川渝區(qū)塊頁巖氣井固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法應(yīng)用現(xiàn)狀

田 進(jìn)，許明標(biāo)，鮮若琨，王 越，胡 順

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心<長(zhǎng)江大學(xué)>，湖北武漢430100；3.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州434000）

1 概述

在頁巖氣工業(yè)技術(shù)的不斷推進(jìn)下，川渝區(qū)塊頁巖氣勘探工作的重心已逐漸向更深層的頁巖氣儲(chǔ)層邁進(jìn)，同時(shí)也將對(duì)現(xiàn)有的鉆完井技術(shù)提出更加系統(tǒng)全面的優(yōu)化要求，而其中提高深層頁巖氣井的固井質(zhì)量，必然是工作的重中之重[1]。

2 固井質(zhì)量評(píng)價(jià)初級(jí)階段

2.1 聲幅—變密度測(cè)井（CBL/VDL）

聲幅—變密度測(cè)井基本原理是聲波測(cè)井儀器發(fā)射出去的聲波，在經(jīng)過套管、水泥以及地層之后，一部分能量衰減掉了，接收器接收到的套管波與地層波的能量小于發(fā)射時(shí)的聲波能量，而套管波與地層波的清晰程度或強(qiáng)弱程度就依賴于接收器接收到的套管波與地層波的能量。聲波在套管、水泥與地層中傳播時(shí)能量衰減的越多，套管波就越弱或看不到顯示，地層波就越清晰；反之傳播過程中能量衰減的越少，則套管波越強(qiáng)，地層波越不清晰甚至看不到顯示[2]。

2.2 CBL/VDL評(píng)價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)

聲幅—變密度測(cè)井直觀記錄了井內(nèi)各種聲波波列信息，這些波列的聲源強(qiáng)度、傳輸時(shí)間、標(biāo)記點(diǎn)間距、接收到的聲波強(qiáng)度都與水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量密切相關(guān)，因此分析CBL/VDL測(cè)井資料，可以較好地評(píng)價(jià)第一、第二界面的水泥膠結(jié)情況。變密度測(cè)井較為有效地彌補(bǔ)了單聲幅測(cè)井的不足。通過全波列測(cè)井圖（VDL）的分析，能很好地解釋第二界面的膠結(jié)信息。它與CBL測(cè)井配對(duì)使用，可提供兩個(gè)界面膠結(jié)資料的信息。這樣可以更加準(zhǔn)確地了解第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量，辨別竄槽，從而更加有利于合理設(shè)計(jì)和分析射孔試氣結(jié)論等[3]。

3 固井質(zhì)量評(píng)級(jí)中級(jí)階段

壓力測(cè)試、地層連通性測(cè)試、CBL/VDL技術(shù)落后，只能判別固井質(zhì)量的好壞，不能判斷水泥環(huán)裂縫的位置和大小，所以現(xiàn)在油田大都引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)儀器。例如早期俄羅斯的聲波伽馬密度測(cè)井、MAK-II和СГДТ-НВ固井質(zhì)量綜合檢測(cè)技術(shù)。斯倫貝謝公司的套后成像技術(shù)開始應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各油田，它可以更為精細(xì)解釋水泥環(huán)封固質(zhì)量，分析水泥環(huán)內(nèi)部是否存在竄槽或微裂隙，是目前川渝區(qū)塊頁巖氣井使用最多的固井解釋方法。

3.1 分扇區(qū)膠結(jié)測(cè)井（SBT）

SBT 由六個(gè)推臂組成，每條推臂上配置有聲波發(fā)射器和聲波接收器，兩者間距為1.5m。在下放SBT測(cè)井儀器時(shí)，推臂將兩個(gè)換能器推靠至套管內(nèi)壁，進(jìn)行測(cè)井作業(yè)，如圖1 所示。六條推臂將井筒等分為六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)配置有雙發(fā)雙收補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)，這種補(bǔ)償系統(tǒng)減少了換能器的震動(dòng)對(duì)測(cè)井結(jié)果的不利影響。并且SBT 測(cè)井儀器被緊靠套管內(nèi)壁，所以套管的居中度對(duì)儀器的測(cè)量結(jié)果基本無影響[4]。

圖1 SBT儀器結(jié)構(gòu)圖

SBT系統(tǒng)均勻分布在整個(gè)井眼內(nèi)側(cè)評(píng)價(jià)水泥與套管以及地層間的膠結(jié)質(zhì)量，與標(biāo)準(zhǔn)的CBL 測(cè)井工具類似，接收器測(cè)量從套管返回的超聲波振幅，并利用相鄰兩條推臂上的不同聲波發(fā)射器和聲波接收器進(jìn)行組合補(bǔ)償測(cè)量。聲波在主推臂上與兩條補(bǔ)償推臂上傳播存在能量損失，損失的能量對(duì)應(yīng)SBT解釋成果圖中的衰減比率，如圖2所示，SBT圖可直觀顯示固井第一界面的膠結(jié)狀況，固井第二界面膠結(jié)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法與CBL/VDL相同。

圖2 SBT解釋成果圖

3.2 聲波伽馬密度測(cè)井

伽馬密度測(cè)井儀由伽馬銫137發(fā)生源、套管壁厚探測(cè)器、水泥環(huán)密度探測(cè)器，8 個(gè)不同方位均勻排列的探頭以及自然伽馬探測(cè)器組成，見圖3。利用伽馬測(cè)井可以獲得8條水泥密度計(jì)數(shù)曲線和套管壁厚曲線、儀器底邊相對(duì)方位。提取曲線中的充填介質(zhì)平均密度和套管壁厚，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料進(jìn)行建模，再代入邊界條件進(jìn)行求解就可以計(jì)算水泥環(huán)的理論充填密度、套管厚度和套管偏心率等參數(shù)。對(duì)環(huán)空充填介質(zhì)密度曲線選擇完全膠結(jié)井段數(shù)值為最大值，選擇自由套管段作為最小值，代入理論模型計(jì)算得到水泥漿密度充填率，從而判斷水泥石與套管和巖層膠結(jié)是否有接觸型缺陷和體積型缺陷狀況，綜合評(píng)價(jià)水泥膠結(jié)質(zhì)量好壞。

聲波伽馬密度測(cè)井是一種比較先進(jìn)的測(cè)井技術(shù)手段，可以精確測(cè)定套管偏心率、水泥環(huán)厚度、水泥漿液面返高、水泥環(huán)密度等原始數(shù)據(jù)，為今后的油氣開采作業(yè)及腐蝕防治工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。盡管聲波伽馬密度測(cè)井提高了水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)水平，但依然評(píng)價(jià)的是套管外管壁表面水泥環(huán)平均膠結(jié)質(zhì)量，對(duì)水泥在管外的分布方位無法識(shí)別，對(duì)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)偏差，同時(shí)沒有認(rèn)可的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)低密度水泥石固井質(zhì)量評(píng)價(jià)可靠性較低。

3.3 套后成像測(cè)井（IBC）

圖3 伽馬密度儀結(jié)構(gòu)圖

IBC 通過組合脈沖回波技術(shù)與新超聲波技術(shù)評(píng)價(jià)套后固井質(zhì)量，能夠全方位覆蓋整個(gè)套管外徑，測(cè)量可靠性高，超聲波換能器工作原理如圖4所示。通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)接收器之間的聲波衰減比率，提供與脈沖回波測(cè)量相匹配的獨(dú)立響應(yīng)，該響應(yīng)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)庫相比對(duì)得到套后效果圖[5]。可以直觀觀察到層間封固效果，保障鉆井、修井、壓裂等作業(yè)順利實(shí)施。

圖4 超聲波換能器工作原理

IBC 套后成像測(cè)井技術(shù)可對(duì)水泥膠結(jié)質(zhì)量和套管腐蝕或磨損進(jìn)行評(píng)價(jià)，其配套軟件可對(duì)解釋結(jié)果作統(tǒng)計(jì)分析，繪制三維成像圖，直觀反映水泥固井質(zhì)量和套管磨損情況。IBC套后成像儀成果中的固—液—?dú)庀鄨D能直觀顯示套管外物質(zhì)形態(tài)，這是常規(guī)固井質(zhì)量測(cè)井解釋無法實(shí)現(xiàn)的，此外IBC 資料中擾曲波衰減信號(hào)對(duì)介質(zhì)密度微小差別的響應(yīng)比較靈敏，對(duì)低密度水泥固井質(zhì)量檢查有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 固井質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法

總結(jié)所有的評(píng)價(jià)固井質(zhì)量的測(cè)井方式,發(fā)現(xiàn)均存在一個(gè)很大的問題:在油田現(xiàn)場(chǎng)固井時(shí),會(huì)根據(jù)井地質(zhì)狀況與施工要求等,對(duì)不同的井段可能給出完全不同的水泥漿配方,但是在進(jìn)行自由套管段聲波儀器刻度之后,各種不同密度或者不同混合材的水泥環(huán)在不同段的測(cè)井聲幅曲線在解釋時(shí)均參照同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。然而不同密度或不同混合材的水泥石的聲阻抗值并非一樣,而聲阻抗又與CBL衰減率是密切相關(guān)的，常會(huì)出現(xiàn)固井質(zhì)量誤判或錯(cuò)判的情況。

固井質(zhì)量測(cè)井響應(yīng)存在多解性，水泥環(huán)層間封隔受多種因素影響，解決測(cè)井響應(yīng)多解性的重要方法是固井質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。通過收集鉆井資料、固井資料、常規(guī)測(cè)井資料、常規(guī)解釋成果表、外層套管固井質(zhì)量測(cè)井資料，結(jié)合水泥膠結(jié)測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)固井質(zhì)量。其關(guān)鍵在于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程情況對(duì)固井質(zhì)量作出預(yù)判，然后結(jié)合測(cè)井解釋成果，對(duì)出現(xiàn)多解的層位參照預(yù)判結(jié)果，進(jìn)行深入分析，得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。