測井評價(jià)固井質(zhì)量的方法與技術(shù)培訓(xùn)課件

首先請同志們思考下列兩個問題：目前油田現(xiàn)場在利用測井手段評價(jià)固井質(zhì)量時(shí)有哪些常規(guī)方法或新方法？有哪些比較流行的評價(jià)軟件？如何確定竄槽位置

(擠水泥）？固井質(zhì)量好的井段聲波幅度值?

,固井質(zhì)量差的井段聲波幅度值?

,在調(diào)輝記錄的VDL圖上，左邊套管波條紋清晰、右邊地層波條紋消失，則意味著第一膠結(jié)面膠結(jié)？，第二膠結(jié)面膠結(jié)？，SBT是什么測井？匯報(bào)內(nèi)容?固井質(zhì)量測井評價(jià)方法的種類及發(fā)展?fàn)顩r?水泥膠結(jié)測井(CBL)方法原理及應(yīng)用?聲波變密度測井(VDL)方法原理及應(yīng)用?水泥評價(jià)測井(CET)的方法原理及應(yīng)用?超聲成象測井(USI)?同位素示蹤(RTS)測井方法及應(yīng)用?WATCH軟件演示及現(xiàn)場應(yīng)用分析?結(jié)論與建議關(guān)于工程測井概念(Engineering

Well

Logging)工程測井是套管井工程技術(shù)測井的簡稱，主要目的是對套管井的工程技術(shù)狀況和管外水泥膠結(jié)進(jìn)行檢測和評價(jià)；工程作業(yè)效果檢測和評價(jià)有時(shí)也被歸入工程技術(shù)測井的范疇。當(dāng)前的主要工程測井技術(shù)有井徑類測井聲幅測井、聲波變密度測井、長源距聲波測井、扇區(qū)水泥膠結(jié)測井、電磁測井、井下電視測井、躁聲測井、井溫測井、放射性示蹤測井等.支撐固定套管柱、防止層間串通和通過套

管外環(huán)形空間流動、防止地層污染和套管腐蝕、有效地進(jìn)行擠水泥作業(yè)、為優(yōu)化儲層的生產(chǎn)建立層間流體隔離！當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)存在壓縮強(qiáng)度很大的低滲透性物質(zhì)時(shí)，就可起到流體的隔離作用。水泥就是這樣一種理想物質(zhì)(低滲、強(qiáng)壓縮度)，其聲阻抗能指示水泥的存在和質(zhì)量。有很多原因需要確定套管水泥膠結(jié)質(zhì)量常見物質(zhì)(固井時(shí)井下介質(zhì))的聲學(xué)參數(shù)物質(zhì) 密度 聲速(Km/s) 聲阻抗(Mrayl)空氣淡/鹽水11.51.5鉆井液1-21.3-1.81.5-3水泥漿1-21.5-1.81.8-3水泥/G級1.92.7-3.75.0-7.0砂巖2.655.5石灰?guī)r2.716.4-7.012-16.6鋼7.895.946評價(jià)固井質(zhì)量的聲測井目前有①水泥膠結(jié)測井(CBL) ②聲波變密度測井(VDL)③水泥評價(jià)測井(CET,SBT)④超聲成像測井(USI，UBI,CBIL)④井溫測井(TL)、放射性同位素示綜測井(RTS)和中子壽命測井(TDT).從最早的CBL到目前先進(jìn)的USI,記錄了評價(jià)固井質(zhì)量的聲測井方法和儀器的發(fā)展歷程

！CBL

VDL

CET/SBTUSI,CBIL,UBI傳統(tǒng)的水泥膠結(jié)評價(jià)采用聲幅法(CBL)和聲波變密度法(VDL)。CBL只能對第I界面情況進(jìn)行檢測，VDL能

對第I,II界面進(jìn)行檢測，但它的準(zhǔn)確解釋也存在很大困難。另外CBL和VDL只是圓周向的平均測量效果，難以

區(qū)分井周不同方向的條形欠膠結(jié)處。進(jìn)入80年代后，國外推出了基于超聲脈沖反射法原理的水泥膠結(jié)評價(jià)測井儀器，例如CET,SBT,CBIL等，這些儀器可準(zhǔn)確判斷第I界面是否膠結(jié)好，測量情況能說明圓周向的膠結(jié)情況，結(jié)合VDL可進(jìn)行第II界面評價(jià)，但這些儀器本身尚不能準(zhǔn)確地判斷第II界面膠結(jié)的好壞。已有模擬實(shí)驗(yàn)證明這些儀器不能單獨(dú)用于評價(jià)第II界面

的膠結(jié)狀態(tài)，即僅依靠超聲脈沖反射法難以評價(jià)第II界

面的膠結(jié)狀態(tài)（石油大學(xué)喬文孝等）。一、CBL水泥膠結(jié)測井isCement

Evaluation

Tool1、基本原理套管水泥套管波V泥漿<V套管地面儀TR地層套管和水泥環(huán)膠結(jié)好，R接收到信號幅度低(套管與水泥環(huán)差別小，界面上的聲耦合好，當(dāng)套管波在C上傳播時(shí)，大部分

E被偶合到水泥環(huán)中去了，僅有小E折回井中被記錄）；反之，

R接收到信號幅度高。R收到的聲信號為滑行縱波（套管波）其幅度與套管內(nèi)外介質(zhì)的性質(zhì)及分布有關(guān)測井時(shí)，由接收探頭接收由套管波引起的折射波的幅度

(通常是測量其第一個波峰的幅度)，由測量線路把聲波幅度轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓大小，并由地面照相記錄儀記錄。測量是在井內(nèi)自下而上連續(xù)進(jìn)行，便得到一條隨不同深度的固井質(zhì)量而變化的聲幅曲線。測量井段從井底到水泥面以上50-100m處，測井時(shí)把井下儀器放到預(yù)計(jì)水泥上返高度之上200-300m處的純泥漿

段(自由套管井段),調(diào)節(jié)儀器(檢流計(jì)光點(diǎn)),使曲線偏轉(zhuǎn)8-10cm,這是全井段最大值，然后下到井底，上提測井！CBL曲線的橫向比例為50mv/Cm,深度比例為1:200。具體解釋時(shí)在參考GR,CAL曲線時(shí)，首先確定純泥漿段，然后確定混漿帶，最后根據(jù)相對幅度來判定固井質(zhì)量。CBL具體的測井過程及曲線解釋井解釋實(shí)例0

500mvBL測井曲線實(shí)例CBL固井剖面解釋時(shí)盡量結(jié)合CAL和GR曲線BL測井曲線實(shí)例BL測實(shí)例固井聲幅測井曲線自然電位測井曲線CBL測井測得聲幅曲線(首波滑行縱波的幅度）聲幅固井評價(jià)。由于首波幅度對套管井中套管與水泥膠結(jié)情況反應(yīng)比較明顯，因此只能評價(jià)第一界面(套管與水泥界面)的膠結(jié)程度(對第二界面無能為力)。國內(nèi)對利用CBL資料判斷固井質(zhì)量采用相對幅度△A和歸一化值CBL3兩個概念(評價(jià)指標(biāo)）：△A=目的井段曲線幅度/自由套管曲線幅度*100%△A<20% 膠結(jié)好；20%<△A<40% 膠結(jié)一般；△A>40% 膠結(jié)差各地區(qū)的固井質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)差別較大。例如固井質(zhì)量差的相對幅度(△A)，江漢油田定為大于40%，四川地區(qū)定為大于70%，而在南海湛江一般定為多大呢？利用CBL曲線時(shí)確定固井

質(zhì)量時(shí)，還應(yīng)參考井徑曲線和自然伽馬曲線或自然電位曲線(用于確定h)，此外務(wù)必了解固井施工情況。CBL3膠結(jié)指數(shù)評價(jià)指標(biāo)是利用CBL所測得的聲幅曲線進(jìn)行歸一化處理，從而得到套管井中水泥膠結(jié)情況的評價(jià)結(jié)論(CBL3越小,第一界面的膠結(jié)程度越高,固井質(zhì)量越好)。CBL3=1

—

CBL*Lmax/Cmax式中

Cmax--自由套管的最大聲幅值；CBL--目的井段聲幅曲線值；Lmax--計(jì)算得到的膠結(jié)好的最大值(常取為1）；NoteCBL3---歸一化后的膠結(jié)指數(shù)值；當(dāng)CBL3>1時(shí)，則CBL3=1;當(dāng)CBL3<0時(shí)，則CBL3=0.02、CBL測井曲線值的影響因素測井時(shí)間(Tlog)：要求在注水泥后20~40小時(shí)進(jìn)行測量最好。測量過早將出現(xiàn)高聲幅值、測量過遲將出現(xiàn)低聲幅值；水泥環(huán)厚度(hcement)h>2cm，對套管波衰減為定值；h<2cm，水泥環(huán)越薄(h越小)對套管波的衰減越小，測得的聲幅值越高，有時(shí)容易把膠結(jié)好的井段判斷為膠結(jié)差！解釋時(shí)應(yīng)參考井徑曲線，對泥餅相對較厚(h越小)的井段要注意！此外，水泥環(huán)較薄時(shí)，硬地層的地層波(信號較強(qiáng))將掩蓋套管波，造成誤解釋。3)氣侵泥漿:使聲波的衰減很大，聲幅測值降低；套管厚度hcase：6-18mm,套管越薄，對聲波衰減越大，聲幅低值；對應(yīng)套管接箍處低CBL值。微環(huán):套管與水泥之間出現(xiàn)的微小環(huán)形間隙，一般厚度<0.1mm。微環(huán)雖小，但卻使聲幅值增高.儀器偏心(扶正不良)和某方位有竄槽:CBL以低聲幅顯示與水泥膠結(jié)好壞無關(guān)。這是由于不同方位到達(dá)接收器的套管波的相位不同，相互抵消而造成低聲幅。CBl測井的外在影響因素小結(jié)：使CBL值升高的原因有：測井時(shí)間過早、

hcement小、微環(huán)；使CBL顯示低值的原因有：Tlog大、氣侵泥漿、套管厚度變薄、儀器偏心和某方位有串槽！但是CBL鑒定第I界面的膠結(jié)質(zhì)量目前還是最簡單有效的，而且是法定的！高值表明自由套管、微環(huán)、或者快速地層波；低值表明水泥膠結(jié)良好或者儀器不居中；中高值可能由于受污染水泥均勻分布或者高強(qiáng)度水泥有竄槽；CBL曲線幅度(幅值)：聲波全波列測井：VDL+AST陣列聲波測井…………記錄整個聲波波列的測井方法在套管井中，聲波從發(fā)射探頭到接收探頭有四種可能的傳播路徑：沿套管、沿水泥環(huán)、通過地層、通過地層和井內(nèi)泥漿。其實(shí)只有三種路徑：沿套管、通過地層和井內(nèi)泥漿。只要源距足夠大，接收到的波先后順序是套管波、地層波、泥漿波。Why無沿水泥環(huán)滑行的波呢？這是因?yàn)樗嗟穆曀俦蠕摰穆曀俚?，椐產(chǎn)生滑行波的條件，它是不可能產(chǎn)生的。1、基本原理二、聲波變密度測井(VDL)：采用單發(fā)單收聲系，源距為1.5米，其目的是全面評價(jià)水泥膠結(jié)質(zhì)量，了解套管與水泥環(huán)、水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況(CBL只能顯示套管與水泥的膠結(jié)情況，第一聲學(xué)界面）！V套管>

V泥漿

；V套管>

V水泥

；V地層>

V水泥（Vm<Vs>Vc<Vp)====》全波列波形識別①套管波②地層波（縱波、橫波、視瑞利波組合而成，幅度值較高）③泥漿波（到達(dá)時(shí)間最晚，穩(wěn)定，頻率低，幅度變化不大）④ST斯通利波（僅隨泥漿波之后）地面儀TR套管水泥地層泥漿波密度全波列波形圖VDL是現(xiàn)場檢查固井質(zhì)量的常用方法，其優(yōu)點(diǎn)是簡單、信息量大，它在每一深度采樣點(diǎn)上輸出一個反映該點(diǎn)所在層段的聲波全波列圖，該波列圖上既有反映第I界面的套管波，還有反映第II界面的水泥環(huán)波及地層波。在處理VDL資料時(shí)，通常將地層波的幅度作為判斷第II界面膠結(jié)狀況的標(biāo)準(zhǔn)。在對地層波解釋時(shí)，最好應(yīng)用譜分析法，在時(shí)間域和頻率域內(nèi)從相當(dāng)速度、幅度方面綜合解釋。記錄方式：調(diào)輝記錄和調(diào)寬記錄調(diào)輝記錄:以顏色深淺變化反映聲波能量的變化(主要使用)調(diào)寬記錄:以記錄條帶寬度的變化反映聲波能量的變化；經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場表明，在各種水泥膠結(jié)情況下，套管波與地層波的幅度變化有一定的規(guī)律：自由套管時(shí)，套管信號強(qiáng)，地層信號弱(如圖a);固井質(zhì)量好時(shí)，套管信號弱，地層信號強(qiáng)(如圖b);水泥與套管膠結(jié)好，水泥與地層膠結(jié)不好時(shí)，套管與地層信號都弱(如圖c)。不同固井情況下的套管波與地層波如下TR水泥套管地層2、聲波變密度VDL圖解釋:條紋粗細(xì)或消失或變形（1）自由套管波—套管外無水泥而是泥漿地面儀泥漿波V泥漿<V套管特征：套管波強(qiáng)，地層波弱

或沒有，在VDL圖上，出現(xiàn)平直的套管波粗

黑條紋(相線)，越靠近左邊反差明顯，對應(yīng)

著套管接箍處出現(xiàn)人

字形條紋（套管接箍

明顯）。（1）套管外無水泥而是泥漿即自由套管波情況TR水泥套管地層（2）第I界面和第II界面膠結(jié)都好地面儀V套管>V泥漿，V套管>V水泥V

>

V地層 水泥（Vm<Vs>Vc<Vp)====》在全波列波形如何判斷：套管波弱，地層波強(qiáng)，在VDL密度上左邊的條紋模糊或幾乎消失，與右邊的條紋即地層波反差大，地層波象裸眼井測的一樣 ！泥漿波（2）第I界面和第

II界面膠結(jié)都好地層波3）第I界面膠結(jié)好，第II界面膠結(jié)差：套管波很弱，地層波也弱或消失；套管波和地層波左右條紋模糊、信號很弱（CBL曲線低值，對此無能為力甚至誤判。油田不少井因水泥環(huán)與地層膠結(jié)不好而發(fā)生串槽）4)I界面膠結(jié)差，II界面膠結(jié)好：套管波很強(qiáng)，地層信號中等顯示；左邊條紋明顯,右邊也有顯示。注意(地層疏松或井眼很大或水泥與套管空隙很大，使地層波信號變?nèi)?)第I界面和第II界面膠結(jié)都差：套管波明顯，條紋、多幅度大，有的井段套管信號占據(jù)了地層波或泥漿波的位置，與自由套管時(shí)的套管波類似！地層波微弱甚至消失，泥漿波條紋由于受套管波的影響而出現(xiàn)波浪形！關(guān)于第I和第II界面膠結(jié)質(zhì)量在VDL圖的特點(diǎn)總結(jié)：1)第一界面膠結(jié)好時(shí)，在VDL圖上，其套管波一般為弱信號，條紋模糊或消失。反之亦然。2)第二界面膠結(jié)好時(shí)，在VDL圖上，其地層波一般都為強(qiáng)到中等信號顯示，條紋粗而明顯，顏色深。反之亦然。注意特殊情況！3)VDL資料判別膠結(jié)好壞的一般規(guī)則:好好

弱強(qiáng), 好差 弱弱，差好 強(qiáng)強(qiáng), 差差 強(qiáng)弱/強(qiáng)強(qiáng)通常將套管波的幅度作為判別第I界面膠結(jié)狀況的標(biāo)準(zhǔn)(套管波與第I界面偶合狀況的關(guān)系較簡單)，而將地層波的幅度作為判別第II界面膠結(jié)狀況的標(biāo)準(zhǔn)

(井內(nèi)記錄到的地層波與井內(nèi)流體的聲速及密度，套管及水泥環(huán)的厚度、聲速和密度及地層的聲學(xué)特性有關(guān))！波列上按傳播時(shí)間區(qū)分套管波、地層波、泥漿波：例如在7ft的長源距聲波全波列測井圖中:378~400[392]us

,

928

~

1088us,

1728us56us/ft,

135

~

155us/ft，247us/ft

5ftVDL的地層波到達(dá)時(shí)間：Tb=180+5*0.3048*⊿tc討論:圖a第I+II界面膠結(jié)差，圖b第I+II界面膠結(jié)100

s

1000100

s

1000普通聲幅CBL測井僅對I界面評價(jià)效果好，普通變密度VDL測井(源距為4-5ft全波列測井)難以區(qū)分套管波和地

層波以及波列的特征不明顯而使兩個界面的膠結(jié)情況都難以判斷。為此建議，盡量采用長源距(7

10ft)全波列測井資料的VDL變密度圖以及提取套管波首波幅度值綜合判斷水泥環(huán)兩個界面的膠結(jié)情況。已有大量應(yīng)用證明，結(jié)果可靠，效果明顯。實(shí)例(云南陸良盆地砂泥巖剖面和貴州赤水碳酸巖鹽剖面測了3口套管井)。雙層套管時(shí)如何判斷膠結(jié)質(zhì)量？CBL+長源距

(7ft)全波列測井資料的變密度圖VDL特殊情況分析：For

Exle:某井段下了雙層套管，外層套管下深為121.45米，在長源距的VDL圖上，套管波很強(qiáng)，看不見地層波，但套管波中的第1，第2兩個黑色條紋(相線)缺失，表明內(nèi)層套管外有水泥而外層套管外無水泥，內(nèi)層套管水泥膠結(jié)好，外層套管外水泥膠結(jié)差。目前國內(nèi)對CBL和VDL資料的解釋主要停留在定性半定量解釋的水平上(存在人為因素、解釋標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一、資料多解性強(qiáng)等），所以提出…4)CBL+VDL定量評價(jià)固井質(zhì)量新方法：根據(jù)相關(guān)分析及大量的變密度數(shù)據(jù)與波形對比，提出了利用能量分析法來計(jì)算套管波和地層波能量參數(shù)EI,EII，并進(jìn)行相應(yīng)的歸一化處理，使計(jì)算得到的I、II界面膠結(jié)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，并制定相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(CBL、BII、RI、RII)來確定I、II界面的膠結(jié)狀態(tài)。表1

高密度水泥固井質(zhì)量定量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)I界面定量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

II界面定量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

膠結(jié)情況CBL測井<10%BII(環(huán)空膠結(jié)率)>80%EI

(能量參數(shù))

EII(能量參數(shù)) 評價(jià)結(jié)論<8%

<40%

好10-30%40-80%8-25%

40-80%

中等>30%<40%>25%

>80%

差表2

低密度水泥固井

I

界面定量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)CBL測井<20%20-40%>40%BII(環(huán)空膠結(jié)率)>70%30-70%<30%EI

(能量參數(shù))<15%15-35%>35%膠結(jié)情況評價(jià)結(jié)論好中等差聲幅曲線與平均能量法計(jì)算套管波能量對比第I-II界面膠結(jié)都好時(shí)的聲幅變密度處理成果圖第I-II界面膠結(jié)都好時(shí)的聲幅變密度處理成果圖三、CET扇區(qū)水泥膠結(jié)測井

CementEvaluationToolCBL和VDL兩種測井的測量值是一平均概念，局限性在于不能顯示某方位水泥膠結(jié)質(zhì)量，而

CET不僅反映套管井中2個聲學(xué)界面的膠結(jié)情況，而且對管外水泥具有圓周(徑向)分辨率和縱向分辨率，提供水泥抗壓強(qiáng)度的測量，以高靈敏度聲波井徑反映各方位的套管內(nèi)徑，指示套管變形、腐蝕及磨損情況等。提高了定量評價(jià)水泥膠結(jié)的精度，且容易解釋！CET/SBT下井儀器由8個聲波換能器和一個參考換能器組成。8個換能器(高垂直分辨率的傳感器)是逐個測量的，按螺旋形排列(相鄰兩個之間夾角為45。),各探測套管的45度空間，即可以探測井周的8個不同方位上的扇形空間的膠結(jié)質(zhì)量。它們縱向排列長度大約為2ft

(

0.6米）。每個換能器采用脈沖-回波方式工作，既是

聲波發(fā)射器又是聲波接收器，對著套管壁的方向

發(fā)射聲脈沖，脈沖在套管內(nèi)外界面之間反射諧振，此時(shí)換能器可得到衰減形式的諧振回波信號。CET測井圖顯示為三道：第1道：平均井徑MDIA曲線(4條聲波井徑套管內(nèi)徑曲線的平均值)+偏心率EXCE曲線(EXCE>35mm會影響到測量結(jié)果，可用其作質(zhì)量控制)；第2道：最大、最小抗壓強(qiáng)度曲線CSmx+CSmn以及儀器的相對方位和傾斜度RB+DEVI曲線;第3道：8個換能器測得的8個被檢測部分的(套管扇形區(qū))水泥強(qiáng)度的變密度顯示（每一個換能器的響應(yīng)值顯示的1/8方位，8個換能器把套管圓周完整地顯示出來）CET曲線解釋方法：1）可以直觀地顯示竄槽位置和方位：由于

VDL圖上陰影的顏色深淺與抗壓強(qiáng)度成正比，則暗的地方表示膠結(jié)良好，明暗不均的白色區(qū)域則說明表示膠結(jié)不好、有竄槽(由CSU軟件確定串槽的真方位)；2）4條聲波井徑曲線可反映套管的變形和腐蝕情況。WW膠結(jié)指數(shù)的計(jì)算：P7fig2-37最右邊的7個小道表示什么？超聲波成像測井(USI，UBI,優(yōu)于BHTV)1)與CET工作原理相同，測量沿徑向向套管發(fā)射的超聲波脈沖的回波，可提供連續(xù)的全井眼回波信號；2）由地面的MAXIS-500儀器系統(tǒng)執(zhí)行分析，產(chǎn)生4個參數(shù)：水泥聲阻抗Z(評價(jià)膠結(jié)情況)、套管內(nèi)徑和厚度、諧振回波、回波幅度；輸出2種成果圖：水泥評價(jià)圖和套管腐蝕評價(jià)圖。4井(USI）測井儀器USI有兩種操作狀態(tài)，即標(biāo)準(zhǔn)測量和流體測量。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為面向套管和井壁的標(biāo)準(zhǔn)測量方式，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將使換能器在總成內(nèi)旋轉(zhuǎn)180，這樣可以測量井內(nèi)流體的特性。USI使用的是不聚焦的換能器，將USI面向平面的換能器換成高分辨率聚焦的裸眼換能器，USI就變成了UBI測井儀。為了從USI采集的資料中得到可靠的信息，現(xiàn)

已開發(fā)出一種稱為T3的處理新技術(shù)。USI數(shù)據(jù)的這種處理技術(shù)為了測出下列參數(shù)：套管的內(nèi)半徑，套管內(nèi)表面的粗糙度、套管厚度和水泥的聲阻抗。可以直接從基本的諧振響應(yīng)得到聲阻抗。水泥膠結(jié)評價(jià)CET的測量原理與USI的測量原理相似，都可以提供具有方位分辨能力的測量結(jié)果，以探測各個方位上的水泥膠結(jié)質(zhì)量。但CET有8個換能器，它

們呈螺旋狀排列，方位上彼此相差45度，并且每個換能器只探測到一小段的套管。USI測井儀只有一個旋轉(zhuǎn)換能器，它能探測整個套管。超聲波成象測井采用旋轉(zhuǎn)式超聲換能器對井周進(jìn)行掃描，并記錄回波波形信號，將測量到的反射波幅度和傳播時(shí)間等信息進(jìn)行一系列處理，把結(jié)果按井周360方位顯示成象，可以得到整個井壁的高分辨率成象。USI用于水泥評價(jià)：測