勝利油田固井質(zhì)量評價測井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢*

惠 偉，戴榮東，郝金克，肖建洪，王 健，王 鍇

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 山東 東營 257000)

0 引 言

勝利油田新鉆井主要采取套管固井、篩管以及裸眼三種完井方式，其中需要套管固井的井?dāng)?shù)占97%，套管固井質(zhì)量直接影響了油氣生產(chǎn)及壽命。固井質(zhì)量評價測井可獲得固井水泥與套管、水泥與地層間的膠結(jié)狀況，判斷層間竄通，可指導(dǎo)竄通層的補(bǔ)擠水泥工藝、為下步試油試采及采油工藝優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。十二五以來，油田新鉆井固井質(zhì)量評價合格率為100%。但在生產(chǎn)過程中，固井質(zhì)量評價合格的部分井，存在竄層等現(xiàn)象。目前油田主要采用聲波變密度(CBL/VDL)測井進(jìn)行固井質(zhì)量評價，第一界面定量評價，二界面定性評價，還不能完全滿足油田精細(xì)開發(fā)需求。

1 固井現(xiàn)狀

勝利油田開發(fā)井占比大，井身結(jié)構(gòu)以長裸眼二開結(jié)構(gòu)為主，少部分為三開及以上井和老井套管側(cè)鉆井，如圖1所示，技套固井施工少，固井工藝以單級和尾管固井為主， 篩管頂部注水泥固井較多。

圖1 勝利油田2017年各開次施工情況

勝利油田固井工藝技術(shù)不斷完善和提高，在常規(guī)水泥漿體系之上發(fā)展出5類水泥漿體系：低密度水泥漿體系、韌塑性水泥漿體系、功能性修復(fù)水泥漿體系、整體固化工作液、抗腐蝕水泥漿體系。其中低密度水泥漿技術(shù)在提高油田水泥漿返高、固井保護(hù)套管、防漏發(fā)揮了重要作用。“十一五”以來油田進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用，保障了勘探開發(fā)效益，獲得了較好的應(yīng)用效果。2016年共進(jìn)行固井評價測井中，合格井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的71.79%，不合格井占總井?dāng)?shù)的1.57%，2017年上半年固井評價測井宗，合格井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的71.79%，不合格井占總井?dāng)?shù)的0.58%。對比近兩年固井質(zhì)量情況，不合格率明顯下降，固井質(zhì)量得到了提高，如圖2所示。

圖2 勝利油田2016年～2017年(上)固井情況

2 固井質(zhì)量評價測井現(xiàn)狀

利用固井質(zhì)量評價測井儀器可將地下水泥漿與套管、地層之間的膠結(jié)狀況轉(zhuǎn)換為信號，經(jīng)過計算機(jī)處理獲取相關(guān)的信息，有效快捷的評價固井質(zhì)量。20世紀(jì)50年代，采用井溫測井曲線來評價固井膠結(jié)質(zhì)量；60年代發(fā)展了聲波幅度測井(CBL)；90年代，聲波變密度測井儀器(CBL/VDL)發(fā)展成熟，并在國內(nèi)各油田進(jìn)行了推廣[1～3]。近年來，為提高固井質(zhì)量檢測水平，有效評價固井膠結(jié)質(zhì)量，國際上多家公司在致力于固井質(zhì)量評價儀器的改進(jìn)與研發(fā)工作。如阿特拉斯公司和康普樂公司開發(fā)了扇區(qū)水泥膠結(jié)測井評價技術(shù)，俄羅斯發(fā)展了集成聲波測井與水泥密度測井的MAK-Ⅱ固井評價技術(shù)，斯倫貝謝公司開發(fā)了通過聲阻抗和撓曲波衰減成像技術(shù)評價一、二界面固井膠結(jié)質(zhì)量的套后成像技術(shù)。這些儀器探測范圍更大，圖像信息更直觀清晰，固井質(zhì)量評價精度和準(zhǔn)確性上有了較好的發(fā)展?，F(xiàn)階段勝利油田主要應(yīng)用聲波變密度測井儀器(CBL/VDL)進(jìn)行固井質(zhì)量評價，重點(diǎn)井應(yīng)用扇區(qū)水泥膠結(jié)測井(SBT)進(jìn)行評價，見表1。

表1 勝利油田固井測井情況表

2.1 聲波變密度測井原理

聲波幅度測井儀通常采用單發(fā)單收聲系結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)射探頭以固有頻率(一般為20 kHz)發(fā)射聲脈沖時，其中以臨界角入射的聲波在套管內(nèi)產(chǎn)生“滑行波”叫套管波，折回泥漿的套管波首先到達(dá)接收器，所記錄的就是套管波的幅度。測井時井內(nèi)的介質(zhì)是均勻的，聲能在井內(nèi)的損耗可以認(rèn)為是一常數(shù)不會引起曲線變化，故聲幅曲線數(shù)值的變化主要取決于管外水泥的分布。

為了防止井壁垮塌和封固油氣水層，需把套管和井壁之間的環(huán)型空間用水泥封閉，以防止?jié)B透層之間竄通。當(dāng)水泥環(huán)與套管間膠結(jié)不好時，聲能量大部分沿套管傳播而透射到地層中的能量很小，因此所測聲波幅度信號很強(qiáng)；反之，當(dāng)套管與水泥環(huán)間膠結(jié)良好時，聲能量極易透射到地層中去，所測聲波幅度微弱。因而，根據(jù)反射波能量強(qiáng)弱即聲波幅度值，可判定套管與水泥環(huán)之間(即第一界面)膠結(jié)狀況的好壞。

變密度測井使用單發(fā)雙收的聲系，當(dāng)發(fā)射器以固有(20 kHz)頻率發(fā)射聲脈沖時，3 ft(1 ft=304.8 mm)的接收器記錄沿套管滑行的首波幅度，5 ft的接收器接收一個時間軸上從200～1 200(或1 400)μs這一組約12～14個聲脈沖信號，測井系統(tǒng)把其正半周的幅度轉(zhuǎn)變成正比的灰度信號，那么連續(xù)測量就可以記錄到整條變密度曲線，根據(jù)地層波的強(qiáng)弱，進(jìn)行二界面膠結(jié)質(zhì)量的評價。

當(dāng)井下儀器工作時，聲波信號可以沿4個途徑傳播：1)通過泥漿；2)通過套管；3)通過水泥環(huán)；4)通過地層。測井時接收記錄的就是從以上4個傳播路徑到達(dá)接收器的聲波全波列的幅度和到達(dá)時間。測井主要關(guān)注的是2)、4)的信息—判斷確定第一、第二界面膠結(jié)狀況[4-6]。

2.2 聲波變密度測井解釋評價

2.2.1 一界面評價

利用聲波變密度測井獲得的聲幅曲線可評價一界面固井質(zhì)量，一般采用相對幅度法或膠結(jié)比法來定量評價水泥與套管膠結(jié)質(zhì)量。

1)CBL相對幅度法

對于聲幅測井資料，一般采用相對幅度法評價第一膠結(jié)面的固井質(zhì)量，相對幅度U定義為：

(1)

式中,CBL為計算點(diǎn)的聲波幅度值；CBLP為自由套管段的聲波幅度值。

該方法可以更方便的進(jìn)行固井質(zhì)量評價，但沒有考慮到套管壁厚及水泥抗壓強(qiáng)度等因素的影響，評價固井質(zhì)量的偏差較大。

2)水泥膠結(jié)比(BR)法

(2)

式中，BR為膠結(jié)比；CBL為計算點(diǎn)的聲幅值，%或mV；CBLP為自由段套管聲幅值，%或mV；CBLmin為當(dāng)次固井水泥膠結(jié)最好井段的聲幅值，%或mV。

利用水泥膠結(jié)比法評價可消除套管的影響，在常規(guī)密度水泥和低密度水泥條件下均可用該方法進(jìn)行評價，可在薄水泥環(huán)或低密度水泥條件下優(yōu)先選用。

2.2.2 二界面評價

變密度測井根據(jù)地層波的強(qiáng)弱，進(jìn)行二界面膠結(jié)質(zhì)量的評價，為定性解釋。分別為一、二界面膠結(jié)差；一界面膠結(jié)好、二界面膠結(jié)差；一、二界面膠結(jié)都好；一界面膠結(jié)差、二界面膠結(jié)好，如圖3所示。

現(xiàn)階段二界面主要是利用聲波變密度圖像進(jìn)行“相面法”進(jìn)行評價，鑒于二界面影響因素比一界面更復(fù)雜，變密度圖像信息量比反應(yīng)一界面的聲波幅度曲線數(shù)據(jù)量大，干擾因素多，現(xiàn)只能定性解釋。既受到水泥密度、套管偏心、水泥候凝時間等對固井質(zhì)量的影響。也受到與固井水泥膠結(jié)質(zhì)量無關(guān)的(地層巖性、儀器偏心、套管等)干擾因素對水泥膠結(jié)測井的影響,其結(jié)果是固井評價結(jié)果準(zhǔn)確性有一定的偏差。

圖3 聲波變密度測井二界面評價圖形事例

3 固井質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

在油田的實(shí)際生產(chǎn)中對固井質(zhì)量總的要求是，達(dá)到勘探開發(fā)目的及鉆井工程要求，能經(jīng)受合理的鉆井、射孔、酸化壓裂作業(yè)考驗(yàn)，滿足正常條件下的采油采氣作業(yè)、注水作業(yè)需要，且要求油氣井具有正常壽命。用以下三個方面標(biāo)準(zhǔn)對固井質(zhì)量進(jìn)行評定：水泥返高和人工井底標(biāo)準(zhǔn)；固井水泥環(huán)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；套管柱試壓標(biāo)準(zhǔn)。

勝利油田現(xiàn)行固井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)首次定量給出了第一、二界面水泥環(huán)膠結(jié)合格、優(yōu)質(zhì)的封隔標(biāo)準(zhǔn)；分井段給出了不同的封隔要求。固井質(zhì)量評價測井解釋標(biāo)準(zhǔn)與行標(biāo)一致，一界面定量評價，二界面定性評價。

4 固井質(zhì)量評價測井需求

目前國內(nèi)外針對第一界面評價研究的成果較多，固井質(zhì)量可以進(jìn)行定量評價。而第二界面研究相對滯后，固井質(zhì)量二界面評價仍處于人為定性解釋階段，未能實(shí)現(xiàn)定量評價，由于受多種因素影響，測井資料易出現(xiàn)多解，常造成對固井質(zhì)量的誤判、錯判，一定程度上掩蓋了固井存在的問題。例如某采油廠X井射孔井段2 575.1～2 580.2 m，因二界面膠結(jié)不好，上部水層水竄，投產(chǎn)含水100%；擠水泥二次固井后日產(chǎn)油10.4 m3，含水44.2%，如圖4所示。

為保證勝利東部老油田細(xì)分層系開發(fā)質(zhì)量，提高固井施工質(zhì)量，加強(qiáng)固井綜合評價精度，減少人為因素的影響，有必要對聲波變密度信息進(jìn)行研究，通過該項技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)固井質(zhì)量的定量評價，從而準(zhǔn)確評價固井質(zhì)量，為投產(chǎn)措施提供可信度高的決策依據(jù)。

圖4 X井固井質(zhì)量評價成果及生產(chǎn)情況示意圖

5 結(jié)論及建議

1)現(xiàn)階段聲波變密度測井是勝利油田固井質(zhì)量評價測井的主力軍，并在今后一段時期內(nèi)繼續(xù)占據(jù)油田固井質(zhì)量評價測井的絕對地位，應(yīng)大力開展聲波變密度測井信息的相關(guān)研究。

2)一界面CBL相對幅度法和水泥膠結(jié)比(BR)法均是建立在聲幅測井曲線基礎(chǔ)上，參考變密度圖形進(jìn)行評價，結(jié)論有一定的偏差。應(yīng)在開展定量評價基礎(chǔ)上，結(jié)合聲幅測井曲線與變密度提取的套管波能量幅度進(jìn)行綜合評價，以獲得更準(zhǔn)確的評價結(jié)果。

3)二界面定量評價研究應(yīng)在充分分析裸眼聲波、地層巖性、儲層物性與聲波變密度信息的相關(guān)性的基礎(chǔ)上，獲得能準(zhǔn)確反應(yīng)二界面膠結(jié)質(zhì)量的定量信息，最終準(zhǔn)確評價二界面。