水泥膠結(jié)評價測井儀對比及其在固井質(zhì)量評價中的應(yīng)用

梁 皓，翟曉鵬，齊健康，柳耀泉 ，申君寶

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，巖石力學(xué)研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

水泥膠結(jié)評價測井儀對比及其在固井質(zhì)量評價中的應(yīng)用

梁 皓1，翟曉鵬1，齊健康2，柳耀泉3，申君寶4

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，巖石力學(xué)研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

目前，常用的測井技術(shù)手段有：水泥膠結(jié)測井(CBL)和新興的水泥膠結(jié)評價測井(CET)。本文主要論述了CET在評價固井質(zhì)量時，不僅克服了CBL常見的受微間隙和偏心影響，提高了對局部竄槽的測量靈敏度，還利用自身可從方位上識別水泥膠結(jié)狀況、探頭可拆卸更換、多層高度測量等優(yōu)點，在固井質(zhì)量評價中有更為廣泛的應(yīng)用。

測井技術(shù)手段;水泥膠結(jié)評價測井儀(CET);固井質(zhì)量評價

固井工程是鉆完井工程中一個極為重要的環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油氣井壽命和采油氣作業(yè)效果，而固井質(zhì)量評價則是正確使用油井和采取措施保護(hù)油井的關(guān)鍵[1]。固井質(zhì)量評價主要是利用聲波測井的方法，對水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行檢測，即檢測套管與水泥環(huán)(第一界面)、水泥環(huán)與地層(第二界面)的膠結(jié)情況[2]。在過去的幾十年中，CBL是使用最多的測井手段，但是由于其受微環(huán)隙、偏心等因素的影響較大，近幾年新興的CET克服了CBL這些缺點，遂逐漸取代CBL成為最實用的測井手段。

1 固井質(zhì)量測井評價方法介紹

1.1 水泥膠結(jié)測井(CBL)

CBL測井使用單發(fā)單收聲系采集水泥膠結(jié)信息，通過接收套管波首波來評定膠結(jié)情況。采用套管首波判斷第一界面的膠結(jié)情況比較可靠，但是不能識別第一界面微環(huán)隙和評價第二界面的膠結(jié)情況。固井第一界面微環(huán)隙是指套管與水泥環(huán)之間極小的充滿流體的環(huán)形間隙，其厚度一般為0.01mm～0.1mm左右[3]。在聲波測井中，微環(huán)井段與竄槽井段的曲線特征相似，均表現(xiàn)為膠結(jié)不好，難以區(qū)分。然而微環(huán)隙既不影響液封，也不影響固井質(zhì)量，而竄槽恰恰相反。因此，微環(huán)隙有可能會導(dǎo)致CBL 的解釋錯誤。

CBL的測量結(jié)果是沿套管周邊的平均值，這種類型的測量使得它很難區(qū)分以下兩種情況，即圍繞套管低抗壓強度的水泥和套管周圍水泥膠結(jié)好但周長中有一小區(qū)塊水泥隔離差的情況，并且這種測量類型也不能識別套管外低角度的水泥缺失，這使得CBL出現(xiàn)多解的可能性。同時，它還受到測井時間、水泥環(huán)厚度、水泥漿密度、泥漿氣侵、微環(huán)隙及儀器偏心等因素的影響。

1.2 水泥膠結(jié)評價測井(CET)

21世紀(jì)80年代之后迅速發(fā)展的水泥膠結(jié)評價測井儀(CET)是一種高頻超聲波儀器，采用的是超聲脈沖回聲方法。它共含8個換能器，按照雙螺旋線的形式排列，并依次向井壁發(fā)射超聲脈沖，使得套管產(chǎn)生厚度型諧振。此時，膠結(jié)好的水泥使諧振減弱，而膠結(jié)不好的水泥使諧振增強。采用這種方法時，由于波的運動是垂直于套管壁的，因此消除了CBL對微環(huán)隙敏感的弱點，而且環(huán)周分辨率也得到很大的提高。經(jīng)過實驗已知油井水泥的聲阻抗和抗壓強度之間的經(jīng)驗關(guān)系，因此，水泥膠結(jié)評價曲線可直接刻度為抗壓強度。每個換能器互成180°的排列方式，使得CET能夠顯示出環(huán)繞套管一周的水泥膠結(jié)分布情況[4]，提高了對局部串槽的測量靈敏度。CET測井儀結(jié)構(gòu)見圖1，CET實驗現(xiàn)場使用圖見圖2。

圖1 CET測井儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 CET實驗現(xiàn)場使用圖

2 水泥膠結(jié)評價測井(CET)在固井質(zhì)量評價中的應(yīng)用

2.1 實驗過程

實驗時，先以一定的沙泥比制作人造環(huán)形巖芯[5]，使用CET的空氣探頭在空氣中測井，采錄數(shù)據(jù)A。將巖芯放入泥餅循環(huán)釜中進(jìn)行泥餅缺陷實驗，再次使用CET的空氣探頭進(jìn)行測井，采錄數(shù)據(jù)B。測井結(jié)束之后，進(jìn)行固井。模擬井身制作完成，包含套管-水泥環(huán)(第一界面)模型和水泥環(huán)-地層(第二界面)模型。待固井水泥候凝24小時后，將模擬井身放入密封釜中，使用CET液體探頭對第一界面(第二界面)進(jìn)行水中測井，采錄數(shù)據(jù)C(D)。在密封釜中水力對第一界面(第二界面)加壓，測得水力突破壓力。打壓結(jié)束后對第一界面(第二界面)測井，記錄相對聲幅值E(F)[6]。

2.2 實驗討論

實驗中使用的CET探頭可拆卸，測量泥餅厚度時使用的是空氣探頭，這使得CET的應(yīng)用范圍比CBL更廣泛。利用CET測井可得到模擬井身不同高度上的泥餅分布情況，某一高度上的泥餅厚度為測井?dāng)?shù)據(jù)A中同一高度上的數(shù)據(jù)減去測井?dāng)?shù)據(jù)B中同一高度上的數(shù)據(jù)。圖3為某一特定鉆壓、鉆速下的缺陷泥餅實圖，圖4為CET測井后顯示的缺陷泥餅厚度圖。

圖3 實驗中泥餅實圖

圖4 缺陷泥餅厚度

將形成泥餅缺陷的巖芯固井后在水中測井，得到泥餅厚度與聲幅值關(guān)系圖如下圖5、6，可知形成泥餅越厚，相對聲幅值越高，水泥膠結(jié)越差。

圖5 泥餅厚度圖

圖6 膠結(jié)情況圖

受第一界面聲波波幅的影響，第二界面聲幅值變得微弱，《固井質(zhì)量評價方法》沒有給出第二界面定性和定量的評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，使用CET水中測井，研究第二界面膠結(jié)強度與聲幅值的數(shù)學(xué)關(guān)系，可彌補《固井質(zhì)量評價方法》的空白[7]。

相比較CBL而言，CET除了能測出對第一界面(第二界面)打壓前后水泥膠結(jié)情況的變化外，還可以利用自身能夠顯示出環(huán)繞套管一周的水泥膠結(jié)分布情況及多層探頭高度的優(yōu)勢，測出井中隨高度、方位角變化時水泥膠結(jié)狀況好壞的分布，以其中一組實驗中第一界面打壓之后的數(shù)據(jù)為例，可得到下圖7：

圖7 實驗中密封失效后聲幅值、巖芯高度、角度關(guān)系

在關(guān)系圖中，不僅可以清晰的看到水力作用時的水流通道，還可以看到不同井身高度時的膠結(jié)狀況。通過實驗數(shù)據(jù)反映出的不同高度上的膠結(jié)好壞，可得到有效封隔長度。研究有效封隔長度與水力突破壓力的關(guān)系是評價固井質(zhì)量的新方法，因此利用CET快捷有效的得到第一界面有效封隔長度是固井質(zhì)量評價的新突破。

3 結(jié)論

(1)CBL通過接收套管波首波來評定膠結(jié)情況，這種判定方法使得對固井質(zhì)量的整體評價較為可靠。CET依靠較高的環(huán)周分辨率、自身多層高度探頭、能從方位上識別水泥膠結(jié)狀況的優(yōu)點，提高了對局部串槽的測量靈敏度。并且，針對空氣測井、液體測井可進(jìn)行探頭切換，擴大了測井儀器在評價固井質(zhì)量時的應(yīng)用范圍。

(2)在泥餅缺陷實驗中，鉆井液循環(huán)前后，分別使用CET空氣探頭測井，利用兩次數(shù)據(jù)之差，可得到泥餅厚度。使用CET對打壓后的第一界面進(jìn)行測井，可清晰的看到井身內(nèi)不同高度、方位上的膠結(jié)情況分布，根據(jù)膠結(jié)情況可得到有效封隔長度。

[1] 張向林，劉新茹.水泥膠結(jié)評價測井技術(shù)[J].國外測井技術(shù)，2007，22(6)：7-12.

[2] 朱江林，許明標(biāo)，趙碌芳.固井質(zhì)量評價常用的測井方法[J]. 國外測井技術(shù)，2007，22(5)：45-48.

[3] 謝榮華，巢華慶，劉繼生，等.油水井固井質(zhì)量綜合解釋方法及應(yīng)用[J].測井技術(shù)，2003,27(4)：295-297.

[4] 霍樹義，朱留芳，劉呈冰.水泥膠結(jié)評價測井儀的應(yīng)用[J].石油儀器，1992(S1)：1-5.

[5] 熊 鈺，朱英斌， 周文勝， 等，渤海地區(qū)疏松砂巖巖樣制備方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015,11(15)：178-182.

[6] 姚 曉，周 兵，李美平，等.套管試壓對水泥環(huán)密封性的影響[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 )，2009，24(3)：31-34.

[7] 石油鉆井專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.SY /T 6592- 2004，固井質(zhì)量評價方法[S].出版社不祥.2004.

(本文文獻(xiàn)格式：梁 皓，翟曉鵬，齊健康，等.水泥膠結(jié)評價測井儀對比及其在固井質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45(04)：85-87.)

Comparison of Cement Bond Evaluation Logging Tool and Its Application in Cementing Quality Evaluation

Liang Hao1，Zhai Xiao Peng1，Liu Yao Quan2，Shen Jun Bao3

(1. College of Petroleum Engineering，Yangtze University, Laboratory of Rock mechanics, Wuhan Hubei 430100, China；2.Hebei Jinduo detection technology Co. Limited，Shijiazhuang 050000，China；3. The third drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China;4. The first drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China)

Nowadays，Cement Bond Log (CBL) and Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET) are the most common logging tools. This thesis mainly discusses that microgap and eccentricity have no influence on CET. And this advantage makes CET have more sensitive than CBL in terms of measuring local channeling. CET has many other advantages in primary cement evaluation, such as all angle measurement, replacement of the probe and full height measurement. CET has a wide range of application in primary cement evaluation with all of its advantages.

logging tools; Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET);primary cement evaluation

2016-01-17

梁 皓(1990—)，女，河北辛集人，碩士研究生在讀，巖石力學(xué)與石油工程方向。

P631.83

A

1008-021X(2016)04-0085-03