固井質(zhì)量評價技術(shù)(油服)

1、 吳良國吳良國 中海油服油田技術(shù)事業(yè)部湛江基地中海油服油田技術(shù)事業(yè)部湛江基地一：固井質(zhì)量測井原理簡介一：固井質(zhì)量測井原理簡介二：固井質(zhì)量測井儀器簡介二：固井質(zhì)量測井儀器簡介三：固井質(zhì)量解釋及評價三：固井質(zhì)量解釋及評價四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析一：固井質(zhì)量測井原理簡介2 固井質(zhì)量的檢查主要是水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的檢查，即檢查套管與水泥環(huán)（第一膠結(jié)面）、水泥環(huán)與地層（第二膠結(jié)面）的膠結(jié)情況，無論是第一界面還是第二界面，水泥膠結(jié)質(zhì)量不好都很容易引起水層的上、下串槽，給油井的試油、投產(chǎn)等工作帶來很大的麻煩，因此評價固井質(zhì)量是一項重要的工作，另外準確掌握油氣水井固井質(zhì)量狀況，可以優(yōu)化新井

2、投產(chǎn)與老井增產(chǎn)增注措施，提高固井質(zhì)量，延長油氣水井使用壽命，對油田勘探開發(fā)有重要意義。 幾十年來，人們開發(fā)研制了諸如聲幅測井儀（CBL）、變密度測井儀（VDL） 、貼井壁分扇形區(qū)水泥膠結(jié)評價測井儀等多種用于固井質(zhì)量評價的測井儀器。目前常用的測井評價方法主要是聲波測井中的聲幅變密度測井（CBL-VDL）及水泥膠結(jié)測井（SBT） ( CBL-VDL) ( SBT ) 一：固井質(zhì)量測井原理簡介一：固井質(zhì)量測井原理簡介一：固井質(zhì)量測井原理簡介3CBL-VDL測井原理測井原理 CBL-VDL測井技術(shù)采用單發(fā)雙收聲系，測井時，聲源發(fā)出的聲脈沖在井內(nèi)各個方向傳播，當聲波傳播到兩種介質(zhì)的交界面時會發(fā)生聲波的反

3、射和折射。若管外水泥環(huán)膠結(jié)好，則其對聲波的反射系數(shù)小，聲幅很低；反之，若水泥膠結(jié)不好，混有泥漿或空氣，反射系數(shù)增大，聲幅變高，膠結(jié)質(zhì)量越差聲幅越高。 測量兩個參數(shù)，一個是前面提到的聲幅（套管滑行波首波幅度），另一個是套管、水泥環(huán)、地層、流體等波列即全波列，經(jīng)灰度處理后稱為聲波變密度，由于變密度測井的引入和解釋技術(shù)的該井，使固井質(zhì)量評價測井解釋從僅僅評價第一界面，發(fā)展到可評價第二界面，同時對測井質(zhì)量的控制、資料解釋的符合率都得到了相應的提高。一：固井質(zhì)量測井原理簡介4 聲波發(fā)射器發(fā)生聲脈沖，5英尺源距接收器接收聲波全波列（套管波、地層波、 泥漿）；電子線路把信號轉(zhuǎn)換為與其幅度成正比的電信號，經(jīng)電

4、纜傳至地面，電信號在顯像管上被調(diào)制為光點亮度，根據(jù)其波幅大小在測井圖上顯示成黑白相間的條帶，稱為變密度資料，以其顏色深淺表示接收到信號的強弱，通過對全波列分析，確定套管與水泥環(huán)、水泥環(huán)與地層的膠結(jié)質(zhì)量，變密度圖如下：一：固井質(zhì)量測井原理簡介5變密度圖的認識變密度圖的認識套管井中與變密度測井相關(guān)的主要是四種波：套管波、水泥環(huán)波、地層波、泥漿波，各成份及特點如下：A：套管波。分為套管滑行波、套管-水泥界面一次反射波、多次反射波。其中多次反射波經(jīng)多次反射后已經(jīng)很弱，可以不計，而一次反射波與套管波幾乎同時到達，這兩種波的聲強與套管-水泥環(huán)的膠結(jié)好壞直接相關(guān)，膠結(jié)越好，聲強越差。B:水泥環(huán)波。一般可以不

5、計。C:地層波。即地層反射的波信號，只有水泥環(huán)與套管、地層都膠結(jié)良好的情況下才能出現(xiàn)較強的地層波，任一界面膠結(jié)不好，中間都會出現(xiàn)聲耦合較差的環(huán)形流體層，造成很大的聲阻抗，導致穿透流體層的聲波很少，進入地層的就更少，造成地層波很弱。D：泥漿波。沿泥漿傳播，在波列中最后到達，特點是到達儀器的時間不變，當?shù)貙訛榈退俚貙訒r常疊加在地層波上。二：固井質(zhì)量測井儀器簡介6 全球主要幾家測井公司都有自己的固井質(zhì)量測井儀，雖然結(jié)構(gòu)不同，但其測量原理都基本相同，下面以Baker Atlas儀器為例，對固井質(zhì)量測井儀器作一些介紹。CBL-VDLCBL-VDL測井儀測井儀2.1 DAL2.1 DAL（ Digital

6、 Digital AcoustilogAcoustilog）測井儀）測井儀 DAL儀器是Atlas 90年代新研發(fā)出的聲波儀器，可掛接ECLIPS5700測井系統(tǒng)，由聲波電子線路（1667EA）及聲波發(fā)射器（1680MA）兩部分組成，其接收探頭由3英尺與5英尺組成，其中3英尺的接收探頭接收沿套管滑行的首波幅度，即聲幅測井，5英尺的接收探頭接收套管波及后續(xù)波，即變密度測井。該儀器可用于裸眼井測量聲波時差，也可用于套管井測固井質(zhì)量。二：固井質(zhì)量測井儀器簡介二：固井質(zhì)量測井儀器簡介二：固井質(zhì)量測井儀器簡介7DALDAL儀器性能參數(shù)儀器性能參數(shù)二：固井質(zhì)量測井儀器簡介8二：固井質(zhì)量測井儀器簡介9電子線

7、路1667EADAL發(fā)射器1680MA二：固井質(zhì)量測井儀器簡介10DAL儀器測井流程儀器測井流程二：固井質(zhì)量測井儀器簡介11DAL儀器現(xiàn)場測井資料示例儀器現(xiàn)場測井資料示例二：固井質(zhì)量測井儀器簡介12SBT測井儀器簡介測井儀器簡介2.2 SBT2.2 SBT（Segmented Bond ToolSegmented Bond Tool）扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器）扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器 SBT是Atlas90年代末開發(fā)出來的一種新型水泥膠結(jié)成像測井儀器，它利用掛接在六個極板的聲波換能器對全井眼進行一個360度的補償聲波衰減測量。 SBT儀器采用在圓周上均勻分布6 個探測臂的獨特設(shè)計，在測量過程式中不會漏

8、掉水泥環(huán)面上的細小裂縫，探頭排列展開后如下圖所示：二：固井質(zhì)量測井儀器簡介13 T1T6 為發(fā)射探頭，R1R6 為接收探頭，發(fā)射探頭發(fā)射的聲波信號經(jīng)套管耦合到接收探頭，水泥膠結(jié)的質(zhì)量越好，接收探頭收到的信號越弱，計算聲波信號的衰減量，就可以得到水泥膠結(jié)的良好程度。為了抵消發(fā)射探頭和接收探頭靈敏度的個體差異，采用同一扇區(qū)兩次收發(fā)的方式。二：固井質(zhì)量測井儀器簡介14 以T1,R2,R3,T4 為例，計算的過程如下： T1發(fā)射時，A12 表示T1 發(fā)，R2 收的信號幅度，A43 表示T4 發(fā)，R3 收的信號幅度，以此類推。套管波的衰減率為：1（10/d）lg(A12/A13)，d為R3與R3之間的距

9、離。 當T4 發(fā)射，由接收器R2 和R3 測量其聲幅，定義為A42 和A43， 套管波的衰減率為： 2（10/d）lg(A43/A42)二：固井質(zhì)量測井儀器簡介15兩次測量結(jié)果組合在一起可求出補償后的衰減值： ATC1= 1 + 2=(10/d) lg(A12A43)/(A13A42) 其余ACT2，ACT3，ACT4，ACT5，ACT6也是這樣類似得出，從上述公式可以看出其衰減值不受發(fā)射強度的影響，只取決于幅度比。6個扇區(qū)螺旋線狀排列的補償聲波收發(fā)陣列： section 1：T1R2R3T4 section 4：T4R5R6T1 section 2：T2R3R4T5 section 5：T5

10、R6R1T2 section 3：T3R4R5T6 section 6：T6R1R2T3 對于膠結(jié)質(zhì)量好的地方，聲波能量透過套管、水泥環(huán)直接傳遞到地層中去，所以極板衰減ACT比較大，從SBT圖形反映出來顏色比較深，反之膠結(jié)質(zhì)量不好，則SBT圖形反映出來顏色相對比較淺。二：固井質(zhì)量測井儀器簡介16 SBT儀器參數(shù)儀器參數(shù)二：固井質(zhì)量測井儀器簡介17二：固井質(zhì)量測井儀器簡介18 SBT測井儀器組合：由上至下的儀器組合為:2330XA(套管接箍測量儀)+1309XA（地層伽馬測量儀）+1633EA（通信電子線路）+1424XA（SBT）+1424PA（變密度測井儀）SBT變密度測井儀二：固井質(zhì)量測井

11、儀器簡介19VDL波形地面監(jiān)控顯示波形地面監(jiān)控顯示接收首波地面監(jiān)控顯示接收首波地面監(jiān)控顯示二：固井質(zhì)量測井儀器簡介20收發(fā)陣列地面監(jiān)控窗口，收發(fā)陣列地面監(jiān)控窗口， SBT相對DAL，其測量不受泥漿密度、氣侵、快速地層效應、井內(nèi)套管厚度等因素影響，操作相對簡單。三：固井質(zhì)量解釋及評價21三：固井質(zhì)量解釋及評價三：固井質(zhì)量解釋及評價術(shù)語與定義術(shù)語與定義3.1 常規(guī)密度水泥漿固井質(zhì)量評價方法常規(guī)密度水泥漿固井質(zhì)量評價方法 三：固井質(zhì)量解釋及評價22術(shù)語與定義術(shù)語與定義相對聲幅：三：固井質(zhì)量解釋及評價23固井質(zhì)量測井資料質(zhì)量要求： CBL/VDL測井應在與目的層同尺寸的自由套管井段刻度，測井過程中應保

12、持儀器居中。 SBT校驗宜選擇自由套管井段或環(huán)向水泥膠結(jié)均勻井段，測前和測后要在同一井段進行校驗，并計算校正系數(shù)（CORR-FACTORS）。套管固井質(zhì)量評價基本方法套管固井質(zhì)量評價基本方法 膠結(jié)評價膠結(jié)評價 ： 常用套管水泥環(huán)膠結(jié)“中等”評價指標見表1（其它尺寸套管相應的固井評價指標見附錄E）。若實際相對聲幅低于膠結(jié)“中等”U的下限，或衰減率（或膠結(jié)比）高于膠結(jié)“中等”ATAV（或BR）的上限，則評價為“優(yōu)”。若實際相對聲幅高于膠結(jié)“中等”U的上限，或衰減率（或膠結(jié)比）低于膠結(jié)“中等”ATAV（或BR）的下限，則評價為“差”。 當儀器明顯偏心時，表1的指標僅作固井質(zhì)量定性評價用。 評價過程中

13、，還應根據(jù)VDL（或全波波列）評價第二界面膠結(jié)狀況（見表2），根據(jù)第一界面和第二界面膠結(jié)狀況進行固井質(zhì)量綜合評價。 三：固井質(zhì)量解釋及評價24三：固井質(zhì)量解釋及評價25水泥環(huán)層間封隔能力評價水泥環(huán)層間封隔能力評價 三：固井質(zhì)量解釋及評價26 對于SBT測井，首先根據(jù)版圖由ATMN轉(zhuǎn)換得到“最小水泥膠結(jié)強度”，然后查圖2確定最小有效封隔長度。三：固井質(zhì)量解釋及評價27水泥環(huán)層間封隔能力評價基本方法 根據(jù)SBT測井資料判斷水泥溝槽 ： 除套管接箍處外，如果ATAVATMN6.6dB/m（2dB/ft）的連續(xù)井段2m以上，且該井段最小衰減率ATMN均小于SBT測井解釋圖板上1.38MPa曲線對應的聲

14、波衰減率，可解釋為“溝槽”。 判斷水泥環(huán)層間封隔能力 ： 綜合分析第一界面和第二界面的膠結(jié)狀況，判斷水泥環(huán)層間封隔能力（見表3）。若需水力壓裂，最小有效封隔長度應為由圖1或圖2確定的相應值的三倍。只要水泥環(huán)存在溝槽的井段或（和）第二界面膠結(jié)差的井段將兩個地層連通起來，都評價為“竄通”。 三：固井質(zhì)量解釋及評價28針對相鄰油層和氣層相互之間以及油、氣層與水層之間，評價水泥環(huán)層間封隔能力； Lmn為由圖1（或圖2）確定的最小有效封隔長度。 三：固井質(zhì)量解釋及評價29三：固井質(zhì)量解釋及評價30三：固井質(zhì)量解釋及評價313.2 低密度水泥漿固井質(zhì)量評價方法低密度水泥漿固井質(zhì)量評價方法 1.低密度水泥漿

15、低密度水泥漿 low-density slurry 由油井水泥和減輕材料等配制的密度低于1.75g/cm3的水泥漿。 2.有效封隔長度有效封隔長度 interval length for effective zonal isolation 縱向達到水泥膠結(jié)強度或膠結(jié)比指標要求的層間封隔長度。 3.聲幅或衰減率轉(zhuǎn)換為膠結(jié)比聲幅或衰減率轉(zhuǎn)換為膠結(jié)比 根據(jù)圖1將聲波幅度轉(zhuǎn)換為膠結(jié)比。根據(jù)圖2將聲波衰減率轉(zhuǎn)換為膠結(jié)比。 三：固井質(zhì)量解釋及評價32三：固井質(zhì)量解釋及評價33第一界面水泥膠結(jié)評價第一界面水泥膠結(jié)評價 1.利用聲幅評價第一界面水泥膠結(jié)狀況利用聲幅評價第一界面水泥膠結(jié)狀況 查表1確定相對聲幅評

16、價指標。 若實測相對聲幅值高于表1中的相對聲幅“上限”，則評價為膠結(jié)“差”；若實測相對聲幅值高于表1中 “下限”而低于“上限”，則評價為膠結(jié)“中等”；若實測相對聲幅低于表1的“下限”，則評價為“優(yōu)”。 三：固井質(zhì)量解釋及評價342.利用膠結(jié)比評價第一界面水泥膠結(jié)狀況利用膠結(jié)比評價第一界面水泥膠結(jié)狀況 按表2的膠結(jié)比指標評價水泥膠結(jié)質(zhì)量。 3.利用衰減率評價第一界面水泥膠結(jié)狀況利用衰減率評價第一界面水泥膠結(jié)狀況 查表3確定衰減率評價指標。 若實測衰減率低于表3中的衰減率“下限”，則評價為膠結(jié)“差”；若實測衰減率高于表3中 衰減率“下限”而低于“上限”，則評價為膠結(jié)“中等”；若實測衰減率高于表3的

17、“上限”，則評價為“優(yōu)”。 三：固井質(zhì)量解釋及評價35水泥環(huán)第二界面膠結(jié)狀況評價水泥環(huán)第二界面膠結(jié)狀況評價 根據(jù)VDL（或全波波列）定性評價第二界面膠結(jié)狀況（見表4）。 利用該定性評價結(jié)論驗證利用聲幅曲線對第一界面膠結(jié)狀況的評價結(jié)論。若兩者有矛盾，則應分析聲幅曲線是否受到快速地層、外層套管或儀器偏心的影響。 三：固井質(zhì)量解釋及評價36水泥環(huán)層間封隔評價基本方法水泥環(huán)層間封隔評價基本方法 膠結(jié)比和最小有效封隔長度指標 根據(jù)膠結(jié)比由圖3查得在不進行水力壓裂的條件下的最小縱向有效封隔長度指標。 三：固井質(zhì)量解釋及評價37根據(jù)根據(jù)SBT測井資料判斷水泥溝槽測井資料判斷水泥溝槽 除套管接箍處外，如果SB

18、T平均衰減率與最小衰減率之差ATAVATMN6.6dB/m（2dB/ft）的連續(xù)井段2m以上，且該井段ATMN均小于水泥膠結(jié)“中等”對應的衰減率下限，可解釋為“溝槽”。 根據(jù)膠結(jié)比判斷水泥環(huán)層間封隔能力根據(jù)膠結(jié)比判斷水泥環(huán)層間封隔能力 可根據(jù)表5評價水泥環(huán)層間封隔能力。若需水力壓裂，最小有效封隔長度為圖3中的三倍。 四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析38四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析41 SBT合格資料示例合格資料示例DTMN,DTMX曲線(6個扇區(qū)的套管時差最大值與最小值)平行且差異小( 通常在2-3us/ft)左右）6條聲波衰減率曲線幅度大小、波動大體一致與聲幅及VDL曲線相關(guān)性好

19、。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析3942 案列案列1（井壁太臟導致資料異常）（井壁太臟導致資料異常） 井壁臟導致DTMN,DTMX差別較大；SBT聲波部分極板與井壁接觸不好導致聲波衰減率數(shù)值過低，六條聲幅衰減率曲線及導出曲線AMAV、ATAV、ATMN、ATMX相關(guān)性差，且ATMN有回零現(xiàn)象;水泥圖上呈現(xiàn)假的孔洞現(xiàn)象 四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析4043 案列案列2（刮管對（刮管對SBT資料的影響）資料的影響）由上圖比較，可以看出刮管對固井質(zhì)量影響非常大，未刮管前測出固井質(zhì)量具有封隔性，刮管后發(fā)現(xiàn)六個極板衰減（atc1-6）變小，同時平均衰減（ATAV）也變小，平均聲幅（AMAV）變大，變密度VDL第一

20、界面套管波增強，表明固井質(zhì)量差，如果按未刮管前的資料來判斷，可能造成嚴重的工程問題。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析41刮管前后固井質(zhì)量好的地方SBT聲幅衰減率曲線變化不大，刮管后固井質(zhì)量變差的地方聲波衰減率曲線會下降60%左右。由此表明刮管對固井質(zhì)量好的地方影響不大，但對固井質(zhì)量差的地方影響比較大。（同一口井刮管前后固井質(zhì)量對比）四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析4244案列案列3（斜井儀器居中不好導致極板貼靠井壁不好，資料異常）（斜井儀器居中不好導致極板貼靠井壁不好，資料異常）以下為某斜井的SBT資料，該井井斜數(shù)據(jù)：深度（m） 井斜（度）四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析43下圖為從井底3470-2830m處SBT測

21、井資料： 由上圖可以看見此段SBT測井資料正常四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析442830m以上SBT測井資料 極板衰減出現(xiàn)負值由上圖可以看出2830m以上，井斜變大，SBT 聲波部分極板與井壁接觸不好（聲波衰減率數(shù)值過低），六條聲幅衰減率曲線及AMAV、ATAV、ATMN、ATMX曲線相關(guān)性差，且極板衰減曲線出現(xiàn)負值現(xiàn)象;水泥圖上呈現(xiàn)假孔洞現(xiàn)象。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析45地面控制界面顯示分析：該井下面井斜小，上面井斜越來越大；所以在3470-2830米，因井斜都小于10度，能夠確保儀器劇中，所以曲線都正常，而到2800米左右時，DTMN和DTMX曲線開始分開，在2830米斜度大于12度后，DTMX

22、，DTMN開始分開；從這點可以看出儀器不居中；從異常的數(shù)據(jù)中的N Amp和F Amp異常情況（前者小于了后者）可以看出主要是第二到第五扇區(qū)沒有貼好井壁所致。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析4645案列4（斜井套管側(cè)面與地層緊密接觸造成水泥稀少形成串狀溝槽）四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析4746案列5 （扶正器尺寸不合適造成資料不合格）在上海一口井的作業(yè)中，甲方希望7寸尾管與9.625寸套管的固井質(zhì)量一趟測出，筆者首先加了5.8in的橡皮扶正器測量7寸尾管的固井質(zhì)量，測井資料合格，但測到9.625寸套管的固井質(zhì)量時其資料如下圖所示：由上圖看出DTMX與DTMN兩條質(zhì)量監(jiān)測曲線分開太大且呈刺狀，同時六條極板衰減

23、曲線有回零或呈直線現(xiàn)象，綠色的ATMN有“平頭”且ATMX、ATMN、AMAV、ATAV曲線相關(guān)性差，SBT圖顯示“白條”，明顯資料不對，現(xiàn)場分析是由于扶正器太小，儀器居中不理想，導致測井資料不合格，于是果斷停止記錄，將儀器提出井口，然后將橡皮扶正器更換為8.4寸左右，再次下井測量，固井質(zhì)量資料大為改善，如下圖所示：四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析48由圖可以看出更換為合適扶正器后，儀器能較好的反應9.625英寸套管的固井質(zhì)量。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析4947案列6 （地層孔滲性能對固井質(zhì)量測井的影響）四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析50四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析51從以上井的固井質(zhì)量可以看出砂巖層段的固井質(zhì)量

24、相對于泥巖層段的固井質(zhì)量較次，分析原因可能是由于砂巖層位孔隙度較好，其中含有油氣,固井時在水泥中形成氣孔，容易造成固井質(zhì)量受影響，一般含氣層段固井質(zhì)量都不是很好。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析5248 CBL-VDL資料認識資料認識上圖所示為第一、二膠結(jié)面均好,曲線特征：聲幅曲線幅度值低;變密度缺少套管波，因地層致密原因，地層波大量衰減。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析53 上圖所示為第一、二膠結(jié)面均好，曲線特征：聲幅曲線幅度低，變密度記錄的套管波微弱或缺失，地層波較強，呈現(xiàn)出波狀條帶。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析54上圖所示：第一膠結(jié)面中等，第二膠結(jié)面好曲線特征：聲幅曲線幅度值偏高；變密度記錄的套管波較弱，地層波顯示明顯。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析55上圖所示：第一膠結(jié)面好，第二膠結(jié)面差。曲線特征：聲幅曲線幅度低 變密度記錄的套管波弱或缺失，記錄的地層波極弱，最右邊出現(xiàn)直條帶的泥漿直達波。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析56上圖所示為“自由套管”曲線特征：聲幅曲線的幅度值高且等于理論值，套管接箍處幅度顯示明顯。變密度記錄的套管波很強。為黑白相間的直條帶，幾乎不出現(xiàn)地層波，套管接箍處出現(xiàn)人字紋。四：固井質(zhì)量現(xiàn)場資料解析57 上圖所示：雙層套管 曲線特征：聲幅曲線的幅度值有所抬高； 變密度記錄的套管波較明顯（第一道波往往缺失）后續(xù)波較難