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大庆调整井声变遇阻分析及对策研究 摘要 测声变遇阻是指在测井过程中，套管内钻井液受内因或外因影响而性能恶化、稠 化沉积，从而造成声变测井仪器下行过程中遇阻的现象。测声变遇阻严重影响固井质 量，给交井作业带来很大困难。 测声变遇阻的根本原因是套管内的顶替钻井液局部稠化沉积，造成仪器下行受阻。 造成顶替钻井液局部稠化沉积的原因主要有以下几个方面：一是顶替钻井液受套管内 壁上残留水泥浆的污染：二是顶替钻井液密度小，粘切太低，悬浮不住固相颗粒；三 是顶替钻井液密度大，粘切太高，使仪器下行困难：四是钻井液中固相含量太高。 大庆地区所钻调整井在测井过程中，测声变遇阻情况时有发生，严重影响了固井 周期和固井质量，造成很大的经济损失。 本文根据对大庆地区调整井固井设备及固井顶替钻井液性能的分析与实验，确定 了造成大庆调整井声变遇阻的原因：一是顶替钻井液受套管内壁上残留水泥浆的污染： 二是顶替钻井液密度小，粘切太低，悬浮不住固相颗粒。并且研制出了h t 提切剂， h t 提切剂同时具有抗水泥浆污染的功效。同时通过实验，应用了性能良好的低损害钻 井完并液，并配合振动筛、除砂器等二级固控设施控制钻井液的固相含量，成功预防 了声变遇阻：对于已遇阻井，通过优化筛选通井设施，使通井后的固井质量不受影响。 关键词：声变测井：遇阻：顶替钻井液；固井质量；通井 s t u d yo nt h es o l u t i o na n da n a l y s i st ot h ec b l v d l l o g g i n gr e s i s t a n c eo fd a q i n ga j u s t m e n tw e l l a b s t r a c t t 1 i ec b l v d ll o g g i n gr e s i s t a n c em e a n st h a ti nt h e p r o c e s so fo i lw e l ll o g g i n g p r o c e s s ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h ed r i l l i n gf l u i db e c o m e sw o r s e ，t h i c k e n e da n ds e d i m e n t a r yi n t 1 1 ec a s i n gb e c a u s eo f t h ei n f l u e n c eo f t h ei n t e r n a lo rt h ee x t e m a lf a c t o r , w h i c hc a nm a k et h e l o g g i n gi n s t r u m e n th i ta no b s t r u c t i o ni nt h ep r o c e s so f m e a s u r e m e n t t h eb a s i cr e a s o no ft h ec b l v d ll o g g i n gr e s i s t a n c ei st h a ti nt h ec a s i n gp a r to ft h e d r i l l i n gf l u i di st h i c k e n e da n ds e d i m e n t a r y ，w h i c hm a k e st h ei n s t r u m e n tb eb l o c k e dw h e n m e a s u r i n g 1 1 1 er e a s o n so ft h et h i c k e n e dp r o p e r t yo ft h ep a r to fd r i l l i n gf l u i da r em a i n l yt o b ea sf o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t s ：t h ef i r s to n ei st h a tt h ed i s p l a c i n gd r i l l i n gf l u i di sp o l l u t e d b yt h er e s i d u a lc e m e n ta d s o r b i n go nt h ec a s i n ge n d o p h r a g m ；t h es e c o n do n ei st h a tt h e d e n s i t y , v i s c o s i t ya n ds h e a r i n gf o r c eo ft h ed i s p l a c i n gd r i l l i n gf l u i di st o os m a l lt ol e v i t a t e t h es o l i dp h a s ep e l l e t ；t h et h i r do n ei st h a tt h ed e n s i t y , t h ev i s c o s i t ya n ds h e a r i n gf o r c eo f d i s p l a c i n gd r i l l i n gf l u i di st o ob i gt om a k et h ei n s t r u m e n tg od o w n w a r df o rm e a s u r e m e n t ；t h e l a s to n ei st h a tt h es o l i d sc o n t e n ti nt h ed i s p l a c e m e n tf l u i di st o oh i 曲 i nt h eo i lw e l ll o g g i n gp r o c e s so ft h ea d j u s t m e n tw e l li nd a q i n go i lf i e l d ，t h es i t u a t i o n o ft h ec b l - v d ll o g g i n gr e s i s t a n c es o m e t i m e so c c u r ，w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h ew e l l c e m e n t a t i o nc y c l ea n dc e m e n t a t i o nq u a l i t ya n dm a k ev e r yb i ge c o n o m i cl o s s a c c o r d i n gt o t h ea n a l y s i sa n dt h ee x p e r i m e n ta b o u tt h ec e m e n t a t i o ne q u i p m e n to f a d j u s t m e n tw e l la n d t h et h ep e r f o r m a n c eo fd i s p l a c e m e n tf l u i di nd a q i n ga r e a , t h i sa r t i c l e h a sd e t e r m i n e dt h er e a s o n sw h i c hr e s u l ti nt h ec b l v d ll o g g i n gr e s i s t a n c ei nd a q i n g a d j u a t m e n tw e l l ：t h ef i r s to n e i st h a td i s p l a c e m e n tf l u i di sp o l l u t e db yt h er e s i d u a lc e m e n t a d s o r b i n go nt h ec a s i n ge n d o p h r a g m ；t h es e c o n do n ei st h a tt h ed e n s i t y , v i s c o s i t ya n d s h e a f i n gf o r c eo ft h ed i s p l a c i n gd r i l l i n gf l u i di st o os m a l lt ol e v i t a t et h es o l i dp h a s ep e l l e t a n dt h eh th a sb e e nd e v e l o p p e dt or a i s es h e a r i n gf o r c e a tt h es a m et i m et h eh ta l s oh a s t h ea n t i - c e m e n tm o r t a rp o l l u t i o ne f f e c t m e a n w h i l e ，l o wh a r mw e l ld r i l l i n gc o m p l e t i o nf l u i d w h i c hh a sg o o dp e r f o r m a n c ei su s e d ，c o o r d i n a t i n gt h es h a k e ra n dt h ed e s a n d e rt oc o n l r o l t h es o l i d sc o n t e n to ft h ed r i l l i n gf l u i d ，w es u c c e e di np r e v e n t i n gt h ec b l v d ll o g g i n g r e s i s t a n c e f o rt h ew e l lr i g h t e dp u l l ，o p t i m i z i n gd r i f t i n gi n s t a l l a t i o nc a nm a k et h a tt h ep r o c e s s o f d r i f t i n gd o s e n ta f f e c tt h ec e m e n t a t i o nq u m i t yt h r o u g h ， k e yw o r d s ：c b l v d ll o g g i n g ；r e s i s t a n c e ；d i s p l a c e m e n tf l u i d ；w e l lc e m e n t a t i o n q u a l i t y ；d r i f t i n g 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章前言 1 1 国内外测井技术及声变测井技术概况 1 1 1 国内外测井技术概况 测井是一种井下油气勘探方法。测井是石油十大学科之一。测井学是测井学科 的理论基础。现代测井是当代石油工业中高技术含量最多的产业部门之一。 ( 1 ) 测井技术的新进展和发展趋势 测井新技术来源于测井前沿技术的研究。系列化和数字化是测井高新技术的重要 标志。目前，测井技术的发展趋势主要是广泛地采集有效的基本参数，以及利用各种 类型的生产测井仪、综合仪得到套管井的生产测井参数，取得更多的动态资料，并通 过微机处理显示在屏幕上，使技术人员对生产过程有更清楚的认识。 套管测井 目前套管和油管内所使用的测井方法主要有微差井温、噪声测井、放射性示踪、 连续转子流量计、集流式和水平转子流量计、流体识别、流休采样，微差井、经井径 测量、电磁测井、声测井径和套管电位、井眼声波电视、套管接箍、脉冲回声水泥结 胶、径向微差井温、脉冲中子俘获、补偿中子、氯测井、伽玛射线、自然伽玛能谱、 次生伽玛能谱、声波、地层测试器等测井方法。 测井结果的准确性取决于测井工艺水平、仪器的质量和科技人员对客观影响因素 的校正。在套管测井资料的解释和处理方面主要分四部分，即井下微电路、井下微机 处理、地面数字遥测系统和车载计算机测井资料处理系统四部分。 生产测井的资料解释 为了获得油藏描述和油藏动态监测准确的资料，许多公司都把生产测井资料和其 它科学技术资料综合起来。不仅测得流体的流动剖面，而且要搞清流体流入特征，因 此生产测井资料将成为油藏描述和油藏动态监测最重要的基础。 生产测井技术中一项最新的发展是产能测井，它建立了油藏分析与生产测井资料 的关系。产能测井表明，生产流动剖面是评价完井效果的重要手段。产能测井曲线是 裸眼井测井资料、地层压力数据、产液参数资料、射孔方案和井下套管设计方案的综 合解释结果，其根本目的就是利用油层参数预测井眼流动剖面。生产测井流量剖面成 为整个油层评价和动态监测的一个重要方法。 随钻测量与地层评价的进展 地层评价的最新进展，尤其是随钻数据采集，改善了地层数据的质量，增加了数 据量，降低了成本，提高了作业效率。电缆测井的新进展有：推出了随捞测井；改进 了nm r 、成像、脉冲中子和压实测井仪；出现了新的生产测井方法。随钻测量( n w d ) 的进展体现在：仪器尺寸更小：扩大了温度范围：出现了新的地质导向技术。 第1 章前言 世界测井技术的“三个突破、两个进展” 2 l 世纪，世界测井技术要在石油与天然气工业的三个领域寻求发展和提供服务： 开发测井技术：海洋测井技术；天然气测井技术。 2 l 世纪世界测并的三个突破是：成像测井技术；核磁测井技术；随钻测井 技术。两个进展是：组件式地层动态测试器技术；测井解释工作站技术。“三个 突破、两个进展”代表了2 l 世纪世界测井技术的发展方向。为了赶超世界先进水平， 我国也要开展“三个突破、两个进展”的研究。 一 ( 2 ) 国内外测井技术水平对比 国外测井技术水平 在世界石油工业中，数字测井技术、数控测井技术和成像测井技术都在使用，成 为当今世界油气勘探与开发的重要方法和有效的手段。目前，全世界有四个石油测井 大国( 美国、法国、中国和俄罗斯) 。西方有三大测井公司( s c n u m b e r g e r ,a t l a s ， h a l l i b u r - t o n ) 正在发展第五代测井技术一成像测井技术。俄罗斯仍在使用第二代测井 技术一数字测井技术，第四代测井技术一数控测井技术刚试制仪器推机。 在石油工业中，出现过三次测井高技术：7 0 年代初，出现了数字测井技术： 8 0 年代初，出现了数控测井高技术：9 0 年代初，出现了成像测并高技术。目前西 方正在进行2 l 世纪前沿技术的研究。 岩石物理学是测井基础研究的核心内容。s c h l u m b e r g e r 讼司道尔研究中心对岩石 的声、光、磁、热、核、力特性进行实验研究，建立了许多测井新方法，成像测井和 核磁测井就是其中的例子。s h e l l 石油公司开展的未来岩石物理学研究，使测井解释 岩石的孔、渗、饱等参数更接近于油田实际，提高了测井估算可采油、气资源的能力。 前苏联的测井基础研究工作发现了水淹油层的导电机理，做出了世界上第一条电 阻率与饱和度的“u ”型曲线，推进了测井解释技术的发展。俄罗斯使用的核磁测井、 双频电磁波测井、宽频带声波测井、中子寿命测井等方法不仅先进，而且颇有特色。 目前俄罗斯的测井研究处于停滞状态。 西方数控测井技术仍然是当今世界石油行业中广泛使用的高科技，仍占测井市场 的7 0 。成像测井技术是超前的测井技术，推广应用面约占测井市场的3 0 。成像 测井技术价格高昂，油田每口油井平均日产4 0 t 以上，才能用得起该技术。最近 s c h l u m b e r g e r 公司推出一种简易成像测井技术，在不降低成像测井功能条件下，测井 费用与数控测井技术相当，为工业化推广创造了良好的环境。在过去的1 0 年中，使 用数控油井技术，增加的油、气地质储量估计在1 0 以上。成像测井技术更有利于提 高复杂油、气藏的勘探与开发效益。据预测，油、气储量在数控测井技术的基础上还 可以提高1 0 2 0 。因此，成像测井对未来石油工业的发展很具吸引力。 国内测井技术水平 我国测井技术走的是：“引进、消化、吸收、创新、发展”的道路，缩短了与国 外先进测井技术的距离。数控技术是我国测井应用的新技术，引进的少量成像测井技 术用于探测复杂油气藏。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 经1 0 年的科技攻关，我国测并技术的发展经历了从模拟测井技术、数字测井技 术逐步向数控测井技术过渡。 西安石油勘探仪器总厂牵头研制的现代化数控测井系统，仪器性能指标达到国外 同类产品先进水平，部分井下仪器性能居世界领先地位。我国数控测井技术应用范围 约占3 0 。测井解释技术从微机、专用机处理向工作站处理技术过渡，从单井解释技 术向多井解释技术、油藏描述技术过渡。复杂油、气藏测井处理解释技术和高含水期 剩余油处理解释技术，居世界领先水平。 s k c a 型数控测井系统、数控生产测井系统、钻进式井壁取芯器、深穿透射孔弹、 测并解释工作站平台、塔里木测井油、气层评价和储层描述、薄层测井技术、水淹机 理实验研究，在油藏温度和压力条件下的饱和度实验研究、测井地质学研究，都有新 进展，有的攻关成果达到了国际先进水平，有的攻关成果水平居国际领先地位。 “九五”期间主要推广应用数控测井技术、测井解释工作站技术和生产测井配套 技术，引进、消化和发展成像测井、核磁测井及地球化学测井技术。 差距和建议 我国测井技术主要差距在硬件设备和配套技术上。西方进入成像测井发展新时 代，在本世纪末或下世纪初，用成像测井技术更新换代数控测井技术。我国仍在发展 数控测井技术，成像测井技术处于研究阶段。国内受测并仪器发展的制约，在多学科 软件集成和成像处理技术上差距较大。 西方一些大公司设有专门的测井前沿技术研究中心，使该公司的测井技术在世界 石油工业中处于垄断地位。 西方测井分为电缆测井和随钻测井两大类，现己出现随钻测井技术部分代替电缆 测井技术的趋势。但我国随钻测井还是一片空白，建议我国也应着手研究，发展中国 的随钻测井技术。 。 西方测并技术9 0 年代初开始步入第五代测井技术一成像测井技术发展新时期， 油井技术水平居世界领先地位；中国正在发展第四代测井技术一数控测井技术，成像 测井技术研究处于起动阶段，测井技术水平居世界第二；俄罗斯正在发展第三代测井 技术数字测井技术，数控测井技术处于起步阶段，测井水平居世界第三位。 西方的“网络一体化软件集成平台”代表了当前测井数据处理技术的最高水平。 我国在测井数据处理领域初步建立了一体化的开放式处理软件集成平台，技术水平接 近于西方。俄罗斯测井数据处理技术相当于西方8 0 年代初水平，尚未步入测井解释 工作站时代。 测井是一种高技术产业。西方三大测井公司每年投入的研究经费为1 0 ，我国不 到2 。发展中国测井技术必须增加研究经费的投入。目前，我国与西方国家比较， 测井技术相差一代，大概落后1 0 年。但是，我国测井解释技术仍处于世界先进水平。 我国油、气藏的非均质特点突出，测井技术应走创新发展的道路，建立适合中国 油、气地质特点的测井新理论、新方法、新技术和新仪器，解决我国复杂油、气藏的 勘探与开发测井技术难题，增加油、气储量及产量。“九五”期间和2 l 世纪，要特别 重视我国水驱油田开发测井技术、天然气测井技术和海洋石油测井技术的发展。 第1 章前言 以核磁共振测井和成像测井( 包括井壁成像与阵列电测井) 为代表的测井新技术是 当前国际测井科技的前沿。其次是针对大斜度井、水平并等复杂非均质的电性与阵列 电测及其正、反演处理与解释的研究。三是成像测井地质应用和岩石物理研究作为主 攻方向。加强测井学科的基础研究，将“一学、二论、三谱”作为发展我国测井前沿 技术研究的科学依据。 1 1 2 国内外声幅一变密度测井技术现状 声幅一变密度( c b l v d l ) 测井仪可以定性地判断水泥与套管、水泥与地层的胶结 情况，还可用于寻找水泥返高位置、评价挤水泥效果等。c b l v d l 仪器是由单发双 收的3 f i 5 r 的声波变密度测井仪和8 发8 收源距为2 f t 的扇区水泥胶结测井仪组成， 其中发射器和接收器是一对应的，每组发射一接收对覆盖4 5 0 范围，进行纵向和径向 每个扇区4 5 0 的水泥胶结测量。利用3 n 源距的接收器记录套管波幅度( c b l ) ，幅度衰 减程度与套管和水泥的胶结程度有关：利用5 r 源距的接收器记录变密度波形( v d l ) ， 评价水泥与地层的胶结程度。 声幅变密度测井是固井中的一种重要的声波测井方法，它记录的是声波全波列信 号幅度同时间的关系。与常规声幅测井相比，它不仅记录了首波( 套管波) 的幅度，而 且还记录了后续波幅度的变化。其结果反映了两个胶结面( 套管与水泥、水泥与地层) 上声波幅度的衰减情况，其用途除了用于检查两个胶结而的胶结情况外，还可用于检 查地层压裂效果、检查和判断套管外出砂层位等因而具有广泛的应用前景。 目前国内外针对声幅变密度测井资料定量解释的相关研究较少，主要停留在定性 解释的水平。在解释过程中存在较大的人为因素，造成解释标准难以统一及资料多解 性较强等诸多不利因素。声幅测井的定量评价国内外研究成果较多，但针对变密度测 井资料的定量评价方法却相对较少，主要困难：地层波受套管波的干扰比较严重；套 管波与地层波界限不明显：测量得到的变密度波列频散严重；波列影响因素较多，相 同胶结状态下，波列形态差异较大，无可比性。在利用频率滤波法、相位分析法、波 列相关对比法来处理变密度数据的定量评价方法无法达到预期效果，而且由于诸多干 扰因素的影响，变密度波列数据的干扰因素无法消除。 1 2 大庆油田测声变过程中遇到的问题 调整井是在原有井网基础上，为改善油气田开发效果，而补充钻的一些零散井或 成批成排的加密井。在调整井上为了提高套管的使用寿命、降低套损率，需在套管串 中安放一个水泥面控制接头，而使用该接头的井目前还无法应用清水做顶替液顶替水 泥浆，因此在固井作业完成后，套管内将充满钻井液。由于钻井液不流动时的稠化沉 积特性，以及从2 0 0 2 年大庆油田开始执行延时( 1 5 一1 7 天) 测声变的技术规定后，部 分井( 约8 ) 出现了测声变遇阻现象，通过对现场实际情况的统计发现声变遇阻对固 井质量造成的影响很大，截止2 0 0 6 年2 月2 7 日，我们对声变遇阻进行了统计，从 2 0 0 5 0 1 0 1 2 0 0 6 0 2 2 7 ，共发生声变遇阻井1 7 1 口，固井优质率仅为3 6 5 l 。其中 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 2 0 0 5 年替钻井液声变井口数为1 0 7 1 口，声变遇阻井1 6 5 口，占1 5 4 l ，2 0 0 6 年替 钻井液声变井口数为4 9 口，声变遇阻井6 口，占的1 2 2 4 。 表卜12 0 0 5 20 0 6 年声变遇阻井统计表( 包括超时井) 遇阻；廷型遇阻口数( 口)比例( )洗井液密度遇阻井( 口)所占比例( ) 1 3 0 一14 076 6 7 1 4 0 一1 5 04 44 1 9 0 1 5 0 一1 6 03 93 7 1 5 1 0 56 1 4 0 中途遇阻1 6 0 1 7 06 5 7 l 1 7 0 - 1 8 065 7 1 1 8 032 8 6 1 3 0 - 1 4 01 31 9 7 0 1 4 0 - 1 5 03 75 6 0 6 l5 0 一1 6 01 42 1 2 1 底部遇阻 6 63 8 6 0 1 6 0 1 7 00 1 7 0 18 023 0 3 ， 1 8 0o 合计 1 7 1 表卜2 ：固井后2 0 天以内测声变遇阻井统计表( 不包括超时井) t a b l e2 - 2s t a t i s t i c sa b o u tt h ec b l - v d l l o g g i n gw e l l sw h i c hr e s i s ti nt w e n 妙d a y sa f t e rc e m e n t i n g 遏阻类型遏阻井( 口)比例( )洗井液密度遏阻井( 口)所占比例“) 1 3 0 1 4045 9 7 1 4 0 1 502 63 8 8 1 1 5 0 1 6 02 84 1 7 8 中途遏阻6 75 5 8 3 1 6 0 1 7 034 4 8 1 7 0 1 8 045 9 7 1 8 0 2 2 9 9 1 3 0 1 4 081 5 0 9 1 4 0 一1 5 03 3 4 9 2 5 l - 5 0 1 601 12 0 7 5 底部遏阻 5 34 4 1 7 1 6 0 1 7 0 0 1 7 0 一18 011 8 9 1 8 00 合计 1 2 0 5 第1 章前言 统计得知：固井后2 0 天以内测声变的井遇阻井共1 2 0 口，其中中途遇阻为6 7 口， 所占比例为5 5 8 。底部遇阻井为5 3 口，所占比例为4 4 1 7 ，中途遇阻多于底部遇 阻。声变遇阻后需要进行通井作业才能二次测声变，但在通井作业中，由于通井仪器 的震动等原因，使得套管与水泥环之间的胶结情况下降，通井作业后声变测试结果发 生急剧变化，胶接指数明显下降，严重影响固井质量评价及交井工作，造成了不必要 的经济浪费。以我公司为例，2 0 0 3 年有6 0 余口井因通井作业，造成胶接指数下降， 直接经济损失达二百余万元。因此，该项目是钻井工程中急需解决的技术难题。 1 3 进行降低测声变遇阻技术研究的现实意义 油层套管内测声变遇阻，不但会影响到固井质量，而且需要进行通井才能进行二 次测井，但是在通井过程中由于仪器的震动等原因使固井质量进一步恶化，严重影响 固井质量评价和交井作业，不但费工时，延长了建井周期，而且给公司造成很大的资 金浪费，造成很大损失，可见，解决声变遇阻问题刻不容缓，进行降低声变遇阻技术 研究并研制出一套能够降低测声变遇阻的切实可行的方案，具有重要的现实意义，本 课题组通过对过去声变遇阻井的深入分析，提出了解决声变遇阻问题的配套技术研究 项目，一是详细分析声变遇阻的原因，研究了预防测声变遇阻的技术措施；二是改变 现有通井方式，研究声变遇阻后的通井技术。通过研究和现场试验，效果显著，不但 省工缩时，缩短了固井周期，而且提高了固井质量，使交井作业能够顺利完成，最重 要的是给公司带来了巨大的经济利益，具有很强的实用性和显著的经济与社会效益。 1 4 本文的研究内容及其主要成果 1 4 1 本文的研究内容 本文以如何降低声变遇阻为出发点和归宿点，着重进行了以下几个方面的研究： ( 1 ) 对声变测井原理进行归纳总结； ( 2 ) 对固井质量影响因素进行总结分析； ( 3 ) 在以上工作的基础之上，详细分析声变遇阻的原因，研究预防测声变遇阻的 技术措施： ( 4 ) 基于已遇阻井，根据现有通井方式，研究声变遇阻后的通井技术，降低通井 对固井质量的影响。 1 4 2 主要成果 目前我公司每年约有5 0 6 0 2 1 声变遇阻井，通井后严重影响固井质量评价和交井 工作，而本项目可以成功解决以上问题。应用降低声变遇阻配套技术，可以有效降低 声变遇阻，使用本遏阻通井装置通并可以保证固井质量不被破坏，避免通井后出现不 合格井，每年可以为钻并公司减少数百万元的采油厂舍层扣款和不合格井扣款，同时 保证了油水井的使用效果和延长了油水井使用的寿命。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 1 5 关键技术及创新点 ( 1 ) 降低测声变遇阻的关键技术是提高顶替钻井液的静切力，阻止固相沉淀另 外预防残留水泥浆污染，预防局部钻井液粘度、切力显著增大。创新点是研究应用了 既能提高钻井液切力，又能抗水泥浆污染的添加剂，在固井施工中向顶替钻井液中加 入该田j i i i i ，有效的预防了测声变遇阻。 ( 2 ) 声变遇阻通井技术的关键是通井装置的研制，从机械、电力和水力3 个方 面提出了多个通井装置方案，分析各种方案优缺点，本着经济实用原则，优选出了机 械通井方案，可以成功解决中途遇阻、下部遇阻等多种测声变遇阻情况。创新点：该 声变测井遇阻通井装置克服了常规通井时钻具对套管内壁的碰撞冲击，钻井液局部循 环，不替换井内介质，避免了水泥环与套管壁之间形成微间隙而影响声变质量。 第2 章固井质量及声变测井原理分析 第2 章固井质量及声变测井原理分析 2 1 声幅一变密度测井原理 2 1 1 测井原理简介 声幅一变密度测井是由磁定位( c c l ) 、自然伽马仪( g r ) 和声幅一变密度仪( c b l v d l ) 组成，能够实现一次下井，测出c c l 、g r 、c b l v d l 等多条组合曲线。 声幅一变密度( c b l v d l ) 井下仪包括电子线路和声系两大部分，其中声系包括一个 发射器和两个接收器，源距分别为3 英尺和5 英尺。 对于3 英尺源距接收器，声波发射器发射声脉冲，经过泥浆( 或井液) 折射入套 管，产生套管波。套管波沿最短路径传播，折射入井里泥浆( 或井液) 。接收器接受声 波波列中首波的幅度。经过电子线路把他转换为相应的电压值予以记录。当仪器沿井 身移动时，就测出一条随井深变化的声幅曲线。并通过声幅曲线值的高低对比来确定 套管与水泥环胶结的好坏。 对于5 英尺源距接收器，接受到的是声波的全波列，分为三个部分，即套管波、 地层波、直达波( 泥浆波和井液波) ，接收电子线路把信号转换为与其幅度成正比的点 信号，经电缆传至地面，检波后只保留其正半周部分，这部分电信号加到示波器或显 像管上，调制其光点亮度。波幅大，电压高，光点就亮，测井图上显示条带为黑色。 而光点亮度低时，测井图上显示为灰色条带。负半周电压为零，光点不亮，测井图上 显示为白色条带。变密度测井图就是黑( 灰) 白色相见的条带，以其颜色的深浅表示接 收到的信号的强弱，通过对变密度测井图上显示的套管波、地层波和直达波( 泥浆波和 井液波) 的强弱程度分析，来确定套管与水泥环和水泥环与地层胶结质量的好坏。 l - 仪器测井原理( c b l ) ( 1 ) 声波发射器发射声脉冲被3 英尺源矩接收器接收， 经井液折射入套管，产生套管波： ( 2 ) 套管波沿最短路径传播，折射入井液： ( 3 ) 接收器接收声波波列中首波的幅度； ( 4 ) 幅度到达电子线路被转换为相应的电压值并予以记录； ( 5 ) 当仪器沿井身移动时，就测出一条随井深变化的声幅曲线； ( 6 ) 通过声幅曲线值的高低对比来确定套管与水泥环胶结的好坏。 2 仪器测井原理( v d l ) ( 1 ) 声波发射器发射声脉冲被5 英尺源矩接收器接收声波全波列( 套管波、地层波、 泥浆和井液波) ； ( 2 ) 线路把信号转换为与其幅度成正比的电信号，经电缆传至地面： 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 ( 3 ) 电信号在显像管上被调制其光点亮度，根据其波幅大小和电压高低在测井图上显 示成黑白相间的条带： ( 4 ) 测井图黑( 灰) 白相间的条带，以其颜色的深浅表示接收到信号的强弱： ( 5 ) 通过对全波列的强弱程度分析，确定套管与水泥环、水泥环与地层的胶结质量。 2 1 2 测井资料质量控制 声幅曲线要根据套管外径尺寸的大小在自由套管处进行刻度检查，且有3 0 5 0 米 连续曲线，曲线变化平稳，符合质量要求，声幅重复曲线误差小于1 0 。不同套管外 径刻度值如下： 表2 - 1 套管外径与声幅值对应关系表 套管外径( 英寸)声幅值( m y ) 4 8 9 41 28 1 57 6 51 2 ( 常用) 6 9 7 2 ( 常用7 1 ) 7 6 2 75 85 9 95 8 5 l 1 03 44 & 变密度门坎合适，灰度清晰，在第一、第二交接面均好的井段，波列变化与岩性 具有相关性：测速6 0 0 m h ； 变密度曲线在自由套管处应反映出套管波信号，呈现一条条黑白相见的直条带： 声幅一变密度测井时，必须带扶正器，以保证仪器居中。 2 1 3 测井资料解释方法 ( 1 ) 定性解释 表2 - 2 测井资料解释对照表 固井质量情况声幅曲线( c b l ) 响应特征变密度曲线( v d l ) 响应特征 “自由套管”即未胶结的套 套管波很强，为黑白相间的 管，出现在水泥返高以上的井段，幅度高且较稳定，套管接箍 直条带，黑白线条是平行的，如 大部分声能将通过套管传到接收 处幅度显示明显。 显现摆动则说g 目仅器居中不佳。 几乎不出现地层波( 甚至没有) ， 器。而很少投射到地层中去。 套管接箍处出现人字纹。 9 第2 章固井质量及声变测井原理分析 续表2 - 2 固井质量情况 声幅曲线( c b l ) 响应特征变密度曲线( v d l ) 响应特征 套管与水泥、水泥与地层胶 结都好( 即第一、第二胶结面都 套管波弱，为灰白色相见 好) 套管与水泥胶结良好，且水 幅度低，随深度有所变化。 条带，有时甚至缺失；而地层 泥与地层胶结也良好的情况波较强，呈现清晰地黑白相见 下，声能将极有效地由套管传 地波状条带。 到水泥环再传到地层。 快速地层胶结，即水泥与 幅度较高，这是由于套管显示为明显的波纹条带状 套管和地层胶结都好，只是地 外地层岩性致密引起的。的地层波，缺少套管波。 层波传播速度快。 套管与水泥胶结良好，而套管波微弱或缺失，记录的地 水泥与地层胶结不好。( 即第一幅度低。 层波极弱或根本没有，最右边 界面胶结好，第二界面胶结差) 出现直条带的泥浆直达波。 微环胶结，即水泥和地层 胶结良好，套管和水泥之间存幅度较高( 相当于胶结中 显示出套管波，地层波也 在微小空隙。但能封住液体运 等) 。较明显。 移，只有气体能通过。( 如下图) 局部胶结即套管、水泥、 套管波比自由套管时显示 地层相互之间只有一部分胶 幅度略低于自由套管幅度 的弱，能显示出一些地层波信 结，而一部分没有胶结，在实 值，即幅度值较高，且不稳定。 息。 际测井中常常遇到。( 如下图) 套管与水泥胶结不好，水 泥与地层胶结好。即第一胶结 面胶结差，第二交接面胶结好。 这种情况目前在测井资料上还 很那难解释分析清楚，因第一 出现明显的套管波，而地 胶结面不好，大部分声能留在幅度为高值。 层波呈现出较难辨认的现象。 套管中，直接传到接收器，投 射到地层的很少，这就给测井 资料认识带来困难。实际中以 为套管与水泥胶结不好，就已 直接造成上下段串通。 ( 2 ) 定量解释 根据声幅曲线的幅度值，采用相对幅度法评价第一胶结面的固井质量。即： 相对幅度c = ( 目的层段的声幅值自由套管井段的声幅值) x 1 0 0 当相对幅度2 0 时，确定为胶结良好； 当相对幅度2 0 - 3 0 0 5 时，确定为胶结中等； 当相对幅度3 0 时，确定为胶结差。 根据变密度图上套管波显示的强弱来确定第一胶结面的胶结级别，套管波信号 微弱或缺失定为第一胶结面胶结良好：套管波显示清晰，曲线粗而黑，套管接箍明显， 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 定为第一胶结面胶结差；套管波显示较弱时定为第一胶结面胶结中等。 根据声幅一变密度测井资料解释规程，依据变密度图上显示的地层波的强弱来 确定第二胶结面的胶结级别。 对同一口井的不同井段，变密度地层波显示强确定为胶结良好；地层波微弱或缺 少，确定为胶结差：地层波可以辨认出，但地层波信息不清晰，确定为胶结中等。 2 2 固井质量影响因素及固井声变测井影响因素分析 2 2 1 固井质量影响因素 影响固井质量的因素多，涉及到与固井作业相关的各个环节，同时，这些因素的 作用机理、作用方式、作用时间都有所不同，且各因素之间相互影响、相互制约，既 可单独作用，也可联合作用影响固井质量，从而难以对其形成全而、系统、清晰的认 识。 本课题组根据固井作业所涉及的对象和固井作业的工艺流程对影响固井质量的因 素进行了较为系统、全而的分析。 1 根据作业涉及的对象进行分类 根据固井作业所涉及的对象，可将影响固井质量的因素分属8 个方面。 井眼条件 ，根据不同的划分标准，可将井眼划分为不同的井眼类型。根据井眼剖而形状，可 分为常规井、定向井、水平井、特殊结构井等；根据钻井目的，可分为勘探井、开发 井、调整井、注入井等：根据井下复杂情况，可分为高温高压深井、超深井，低压易 漏井、热采井、小间隙井等。不同的井别，由于其自身的特点，存在不同的固井难题， 因此，应根据具体情况选用适宜的技术措施子以解决。 井眼参数主要包括井深、井径、返高及上层套管程序。这些参数可影响环空浆柱 结构、注水泥过程中的环空流动压耗、顶替流速、流态以及水泥浆、冲洗液、隔离液 的用量。 井眼质量包括井径规则程度、井眼光滑程度、井径扩大率，以及井眼清洁程度等。 这些参数可以影响安全下套管、环空流动压耗，以及水泥浆对钻井液的顶替效率。 环空间隙根据尺寸大小，可分为大间隙、正常间隙和小间隙。大间隙影响水泥浆 对钻井液的顶替流速、流态，从而影响顶替效率；小间隙影响顶替流态、顶替流速， 以及平衡注水泥设计：小问隙水泥环的长期密封性能对水泥石的力学、热学性能及厚 度有特殊要求。 井内温度、压力影响水泥浆体系设计的温度、压力条件，影响水泥浆的流变性、 稳定性和施工安全性。 地层条件 地层岩性剖面影响水泥与地层之间的界而胶结及密封能力，从而影响固井第二界 第2 章固井质量及声变测井原理分析 而的层间封隔质量。 地层压力是固井作业需要重点考虑的影响参数，可影响环空浆柱结构、水泥浆体 系性能、平衡注水泥旋工设计、顶替流速、流态和在候凝过程中压稳地层流体、防止 地层流体窜槽等一系列影响固井质量的关键环节。 地层流体特性包括组分、状态( 静态、动态) ，可影响水泥浆的正常凝结过程，妨 碍其形成优质、完整的水泥环；可通过化学腐蚀作用破坏水泥石的化学、力学稳定性， 从而影响水泥环的长期密封性能。 地层气窜潜力的影响：不同气窜潜力的地层，需要使用不同的防窜水泥浆体系， 并采取适当的压稳措施。 作业目的 不同套管层次的固井作业，其作业目的和对作业质量的要求有所不同：对于需要 封隔的地层，对目的层和非目的层，可以有不同的层间封隔质量要求。 不同的井别，有不同的后期工况变化，但都要求水泥环具有良好的长期密封性能。 水泥浆凝结后，井内温度、压力的变化可影响水泥与地层、套管的界而胶结及密封能 力，从而影响水泥环的长期密封性能。高温下水泥石强度哀退、解体，导致水泥环密 封性能失效。水泥石所处化学环境变化，如存在腐蚀性地层流体或地层水离子组分发 生变化，可影响水泥石的化学、力学稳定性，从而影响水泥环的长期密封性能。 钻井液 不同类型的钻井液在地层和套管表面形成不同的润湿性，可影响水泥对地层、套 管的界面胶结及密封能力，从而影响第一、第二界面的层间封隔质量。 钻井液的密度影响环空浆柱结构、平衡注水泥设计等与井底有效压力相关的各个 环节。 钻井液的流变性是否利于顶替，可影响水泥浆对其的顶替过程，从而影响顶替效 率。 对于滤饼而言，薄而韧且容易被冲洗液分散的滤饼有利于安全下套管、提高水泥 对地层、套管的胶结能力，从而提高联结界面的胶结、密封质量。 套管 套管表面粗糙度影响水泥与套管之间的界面胶结、密封能力，从而影响层间密封 效果：套管本身的承压、抗腐蚀能力影响水泥环的长期密封性能、影响油气井的生产 寿命：丝扣连接强度对于安全下套管、套管柱抗内外压的能力有重要影响，丝扣连接 的密封能力可影响层间封隔效果，对于气井，更是如此。 水泥浆 目前，主要考核指标为失水、析水和水泥石柱上下的密度差。失水、析水、密度 差越小，体系越稳定。水泥浆体系稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环 的重要物质基础。 水泥浆的流变性可影响平衡注水泥设计、安全施工、顶替流速、流态以及最终的 顶替效率。合理的稠化时间，既可确保注水泥旋工操作安全进行，又可缩短候凝时间。 水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝过程中压稳地层流体、防止地层流 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 体侵入环空、发生地层流体环空窜槽，又有利于降低体系的成本。 水泥石强度应足以支撑、保护套管，并满足后续施工的需要。主要体现为抗高温 强度衰退和抗地层流体腐蚀的能力。 在油井生产过程中，水泥环所处环境条件不可避免地要发生变化，如由热采引起 的温度变化，由酸化、压裂引起的压力变化，以及由蒸汽吞吐引起的周期性应力等。 水泥石应具有一定的力学、热学性能，以适应这些工况变化，并维持良好的界而胶结、 密封能力，使水泥环具有良好的长期密封性能。 冲洗液、隔离液 不同的密度、类型，有不同的特殊性能，以满足不同固井作业的需要。 冲洗液、隔离液粘度及用量可影响冲洗、隔离的效果，从而影响水泥浆对钻井液 的顶替效率。用量影响接触时间、顶替效率，亦影响平衡注水泥设计。与钻井液、水 泥浆的相容性，有利于提高顶替效率和篪工安全性。 施工 将套管安全下至井底，有利于后续固井作业的j e a n 进行，并提高固井作业的质量， 为获得优良的固井质量奠定基础。 循环钻井液、调整钻井液性能，确保井眼清洁、稳定，为顺利进行固井作业做好 准备。降低钻井液的粘度、切力，使其利于被水泥浆顶替，可提高顶替效率。 混配的水泥浆，其性能是否达到设计要求，对于安全施工、平衡注水泥、提高顶 替效率、候凝过程中压稳并使水泥浆凝结形成优质、完整的水泥环具有重要意义。 连续混配方式，通过调节水灰比控制水泥浆的密度波动，因此，所配水泥浆的性 能与设计水泥浆性能之间存在一定的差异，不利于提高固井质量；批量混配方式，需 增加批量混配设备，但所配水泥浆密度波动较小，性能更接近设计性能，与连续混配 方式相比，更有利于提高固井质量。 高的顶替效率是形成优质、完整的水泥环，获得优良固井质量和层间封隔效果的 重要前提条件。套管居中，合理的接触时间，合理的顶替流速、流态，顶替液和被顶 替液之间合理的流变性级差，加强冲洗、隔离效果，以及在有条件的情况下，上下、 旋转活动套管等，均有助于提高顶替效率。 通过多种压稳措施，如环空憋压，双级、多级注水泥，振动固井，可压缩水泥等， 在候凝过程中压稳地层流体，防止地层流体环空窜槽，从而使水泥浆不受干扰地凝结， 以形成优质、完整的水泥环。 可以看出，影响固井的因素非常多，且这些因素相互影响、相互制约，既可单独 作用，也可联合作用影响固井质量。