲波的傳播及其與膠結(jié)情況的密切關(guān)系.在套管井中，從發(fā)射換能器T到接收換能器R的聲波信號(hào)有四個(gè)傳播途徑，沿套管、水泥環(huán)、地層以及直接通過(guò)泥漿傳播。通過(guò)泥漿直接傳播的直達(dá)波最晚到達(dá)接收換能器，最早到達(dá)接收換能器的一般是沿套管傳播的套管波，水泥對(duì)聲能衰減大、聲波不易沿水泥環(huán)傳播，所以水泥環(huán)波很弱可以忽略。當(dāng)水泥環(huán)的第一、第二界面膠結(jié)良好時(shí)，通過(guò)地層返回接收換能器的地層波較強(qiáng)。若地層速度小于套管速度，地層波在套管波之后到達(dá)接收換能器，這就是說(shuō)，到達(dá)接收換能器的聲波信號(hào)次序首先是套管波，其次是地層波，最后是泥漿波。聲波變密度測(cè)井就是依時(shí)間的先后次序，將這三種波全部記錄的一種測(cè)井方法，記錄的是全波列。該方法與水泥膠結(jié)測(cè)井組合在一起，可以較為準(zhǔn)確地判斷水泥膠結(jié)的情況。

套管波與地層波的幅度有一定的規(guī)律：（1）自由套管（套管外無(wú)水泥）和第一、第二界面均未膠結(jié)的情況下，大部分聲能將通過(guò)套管傳到接收換能器而很少耦合到地層中去，所以套管波很強(qiáng)，地層波很弱或完全沒(méi)有。（2）有良好的水泥環(huán)，且第一、第二界面均膠結(jié)良好的情況下，聲波能量很容易傳到地層中去。這樣套管波很弱，地層波很強(qiáng)。 （3）水泥與套管膠結(jié)好與地層膠結(jié)不好（即第一界面膠結(jié)好，第二界面膠結(jié)不好）的情況下，聲波能量大部分傳至水泥環(huán)，套管中剩余能量很小，傳到水泥環(huán)的聲波能量由于與地層耦合不好，傳人地層的聲波能量是很微小的，大部分在水泥環(huán)中衰減，因此造成套管波、地層波均很弱。

聲波變密度側(cè)井需要通過(guò)一定的方式進(jìn)行的記錄。黑色相線(xiàn)表示聲波信號(hào)的正半周，其顏色的深淺表示幅度的大小，聲信號(hào)幅度大則顏色深，相線(xiàn)間的空白為聲信號(hào)的負(fù)半周。

1.3扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井（SBT ）

扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井SBT是目前檢查固井質(zhì)量及管外竄槽的最新最有效的測(cè)井儀器之一。該儀器從縱向和橫向（沿套管圓周）2個(gè)方向測(cè)量水泥的膠結(jié)質(zhì)量。其測(cè)量系統(tǒng)分區(qū)扇形覆蓋整個(gè)井眼，以一種纏繞方式對(duì)水泥膠結(jié)整體進(jìn)行定量測(cè)量。該儀器設(shè)計(jì)的短源距使補(bǔ)償衰減測(cè)量結(jié)果基本上不受地層的影響，并能用于各種流體的井內(nèi)，包括重泥漿和含氣井液。只要保持滑板與套管內(nèi)壁接觸，一般的偏心不影響測(cè)量結(jié)果。分扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀采用兩組一發(fā)三收聲系，分別固定在不同方向上，評(píng)價(jià)兩個(gè)不同方向上的水泥固井質(zhì)量，SBT儀器用推靠臂把六個(gè)測(cè)量極板推靠到套管內(nèi)壁上去。相鄰四個(gè)極板構(gòu)成螺旋狀雙發(fā)雙收聲衰減率測(cè)量系統(tǒng)，把管外環(huán)形空間六等分，分別考察水泥膠結(jié)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的高分辨率3600全方位覆蓋。在每個(gè)測(cè)量極板上具有一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭，通過(guò)6個(gè)極板上的收發(fā)探頭的組合，可以形成每隔60度扇區(qū)的6個(gè)雙發(fā)雙收聲波測(cè)井系列。

2.測(cè)井精度影響因素分析

2.1儀器刻度所產(chǎn)生的影響

儀器下井時(shí)在自由套管段進(jìn)行自由套管刻度，刻度時(shí)，需選擇與目的層段套管內(nèi)徑相同的自由套管進(jìn)行刻度。分別取得首波開(kāi)門(mén)時(shí)間、門(mén)寬、首波幅度值等。因?yàn)槭撞暦且粋€(gè)相對(duì)自由套管的數(shù)值，所以刻度的結(jié)果影響聲幅相對(duì)值的大小，影響最終的解釋結(jié)論。

2.2儀器偏心所產(chǎn)生的影響

儀器的偏心主要影響聲幅值。當(dāng)儀器偏心后，各方向的套管波到達(dá)接收探頭的時(shí)間不同，因而要比儀器居中時(shí)測(cè)量的聲波幅度小，而且儀器偏心后，儀器與套管壁發(fā)生碰撞，此時(shí)的開(kāi)門(mén)時(shí)間上的聲幅大小并不是首波幅度，這樣會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)井質(zhì)量。

2.3水泥候凝時(shí)間所產(chǎn)生的影響

水泥環(huán)界面膠結(jié)程度的變化規(guī)律如下：（1）一界面膠結(jié)強(qiáng)度隨候凝時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)；（2）二界面膠結(jié)程度開(kāi)始隨著時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，大約48小時(shí)以后，有減小的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，在固井結(jié)束以后，太短時(shí)間內(nèi)測(cè)井，水泥膠結(jié)尚未完成，時(shí)間太長(zhǎng)，二膠結(jié)面會(huì)變差，因此，最佳測(cè)井時(shí)間應(yīng)在48小時(shí)到72小時(shí)之間。

2.4快地層所產(chǎn)生的影響

快地層是指巖性致密、傳播聲波速度快的地層。在一、二界面都膠結(jié)好的情況下，套管波幅度很小，由于快地層的地層波傳播速度很快，發(fā)射波穿過(guò)套管與水泥，通過(guò)地層并且在聲幅開(kāi)門(mén)時(shí)間到達(dá)。由于聲幅門(mén)內(nèi)測(cè)到了地層波的信號(hào)，因此幅值較高。這種情況，用常規(guī)測(cè)井解釋方法，聲幅測(cè)井將得到錯(cuò)誤的解釋?zhuān)谧兠芏葓D上和自然伽馬圖上可以分辨出快地層。

2.5微間隙所產(chǎn)生的影響

由于固井水泥在膠結(jié)過(guò)程中有一個(gè)體積膨脹到收縮的過(guò)程，以至固結(jié)后的水泥環(huán)與地層或套管之間形成一個(gè)有水的微小間隙，即微環(huán)空。實(shí)踐證明，微環(huán)空間隙不會(huì)大于0.1mm，因此微環(huán)空間隙不會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生連通性，但是CBL/VDL測(cè)井時(shí)，由于波的傳播方向與界面平行，微環(huán)空的存在會(huì)使水泥環(huán)與套管、地層的聲耦合明顯變差，從而降低了儀器反映水泥固結(jié)質(zhì)量的靈敏度。具體表現(xiàn)在膠結(jié)好的層段，聲幅測(cè)井幅值偏大，變密度圖上地層波不連續(xù)。尤其在老井中復(fù)查固井質(zhì)量時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)原先膠結(jié)好的層段，卻看不到明顯的地層波。究其原因就是時(shí)間太久，形成微環(huán)空引起的。通常經(jīng)過(guò)加壓，微環(huán)空影響會(huì)減小。所以一般新井固井以后要盡量選擇在試壓以前進(jìn)行測(cè)井。因?yàn)樵诠叹院缶驮噳?，也?huì)在套管和水泥環(huán)之間產(chǎn)生微間隙，從而影響固井質(zhì)量。

以上5個(gè)方面是影響CBL/VDL測(cè)井的主要因素，由分析可見(jiàn)，它們產(chǎn)生的原因及其影響結(jié)果各不相同。所以，對(duì)于儀器操作者，選擇合適的測(cè)井時(shí)間并正確地刻度是測(cè)井成功的關(guān)鍵。測(cè)井解釋人員要結(jié)合地質(zhì)情況及井身結(jié)構(gòu)，并考慮聲幅、自然伽瑪、變密度、傳播時(shí)間曲線(xiàn)等因素的影響，這樣才能做出準(zhǔn)確的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)。

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