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1、固井质量评价方法及应用 前前 言言目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程 度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到98%98%以以 上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用 水泥胶结测井（水泥胶结测井（CBLCBL）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂( (外掺料外掺料) )应应 用、工艺技术发
2、展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良 的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。变密度测井变密度测井(VDL)(VDL)记录了声波波列信息记录了声波波列信息, ,如套管波、地层波、流体波等，如套管波、地层波、流体波等， 这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有 关，因此通过对声幅、变密度资料的分析关，因此通过对声幅、变密度资料的分析, ,可以较好地评价第一、
3、第二界面的可以较好地评价第一、第二界面的 水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了CBLCBL测井的不足，通过全波列测井图测井的不足，通过全波列测井图 的分析的分析, ,能很好地解释第二界面的胶结信息，它与能很好地解释第二界面的胶结信息，它与CBLCBL测井配对使用，可以更测井配对使用，可以更 加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，但没有完全克服尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，但没有完全克服 声幅测井的缺点，没有提高纵
4、向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别声幅测井的缺点，没有提高纵向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别 ，对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。，对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。分区水泥胶结测井（SBTSBT）测井克服了）测井克服了CBLCBL测井的诸多不足测井的诸多不足( (受微环隙、快受微环隙、快 速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及 刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成像。目刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水
5、泥环胶结成像。目 前，前，SBTSBT等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。 固井质量评价测井初级阶段 井温测井：2O世纪3O年代中期采用井温测井方法评 价固井质量，它是利用水泥水化放热反应的原理确 定水泥返高。 放射性示踪测井：3O年代末期采用放射性示踪法确 定水泥返高。 声幅测井：出现在6O年代的早期，它是利用单发单 收声系接收发射探头发射的声波脉冲，并通过固定 测量门测量套管滑行波首波幅度，用相对幅度法解 释评价水泥固井质量。一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展 固井质量评价测井中级阶段 CBL-VDL测井：到了7O年代，
6、声幅测井得到了较大的 发展，主要表现在解释方法的改进和增加了声波变密度测井 (VDL)，这种测井技术采用单发双收声系，测量两个参数， 一个是前面提到的声幅，另一个是套管、水泥环、地层、流 体等波列即全波列，经灰度处理后亦称声波变密度，这就是 油田常用的简称为声变的测井技术。由于VDL的引入和CBL测井解释的改进，使固井质量评价仅从I界面，发展到可评价界面，同时对测井质 量控制、资料解释的符合率都得到了相应的提高。一、固井质量评价的发展 固井质量评价测井高级阶段 随着CBL-VDL测井的应用，人们发现这种采用 水泥胶结指数评价固井质量的方法评价的是套管周 围360o内固井质量的平均响应，不能识别
7、套管外低 角度的泥缺失，有时发生在解释为固井质量好的井 段上出现了窜槽. 因此,8O年代后期研究出可以识别套管 外水泥缺失角度的仪器方法，这种方法包括两种主 要技术，一种是滑行波测量方法分扇区测井技术SBT ，另一种是脉冲超声扫描测井法CAST-V。目前，国内大多数油田采用CBL/VDL来检测固井质量，固井质量的解释仍以CBL 曲线为主。国内对固井质量的评价标准为：固井声幅相对值30%(低密 度水泥40%)，评价为胶结质量差。随着固井工艺技术和外加剂等技术的发展，此标准已 不能很好地适应当前固井质量评价的需要。近十年来，国内各油田的固井质量合格率基本保持在98%左右，东部有的油田更是 连续几年
8、固井质量合格率都达到100%。但是有些合格井甚至CBL优质井，经过射孔改造后 ，经常发生环空窜流现象，直接反映出第二界面的胶结质量比较差。过去一直认为只要第 一界面胶结好，第二界面胶结必然好，但事实证明，在套管和水泥胶结好时，水泥和地层 之间也有可能出现窜槽或胶结差的现象。国外在固井质量评价标准方面要求很严格，不单以第一界面(CBL测井得出)的固井 情况来评价固井质量，更主要的是检查第二界面的胶结情况，并且参考投产以后层间是否 发生窜流为依据。即使CBL测井良好，如果VDL、SBT检测不好或试油过程中发生窜流,也 认为固井质量不好。由于国外对固井质量的检测要求较高，所以虽然在固井技术、外加剂方
9、面技术实力 较强，注水泥施工自动化程度较高，但其固井质量合格率与国内相比较低，只有80%左右 。二、固井质量评价现状三、固井质量评价存在的问题 测井仪的多样化导致解释偏差 国内目前用于检查封固质量的仪器有多种 类型,各种仪器测井的灵敏度各不相同。即使 是同一种仪器也有性能上的差异。在解释水 泥胶结状况时,不应忽视这种差异,现有的固 井质量检查往往不太重视这种差异。三、固井质量评价存在的问题 影响套管波首波幅度的因素简单化现有的固井解释评价不确定因素较多,结论存在多解性。主要存在以下4个的问题:(1)认为套管与水泥环胶结的质量是影响套管波首波幅度的唯一因素,忽视了水泥环的类型(低密度、G级加砂、
10、纯G级)、厚度、水灰比、套管直径和壁厚及外部地层的声学特性等因素对套管波首波幅度的影响。忽视这些因素的影响,有可能把胶结不好的层段判断为胶结中等甚至良好,也有可能把胶结良好的层段判断为胶结中等甚至不好。(2)缺乏定量解释的实验及理论支持,解释评价模型过于简单,因此评价胶结程度好坏的概念模糊。(3)不能准确分辨径向窜槽和纵向窜槽,对于未胶结层段的方位无法作出准确的定位,对于厚度小于仪器纵向分辨率的薄层胶结状况无法准确评估,薄层水泥环的评价问题一直没有得到很好解决。(4)固井质量评价缺乏一致性,不同油田的地层特点不同,难以统一标准。上述这些问题的存在很容易导致固井质量解释时误差较大或错判。四、新疆
11、测井公司固井质量评价技术新疆油田测井公司固井质量评价仪器分 为2个系列： 声波测井系列：包括声幅、声波变密度、PET 脉冲回波、MAK-2声波、SBT扇区水泥胶结、 CAST-V井周声波扫描测井等; 声波测井系列：伽玛密度测井。纵波（压缩波、P波）波传播方向和质点振动方向相互一致。横波（剪切波、S波）波传播方向与质点振动方向相互垂直。纵波和横波的传播速度 Vp, Vs 与弹性参数有如下关系：E: 杨氏模量 ：泊松比 ：物质密度 ，：拉梅系数第一节第一节 声波基础知识声波基础知识一、岩石的声波速度 声波是物质的一种运动形式，它由物质的机械振动产生， 通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播。 声
12、波的物理特性：速度、幅度、频率等被声波测井利用。声波二、岩石的声波幅度 图1-1：声波在界面上的反射和折射Z1=11Z2=22界 面1212入射线反射线折射线J0J1J2声波能量与幅度的平方成正比，声幅高低 反映声能大小。声波在介质中传播时，一 是因为内摩擦原因，造成热能损失，介质 吸收声能使声幅衰减，衰减规律为：式中 J0: 初始声强 J：声波经l距离后的声强：介质吸收系数衰减的大小和岩石的密度以及声波的频率 有关。密度小声速低，声能衰减大，声波 幅度低（声波频率高，声波幅度衰减大） 。二是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减。所以通过声波幅度的衰 减可以了解岩层的特点或固井质量。声压（p)
13、：声波传播过程中，在介质中某点施加的压力。达因/厘米2。 声功率（w)：声波传播过程中，某单位时间内通过波阵面的能量。尔格/秒。 声强（J)：声波传播过程中，某单位时间内通过单位波阵面的能量。尔格/秒厘米2p=vz，z= vp,sw=pvsJ=w/s=pv=p2/z式中v：质点振动速度，vp,s ：纵波、横波速度，：介质密度，s：面积 声阻抗（z）：就是介质密度和声波在该介质中传播速度的乘积， z= vp,s 。 声耦合率：两种介质的声阻抗之比z1/z2。介质1和介质2声阻抗差越大，声耦合率越差，声能量就不易从介质1传到介质2 中去。通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小。如果两介质声阻抗
14、相近，声耦合的好，声波几乎都形成折射波通过界面在介质2 中传播。这时反射波的能量就非常小。 三、声场中的物理量 各种介质的声阻抗介质质声阻抗（x104)/(gcm-2s)介质质声阻抗（x104)/(gcm-2s)空气(0，1atm) 橡皮 淡水 海水 水 石油0.0043 0.290.66 14.6 15.3 540 13.2钢 岩盐 砂岩 石灰岩 泥岩390 100 6395 99108 2550四、声波在两种介质界面上的反射和折射 图1-1：声波在界面上的反射和折射Z1=11Z2=22界 面1212入射线反射线折射线J0J1J2反射系数： =J1/J0折射系数: =J2/J0= 1当= 0
15、时， 2=0Z1、Z2相差越大， 大， 小。讨论：1）+ =1 ，或J0=J1+J2，声强守恒定律。2） 和 表示声波在两种介质中能量分配关系。图2-1中给出了工程测井常遇到的井身结构示意图。图2-1 井身结构示意图第二节第二节 油井的井身结构及井口装置油井的井身结构及井口装置一、井身结构 井身结构中的所有深度均从钻井时转盘补心面算起 。 套管下入长度和下入深度 不一致，其差值是套管近地面 一根的接箍面至转盘补心平面 距离，即套管头至补心距 ； 套补距：套管法兰到补心 面的的距离； 油补距：油管头法兰顶面 (套管四通法兰顶面)到补心面 的距离。 图2-2 油套补距及套管头至 补心距示意图二、井
16、口深度及井口装置 1.井中深度通常井口装置就是指采油树，如图11-3所示。 图2-3 井口装置示意图 1 油管压力表；2清蜡闸门；4油嘴套；5出油管； 6总闸门；7套管闸门；8套管压力表；9套管；10油管 2.井口装置固井失败的主要后果是会导致渗透层之间流体 的渗流。因此固井质量评价是工程测井中重要的一个 作业，发现问题应及时修补。 目前用于评价固井质量的测井主要有声幅测量 或叫水泥胶结测井CBL（Cement Bond Logging）、声 波变密度测井VDL(Variable Density Logging)、水泥评 价测井CET（Cement Evaluation Tool）、分区水泥胶 结测井SBT(Segmented Bond Tool)。当前， CBL、VDL应用最多。 第三节第三节 固井评价测井固井评价测井声幅测井时记录沿套管传播的声波幅度（滑行 波），以此来判断水泥胶结的好坏。固井
