固井质量评价技术(油服)

1、 吴良国吴良国 中海油服油田技术事业部湛江基地中海油服油田技术事业部湛江基地一：固井质量测井原理简介一：固井质量测井原理简介二：固井质量测井仪器简介二：固井质量测井仪器简介三：固井质量解释及评价三：固井质量解释及评价四：固井质量现场资料解析四：固井质量现场资料解析一：固井质量测井原理简介2 固井质量的检查主要是水泥环胶结质量的检查，即检查套管与水泥环（第一胶结面）、水泥环与地层（第二胶结面）的胶结情况，无论是第一界面还是第二界面，水泥胶结质量不好都很容易引起水层的上、下串槽，给油井的试油、投产等工作带来很大的麻烦，因此评价固井质量是一项重要的工作，另外准确掌握油气水井固井质量状况，可以优化新井

2、投产与老井增产增注措施，提高固井质量，延长油气水井使用寿命，对油田勘探开发有重要意义。 几十年来，人们开发研制了诸如声幅测井仪（CBL）、变密度测井仪（VDL） 、贴井壁分扇形区水泥胶结评价测井仪等多种用于固井质量评价的测井仪器。目前常用的测井评价方法主要是声波测井中的声幅变密度测井（CBL-VDL）及水泥胶结测井（SBT） ( CBL-VDL) ( SBT ) 一：固井质量测井原理简介一：固井质量测井原理简介一：固井质量测井原理简介3CBL-VDL测井原理测井原理 CBL-VDL测井技术采用单发双收声系，测井时，声源发出的声脉冲在井内各个方向传播，当声波传播到两种介质的交界面时会发生声波的反

3、射和折射。若管外水泥环胶结好，则其对声波的反射系数小，声幅很低；反之，若水泥胶结不好，混有泥浆或空气，反射系数增大，声幅变高，胶结质量越差声幅越高。 测量两个参数，一个是前面提到的声幅（套管滑行波首波幅度），另一个是套管、水泥环、地层、流体等波列即全波列，经灰度处理后称为声波变密度，由于变密度测井的引入和解释技术的该井，使固井质量评价测井解释从仅仅评价第一界面，发展到可评价第二界面，同时对测井质量的控制、资料解释的符合率都得到了相应的提高。一：固井质量测井原理简介4 声波发射器发生声脉冲，5英尺源距接收器接收声波全波列（套管波、地层波、 泥浆）；电子线路把信号转换为与其幅度成正比的电信号，经电

4、缆传至地面，电信号在显像管上被调制为光点亮度，根据其波幅大小在测井图上显示成黑白相间的条带，称为变密度资料，以其颜色深浅表示接收到信号的强弱，通过对全波列分析，确定套管与水泥环、水泥环与地层的胶结质量，变密度图如下：一：固井质量测井原理简介5变密度图的认识变密度图的认识套管井中与变密度测井相关的主要是四种波：套管波、水泥环波、地层波、泥浆波，各成份及特点如下：A：套管波。分为套管滑行波、套管-水泥界面一次反射波、多次反射波。其中多次反射波经多次反射后已经很弱，可以不计，而一次反射波与套管波几乎同时到达，这两种波的声强与套管-水泥环的胶结好坏直接相关，胶结越好，声强越差。B:水泥环波。一般可以不

5、计。C:地层波。即地层反射的波信号，只有水泥环与套管、地层都胶结良好的情况下才能出现较强的地层波，任一界面胶结不好，中间都会出现声耦合较差的环形流体层，造成很大的声阻抗，导致穿透流体层的声波很少，进入地层的就更少，造成地层波很弱。D：泥浆波。沿泥浆传播，在波列中最后到达，特点是到达仪器的时间不变，当地层为低速地层时常叠加在地层波上。二：固井质量测井仪器简介6 全球主要几家测井公司都有自己的固井质量测井仪，虽然结构不同，但其测量原理都基本相同，下面以Baker Atlas仪器为例，对固井质量测井仪器作一些介绍。CBL-VDLCBL-VDL测井仪测井仪2.1 DAL2.1 DAL（ Digital

6、 Digital AcoustilogAcoustilog）测井仪）测井仪 DAL仪器是Atlas 90年代新研发出的声波仪器，可挂接ECLIPS5700测井系统，由声波电子线路（1667EA）及声波发射器（1680MA）两部分组成，其接收探头由3英尺与5英尺组成，其中3英尺的接收探头接收沿套管滑行的首波幅度，即声幅测井，5英尺的接收探头接收套管波及后续波，即变密度测井。该仪器可用于裸眼井测量声波时差，也可用于套管井测固井质量。二：固井质量测井仪器简介二：固井质量测井仪器简介二：固井质量测井仪器简介7DALDAL仪器性能参数仪器性能参数二：固井质量测井仪器简介8二：固井质量测井仪器简介9电子线

7、路1667EADAL发射器1680MA二：固井质量测井仪器简介10DAL仪器测井流程仪器测井流程二：固井质量测井仪器简介11DAL仪器现场测井资料示例仪器现场测井资料示例二：固井质量测井仪器简介12SBT测井仪器简介测井仪器简介2.2 SBT2.2 SBT（Segmented Bond ToolSegmented Bond Tool）扇区水泥胶结测井仪器）扇区水泥胶结测井仪器 SBT是Atlas90年代末开发出来的一种新型水泥胶结成像测井仪器，它利用挂接在六个极板的声波换能器对全井眼进行一个360度的补偿声波衰减测量。 SBT仪器采用在圆周上均匀分布6 个探测臂的独特设计，在测量过程式中不会漏

8、掉水泥环面上的细小裂缝，探头排列展开后如下图所示：二：固井质量测井仪器简介13 T1T6 为发射探头，R1R6 为接收探头，发射探头发射的声波信号经套管耦合到接收探头，水泥胶结的质量越好，接收探头收到的信号越弱，计算声波信号的衰减量，就可以得到水泥胶结的良好程度。为了抵消发射探头和接收探头灵敏度的个体差异，采用同一扇区两次收发的方式。二：固井质量测井仪器简介14 以T1,R2,R3,T4 为例，计算的过程如下： T1发射时，A12 表示T1 发，R2 收的信号幅度，A43 表示T4 发，R3 收的信号幅度，以此类推。套管波的衰减率为：1（10/d）lg(A12/A13)，d为R3与R3之间的距

9、离。 当T4 发射，由接收器R2 和R3 测量其声幅，定义为A42 和A43， 套管波的衰减率为： 2（10/d）lg(A43/A42)二：固井质量测井仪器简介15两次测量结果组合在一起可求出补偿后的衰减值： ATC1= 1 + 2=(10/d) lg(A12A43)/(A13A42) 其余ACT2，ACT3，ACT4，ACT5，ACT6也是这样类似得出，从上述公式可以看出其衰减值不受发射强度的影响，只取决于幅度比。6个扇区螺旋线状排列的补偿声波收发阵列： section 1：T1R2R3T4 section 4：T4R5R6T1 section 2：T2R3R4T5 section 5：T5

10、R6R1T2 section 3：T3R4R5T6 section 6：T6R1R2T3 对于胶结质量好的地方，声波能量透过套管、水泥环直接传递到地层中去，所以极板衰减ACT比较大，从SBT图形反映出来颜色比较深，反之胶结质量不好，则SBT图形反映出来颜色相对比较浅。二：固井质量测井仪器简介16 SBT仪器参数仪器参数二：固井质量测井仪器简介17二：固井质量测井仪器简介18 SBT测井仪器组合：由上至下的仪器组合为:2330XA(套管接箍测量仪)+1309XA（地层伽马测量仪）+1633EA（通信电子线路）+1424XA（SBT）+1424PA（变密度测井仪）SBT变密度测井仪二：固井质量测井

11、仪器简介19VDL波形地面监控显示波形地面监控显示接收首波地面监控显示接收首波地面监控显示二：固井质量测井仪器简介20收发阵列地面监控窗口，收发阵列地面监控窗口， SBT相对DAL，其测量不受泥浆密度、气侵、快速地层效应、井内套管厚度等因素影响，操作相对简单。三：固井质量解释及评价21三：固井质量解释及评价三：固井质量解释及评价术语与定义术语与定义3.1 常规密度水泥浆固井质量评价方法常规密度水泥浆固井质量评价方法 三：固井质量解释及评价22术语与定义术语与定义相对声幅：三：固井质量解释及评价23固井质量测井资料质量要求： CBL/VDL测井应在与目的层同尺寸的自由套管井段刻度，测井过程中应保

12、持仪器居中。 SBT校验宜选择自由套管井段或环向水泥胶结均匀井段，测前和测后要在同一井段进行校验，并计算校正系数（CORR-FACTORS）。套管固井质量评价基本方法套管固井质量评价基本方法 胶结评价胶结评价 ： 常用套管水泥环胶结“中等”评价指标见表1（其它尺寸套管相应的固井评价指标见附录E）。若实际相对声幅低于胶结“中等”U的下限，或衰减率（或胶结比）高于胶结“中等”ATAV（或BR）的上限，则评价为“优”。若实际相对声幅高于胶结“中等”U的上限，或衰减率（或胶结比）低于胶结“中等”ATAV（或BR）的下限，则评价为“差”。 当仪器明显偏心时，表1的指标仅作固井质量定性评价用。 评价过程中

13、，还应根据VDL（或全波波列）评价第二界面胶结状况（见表2），根据第一界面和第二界面胶结状况进行固井质量综合评价。 三：固井质量解释及评价24三：固井质量解释及评价25水泥环层间封隔能力评价水泥环层间封隔能力评价 三：固井质量解释及评价26 对于SBT测井，首先根据版图由ATMN转换得到“最小水泥胶结强度”，然后查图2确定最小有效封隔长度。三：固井质量解释及评价27水泥环层间封隔能力评价基本方法 根据SBT测井资料判断水泥沟槽 ： 除套管接箍处外，如果ATAVATMN6.6dB/m（2dB/ft）的连续井段2m以上，且该井段最小衰减率ATMN均小于SBT测井解释图板上1.38MPa曲线对应的声

14、波衰减率，可解释为“沟槽”。 判断水泥环层间封隔能力 ： 综合分析第一界面和第二界面的胶结状况，判断水泥环层间封隔能力（见表3）。若需水力压裂，最小有效封隔长度应为由图1或图2确定的相应值的三倍。只要水泥环存在沟槽的井段或（和）第二界面胶结差的井段将两个地层连通起来，都评价为“窜通”。 三：固井质量解释及评价28针对相邻油层和气层相互之间以及油、气层与水层之间，评价水泥环层间封隔能力； Lmn为由图1（或图2）确定的最小有效封隔长度。 三：固井质量解释及评价29三：固井质量解释及评价30三：固井质量解释及评价313.2 低密度水泥浆固井质量评价方法低密度水泥浆固井质量评价方法 1.低密度水泥浆

15、低密度水泥浆 low-density slurry 由油井水泥和减轻材料等配制的密度低于1.75g/cm3的水泥浆。 2.有效封隔长度有效封隔长度 interval length for effective zonal isolation 纵向达到水泥胶结强度或胶结比指标要求的层间封隔长度。 3.声幅或衰减率转换为胶结比声幅或衰减率转换为胶结比 根据图1将声波幅度转换为胶结比。根据图2将声波衰减率转换为胶结比。 三：固井质量解释及评价32三：固井质量解释及评价33第一界面水泥胶结评价第一界面水泥胶结评价 1.利用声幅评价第一界面水泥胶结状况利用声幅评价第一界面水泥胶结状况 查表1确定相对声幅评

16、价指标。 若实测相对声幅值高于表1中的相对声幅“上限”，则评价为胶结“差”；若实测相对声幅值高于表1中 “下限”而低于“上限”，则评价为胶结“中等”；若实测相对声幅低于表1的“下限”，则评价为“优”。 三：固井质量解释及评价342.利用胶结比评价第一界面水泥胶结状况利用胶结比评价第一界面水泥胶结状况 按表2的胶结比指标评价水泥胶结质量。 3.利用衰减率评价第一界面水泥胶结状况利用衰减率评价第一界面水泥胶结状况 查表3确定衰减率评价指标。 若实测衰减率低于表3中的衰减率“下限”，则评价为胶结“差”；若实测衰减率高于表3中 衰减率“下限”而低于“上限”，则评价为胶结“中等”；若实测衰减率高于表3的

17、“上限”，则评价为“优”。 三：固井质量解释及评价35水泥环第二界面胶结状况评价水泥环第二界面胶结状况评价 根据VDL（或全波波列）定性评价第二界面胶结状况（见表4）。 利用该定性评价结论验证利用声幅曲线对第一界面胶结状况的评价结论。若两者有矛盾，则应分析声幅曲线是否受到快速地层、外层套管或仪器偏心的影响。 三：固井质量解释及评价36水泥环层间封隔评价基本方法水泥环层间封隔评价基本方法 胶结比和最小有效封隔长度指标 根据胶结比由图3查得在不进行水力压裂的条件下的最小纵向有效封隔长度指标。 三：固井质量解释及评价37根据根据SBT测井资料判断水泥沟槽测井资料判断水泥沟槽 除套管接箍处外，如果SB

18、T平均衰减率与最小衰减率之差ATAVATMN6.6dB/m（2dB/ft）的连续井段2m以上，且该井段ATMN均小于水泥胶结“中等”对应的衰减率下限，可解释为“沟槽”。 根据胶结比判断水泥环层间封隔能力根据胶结比判断水泥环层间封隔能力 可根据表5评价水泥环层间封隔能力。若需水力压裂，最小有效封隔长度为图3中的三倍。 四：固井质量现场资料解析38四：固井质量现场资料解析四：固井质量现场资料解析41 SBT合格资料示例合格资料示例DTMN,DTMX曲线(6个扇区的套管时差最大值与最小值)平行且差异小( 通常在2-3us/ft)左右）6条声波衰减率曲线幅度大小、波动大体一致与声幅及VDL曲线相关性好

19、。四：固井质量现场资料解析3942 案列案列1（井壁太脏导致资料异常）（井壁太脏导致资料异常） 井壁脏导致DTMN,DTMX差别较大；SBT声波部分极板与井壁接触不好导致声波衰减率数值过低，六条声幅衰减率曲线及导出曲线AMAV、ATAV、ATMN、ATMX相关性差，且ATMN有回零现象;水泥图上呈现假的孔洞现象 四：固井质量现场资料解析4043 案列案列2（刮管对（刮管对SBT资料的影响）资料的影响）由上图比较，可以看出刮管对固井质量影响非常大，未刮管前测出固井质量具有封隔性，刮管后发现六个极板衰减（atc1-6）变小，同时平均衰减（ATAV）也变小，平均声幅（AMAV）变大，变密度VDL第一

20、界面套管波增强，表明固井质量差，如果按未刮管前的资料来判断，可能造成严重的工程问题。四：固井质量现场资料解析41刮管前后固井质量好的地方SBT声幅衰减率曲线变化不大，刮管后固井质量变差的地方声波衰减率曲线会下降60%左右。由此表明刮管对固井质量好的地方影响不大，但对固井质量差的地方影响比较大。（同一口井刮管前后固井质量对比）四：固井质量现场资料解析4244案列案列3（斜井仪器居中不好导致极板贴靠井壁不好，资料异常）（斜井仪器居中不好导致极板贴靠井壁不好，资料异常）以下为某斜井的SBT资料，该井井斜数据：深度（m） 井斜（度）四：固井质量现场资料解析43下图为从井底3470-2830m处SBT测

21、井资料： 由上图可以看见此段SBT测井资料正常四：固井质量现场资料解析442830m以上SBT测井资料 极板衰减出现负值由上图可以看出2830m以上，井斜变大，SBT 声波部分极板与井壁接触不好（声波衰减率数值过低），六条声幅衰减率曲线及AMAV、ATAV、ATMN、ATMX曲线相关性差，且极板衰减曲线出现负值现象;水泥图上呈现假孔洞现象。四：固井质量现场资料解析45地面控制界面显示分析：该井下面井斜小，上面井斜越来越大；所以在3470-2830米，因井斜都小于10度，能够确保仪器剧中，所以曲线都正常，而到2800米左右时，DTMN和DTMX曲线开始分开，在2830米斜度大于12度后，DTMX

22、，DTMN开始分开；从这点可以看出仪器不居中；从异常的数据中的N Amp和F Amp异常情况（前者小于了后者）可以看出主要是第二到第五扇区没有贴好井壁所致。四：固井质量现场资料解析4645案列4（斜井套管侧面与地层紧密接触造成水泥稀少形成串状沟槽）四：固井质量现场资料解析4746案列5 （扶正器尺寸不合适造成资料不合格）在上海一口井的作业中，甲方希望7寸尾管与9.625寸套管的固井质量一趟测出，笔者首先加了5.8in的橡皮扶正器测量7寸尾管的固井质量，测井资料合格，但测到9.625寸套管的固井质量时其资料如下图所示：由上图看出DTMX与DTMN两条质量监测曲线分开太大且呈刺状，同时六条极板衰减

23、曲线有回零或呈直线现象，绿色的ATMN有“平头”且ATMX、ATMN、AMAV、ATAV曲线相关性差，SBT图显示“白条”，明显资料不对，现场分析是由于扶正器太小，仪器居中不理想，导致测井资料不合格，于是果断停止记录，将仪器提出井口，然后将橡皮扶正器更换为8.4寸左右，再次下井测量，固井质量资料大为改善，如下图所示：四：固井质量现场资料解析48由图可以看出更换为合适扶正器后，仪器能较好的反应9.625英寸套管的固井质量。四：固井质量现场资料解析4947案列6 （地层孔渗性能对固井质量测井的影响）四：固井质量现场资料解析50四：固井质量现场资料解析51从以上井的固井质量可以看出砂岩层段的固井质量

24、相对于泥岩层段的固井质量较次，分析原因可能是由于砂岩层位孔隙度较好，其中含有油气,固井时在水泥中形成气孔，容易造成固井质量受影响，一般含气层段固井质量都不是很好。四：固井质量现场资料解析5248 CBL-VDL资料认识资料认识上图所示为第一、二胶结面均好,曲线特征：声幅曲线幅度值低;变密度缺少套管波，因地层致密原因，地层波大量衰减。四：固井质量现场资料解析53 上图所示为第一、二胶结面均好，曲线特征：声幅曲线幅度低，变密度记录的套管波微弱或缺失，地层波较强，呈现出波状条带。四：固井质量现场资料解析54上图所示：第一胶结面中等，第二胶结面好曲线特征：声幅曲线幅度值偏高；变密度记录的套管波较弱，地层波显示明显。四：固井质量现场资料解析55上图所示：第一胶结面好，第二胶结面差。曲线特征：声幅曲线幅度低 变密度记录的套管波弱或缺失，记录的地层波极弱，最右边出现直条带的泥浆直达波。四：固井质量现场资料解析56上图所示为“自由套管”曲线特征：声幅曲线的幅度值高且等于理论值，套管接箍处幅度显示明显。变密度记录的套管波很强。为黑白相间的直条带，几乎不出现地层波，套管接箍处出现人字纹。四：固井质量现场资料解析57 上图所示：双层套管 曲线特征：声幅曲线的幅度值有所抬高； 变密度记录的套管波较明显（第一道波往往缺失）后续波较难