固井质量测井解释评价技术

1、1. 1. 水泥返高、水泥塞长度和人工井底的规定水泥返高、水泥塞长度和人工井底的规定 l1)1)油气层固井，设计水泥返高应超过油气层顶界油气层固井，设计水泥返高应超过油气层顶界150150米，实际封过油气层顶部不少于米，实际封过油气层顶部不少于5050米。其中要米。其中要求合格的水泥环段，对于浅于求合格的水泥环段，对于浅于20002000米的井不少于米的井不少于1010米，深于米，深于20002000米的井不少于米的井不少于2020米。米。 l2)2)为了保证套管鞋封固质量，油层套管采用双塞为了保证套管鞋封固质量，油层套管采用双塞固井时，阻流环距套管鞋长度不少于固井时，阻流环距套管鞋长度不少于

2、1010米，技术米，技术套管（或先期完成井）一般为套管（或先期完成井）一般为2020米，套管鞋位置米，套管鞋位置应尽量靠近井底。应尽量靠近井底。 2. 2. 水泥环质量鉴定水泥环质量鉴定 l目前我国水泥环质量鉴定一般以目前我国水泥环质量鉴定一般以声幅测井（声幅测井（CBLCBL，也，也称水泥胶结测井）为准称水泥胶结测井）为准。声幅相对值在。声幅相对值在15%15%（油田现（油田现场有的也采用场有的也采用10%10%）以内为优等，）以内为优等，30%30%为合格；声幅超为合格；声幅超过过30%30%的井段则视为水泥封固不合格。声幅测井一般的井段则视为水泥封固不合格。声幅测井一般在注水泥后在注水泥

3、后2424小时到小时到4848小时内进行，但对特殊井（如小时内进行，但对特殊井（如尾管固井、采用缓凝水泥固井等）声幅测井时间可依尾管固井、采用缓凝水泥固井等）声幅测井时间可依具体情况而定。现在，具体情况而定。现在，变密度测井（变密度测井（VDLVDL）也在逐渐也在逐渐普及。普及。1. 1. 井温测井井温测井 l水泥的水化反应是一放热反应，其凝结过程中所放出水泥的水化反应是一放热反应，其凝结过程中所放出的热量通过套管传给套管内流体，可使井内温度上升的热量通过套管传给套管内流体，可使井内温度上升一定数值，如一定数值，如662222。而环空中没有水泥的井段。而环空中没有水泥的井段，井内温度为正常温度

4、。利用这一特性，可以测定水，井内温度为正常温度。利用这一特性，可以测定水泥浆在环空中的返高位置（即水泥顶部深度）。泥浆在环空中的返高位置（即水泥顶部深度）。 井温测井示意图图井温测井示意图图 2. 声幅测井（水泥胶结测井） l 声幅测井是根据声学原理所进行的测井。在井下，从测井仪声波发射器发出声波，声波向四周以近似球形的波阵面发散，通过不同的介质和路线后传播到接收器。最先到达接收器的是沿着套管传播的滑行波（叫套管波）所产生的折射波（图7-19），其次是传到地层后又传播回来的地层波，尽管在钻井液内声波的传播距离最短，但由于在钻井液内声速相对较低，所以钻井液波（泥浆波）到达最迟。声幅测井记录的是最

5、先到达的套管波的首波幅度。 2. 声幅测井（水泥胶结测井） l 套管波在传播过程中要向套管内和环形空间散失能量，既声幅要衰减（降低）。套管波的衰减程度和套管内外介质性质及其分布有关。因为管内钻井液的分布及性质是不变的，因此向管内散失的能量为恒定值。在此基础上的套管波的衰减程度就将取决于管外水泥与套管的胶结情况。实验证明，在其它条件不变的情况下，套管首波幅度的对数与套管周围水泥未胶结部分所占套管周长的百分数之间存在线性关系，即与套管胶结的水泥越多，所接收的声幅越小，而当管外全为钻井液时，所接收的声幅最大。2. 声幅测井（水泥胶结测井） l 由测量线路把所接收的声幅大小转变成与之成比例的电压大小，

6、加以记录。沿井深由下而上进行测试，就可得到一条沿井深反映水泥与套管胶结情况的声幅测井曲线。应用声幅测井曲线检测水泥环质量是通过相对幅度进行的（以环空内全为钻井液的自由套管段的声幅值为基准）。 l 相对幅度目的段声幅曲线幅度自由套管段声幅曲线幅度100% 。井段井段B B的相对声幅大于的相对声幅大于30%30%，为不，为不合格井段合格井段 图图7-20 7-20 声幅测井曲线示意图声幅测井曲线示意图 图图7-19 7-19 声幅测井示意图声幅测井示意图 11电缆电缆 22发射器发射器 33接收器接收器 44套管套管 55水泥环水泥环 66地层地层3. 声波变密度测井 l声幅测井测量记录的是套管首

7、波幅度。声波变密度测井（VDL，简称变密度测井）是用接收器将套管波、地层波等声波幅度按到达时间先后全部测量记录，再用一定的方法显示，以评价水泥环质量的测井方法。当进行变密度测井时，同时进行声幅测井。 l变密度测井因为能够测量记录地层波，因此能够反映出水泥与地层（俗称第二界面）的胶结情况。将变密度测井结果与声幅测井结果对比分析，可以更全面地评价水泥环质量。 图图7-21 7-21 水泥胶结水泥胶结变密度测井示意图变密度测井示意图 1 1电缆电缆 2 2发射器发射器 3 3CBLCBL接收器接收器 4 4VDLVDL接收器接收器 5 5套管套管 6 6水泥环水泥环 7 7地层地层变密度变密度SBT

8、水泥密度声波变密度测井原理声波变密度测井原理扶正器扶正器发射探头发射探头接收探头接收探头1接收探头接收探头2扶正器扶正器套管波套管波地层波地层波泥浆波泥浆波扶正器扶正器GR密度探头密度探头厚度探头厚度探头伽马源伽马源扶正器扶正器核测井原理核测井原理辽 河 测 井 公 司辽 河 测 井 公 司Liaohe Wireline Service120120175175150150小直径小直径 分区水泥胶结测井仪器采用分别装在6个滑板上的12个高频定向换能器声系，从纵向和横向（沿套管圆周）两个方向，将套管周围划分成六个区域定向测量，从而直观显示水泥环的胶结情况。该仪器克服了原来CBL及VDL测量井周平均

9、贡献信号不能区分低强度水泥但固结良好及高强度水泥但有窜槽等情况的弱点。仪器还提供了6个定向补偿衰减测量，由套管周边的水泥胶结图像可以识别出小到15宽的窜槽，并可以得到窜槽的长度，有效地克服了普通CBL及VDL仪器测量资料所反映的多解性。SBT六臂纵向展开图60oSBT六臂横向截面图声波声波优点：优点：评价一、二界面；评价一、二界面；价格低，在生产上广价格低，在生产上广泛使用。泛使用。缺点：缺点：各种仪器性能不一；各种仪器性能不一；解释标准不统一；解释标准不统一；数据格式不统一。数据格式不统一。密度密度优点：优点：检测管外充填介质的检测管外充填介质的密度、套管壁厚度、密度、套管壁厚度、偏心及确定

10、微间隙。偏心及确定微间隙。缺点：缺点：没有源程序，没有源程序，DOSDOS程程序界面，操作繁琐，序界面，操作繁琐，处理井段长时就出故处理井段长时就出故障，效率低下。障，效率低下。SBTSBT优点：优点：准确评价一界面的胶准确评价一界面的胶结状况。结状况。缺点：缺点：不能对二界面给出评不能对二界面给出评价结果。价结果。井孔声压表达式及井孔声压表达式及合成波形的计算合成波形的计算基于基于wigner-ville分布分布(WVD)的时频特征分析的时频特征分析套管波频率与套管波频率与水泥胶结关系实验水泥胶结关系实验理论与实验基础理论与实验基础一界面胶结指数及套管波衰减的计算一界面胶结指数及套管波衰减的

11、计算环空水泥充填量的表达与计算环空水泥充填量的表达与计算地层信号的检测与二界面胶结指数的表达地层信号的检测与二界面胶结指数的表达模型系数的熵模型系数的熵环空水泥充填量环空水泥充填量评价参数及胶结分级标准评价参数及胶结分级标准一界面的胶结指数为：一界面的胶结指数为： FDFD=(=(AMxAMx- -AM AM )/()/(AMxAMx- -AMnAMn) )；二界面胶结指数为：二界面胶结指数为： SDSD=(=(COR-CORmnCOR-CORmn)/()/(CORmx-CORmnCORmx-CORmn) )；环空水泥充填率环空水泥充填率( (声充填率声充填率) )为：为： FLFL= (=

12、(SHN-SHNmnSHN-SHNmn)/()/(SHNmx-SHNmnSHNmx-SHNmn) )。 通过大量的模型井和实际井计算观察，当上述胶结指数计算合理时通过大量的模型井和实际井计算观察，当上述胶结指数计算合理时水泥胶结分级标准可给定如下：水泥胶结分级标准可给定如下： 而介于而介于0.70.70.90.9之间可认为胶结中等。值得指出，若胶结分级为好，之间可认为胶结中等。值得指出，若胶结分级为好，且分隔段较长时，可以认为是不易窜槽层段，层间窜漏的概率很小，但胶结且分隔段较长时，可以认为是不易窜槽层段，层间窜漏的概率很小，但胶结中等不能肯定是否窜漏，而胶结差窜漏的概率则非常大。中等不能肯定

13、是否窜漏，而胶结差窜漏的概率则非常大。评价参数及胶结分级标准评价参数及胶结分级标准胶结好胶结好一界面指数一界面指数FD 0.9二界面指数二界面指数SD 0.9声充填率声充填率FL 0.9胶结差胶结差一界面指数一界面指数FD 0.7二界面指数二界面指数SD 0.7声充填率声充填率FL 0.7水泥密度响应关系水泥密度响应关系套管厚度计算套管厚度计算评价参数及分级标准评价参数及分级标准核密度测井固井质量核密度测井固井质量评价方法评价方法 水泥密度测井与通常的密度测井相似，利用了物质对伽玛光子的康普水泥密度测井与通常的密度测井相似，利用了物质对伽玛光子的康普顿散射作用。伽玛源向井孔外发射伽玛光子，经管

14、外介质散射吸收后被探顿散射作用。伽玛源向井孔外发射伽玛光子，经管外介质散射吸收后被探测到。测到。 探测器计数率与探测距离探测器计数率与探测距离x x和物质密度和物质密度b b的基本关系是的基本关系是: :xcIIb)ln(0 套管井是一复杂多层介质，在套管井中进行核密度测井时探测器计数套管井是一复杂多层介质，在套管井中进行核密度测井时探测器计数率分别受套管厚度、水泥密度、地层密度等因素的影响。即便如此，实验率分别受套管厚度、水泥密度、地层密度等因素的影响。即便如此，实验和数值模拟结果均显示这种关系仍服从上述基本关系。和数值模拟结果均显示这种关系仍服从上述基本关系。水泥密度响应关系水泥密度响应关

15、系c c为系数。为系数。 套管厚度测量对工程上有较大意义，同时它是计算水泥密度的不可缺少套管厚度测量对工程上有较大意义，同时它是计算水泥密度的不可缺少的信息。的信息。 套管厚度计算通常采用图板关系。由于国内没有多个套管厚度的井，无套管厚度计算通常采用图板关系。由于国内没有多个套管厚度的井，无法建立该关系。通过大量的文献调查，我们获得了俄罗斯的套管厚度计算图法建立该关系。通过大量的文献调查，我们获得了俄罗斯的套管厚度计算图板相关文献。它是针对俄罗斯国内板相关文献。它是针对俄罗斯国内146mm146mm和和168mm168mm两种外径套管。但我国常用两种外径套管。但我国常用的是的是139.7mm1

16、39.7mm和和177.8mm177.8mm的外径套的外径套管。现有引进的俄罗斯软件只好采用俄管。现有引进的俄罗斯软件只好采用俄罗斯的套管尺寸，但通过改变标准计数罗斯的套管尺寸，但通过改变标准计数率来达到计算厚度的目的。率来达到计算厚度的目的。 为了改变这种状况，本项研究中我为了改变这种状况，本项研究中我们重新计算了适合我国国内套管尺寸的们重新计算了适合我国国内套管尺寸的套管厚度图板。计算方法是从俄罗斯图套管厚度图板。计算方法是从俄罗斯图板关系插值外推，然后采用多项式拟和板关系插值外推，然后采用多项式拟和重建得到这两种套管尺寸图板。重建得到这两种套管尺寸图板。0.40.81.21.62.02.

17、456789101112(a)146mm OD1110987H(mm)J/J0套管厚度计算套管厚度计算 俄罗斯核密度测井评价固井质量的本质是通过计算套管外环空充填介俄罗斯核密度测井评价固井质量的本质是通过计算套管外环空充填介质的密度，来确定管外水泥充填的程度。由此，相应于声波水泥充填率，质的密度，来确定管外水泥充填的程度。由此，相应于声波水泥充填率，我们提出一个核充填率参数我们提出一个核充填率参数HLHL：cmncmxcmncHL 评价参数及分级标准评价参数及分级标准 通过充填率可评价管外是否存在缺陷以及缺陷的大小。鉴于此，本项通过充填率可评价管外是否存在缺陷以及缺陷的大小。鉴于此，本项研究中

18、综合评价的分级采用充填率进行。仅有声测井时，采用声充填率，仅研究中综合评价的分级采用充填率进行。仅有声测井时，采用声充填率，仅有核测井时采用核充填率，对于声核的组合测井，采用综合评价方法。具有核测井时采用核充填率，对于声核的组合测井，采用综合评价方法。具体处理方法如下：体处理方法如下：声测井与核测井固井质量的综合评价声测井与核测井固井质量的综合评价声、核充填率分级均为优声、核充填率分级均为优综合评价优。综合评价优。仅核充填率分级为优仅核充填率分级为优综合评价优，此时界面存在微间隙综合评价优，此时界面存在微间隙仅声充填率分级为优仅声充填率分级为优综合评价优综合评价优系统特色系统特色 安装方便安装

19、方便升级方便升级方便实现了野外数据的自动解编与无缝连接实现了野外数据的自动解编与无缝连接绘图模板的自动装入与成果输出模板的多样性绘图模板的自动装入与成果输出模板的多样性方便灵活的图形交互功能方便灵活的图形交互功能数据解编模块数据解编模块结果输出模块结果输出模块数据处理模块数据处理模块Cycle nameCES 3.0套管井水泥胶套管井水泥胶结质量评价系统结质量评价系统3英尺声幅计算、英尺声幅计算、5英尺套管波分析英尺套管波分析地层波分析、套管厚度、水泥密度、地层波分析、套管厚度、水泥密度、结果标准化、胶结分级结果标准化、胶结分级软件界面软件界面 1 1、适用于、适用于PCPC和和SUNSUN工

20、作站的工作平台。工作站的工作平台。2 2、能够根据国内外常用的各种固井质量检测声测井仪器资料（如：、能够根据国内外常用的各种固井质量检测声测井仪器资料（如：新乡、新乡、521521、西安的声幅、西安的声幅/ /变密度仪器、变密度仪器、MAK-2MAK-2声波、声波、SBTSBT等）评价固等）评价固井质量，相对于国内外同类解释软件增加了井质量，相对于国内外同类解释软件增加了计算一、二胶结指数、计算一、二胶结指数、声波水泥充填率、水泥密度充填率、判别一、二界面结论和综合结声波水泥充填率、水泥密度充填率、判别一、二界面结论和综合结论描述等功能论描述等功能。3 3、能对现有、能对现有4 4种型号的伽马

21、密度测井仪器的测井资料进行解释处理，种型号的伽马密度测井仪器的测井资料进行解释处理，具有独创的、适用于中国国情的解释公式及解释图板。具有独创的、适用于中国国情的解释公式及解释图板。4 4、声核综合解释理可以解决、声核综合解释理可以解决微间隙、判别沟槽微间隙、判别沟槽等工程技术难题，等工程技术难题，弥补了单一类型方法各自的缺陷，在国内测井同行业中具有独特的弥补了单一类型方法各自的缺陷，在国内测井同行业中具有独特的技术优势。技术优势。新软件计算结果新软件计算结果 俄罗斯软件计算结果对比俄罗斯软件计算结果对比一号井模拟井俄罗斯牛俄罗斯牛X X井井SGDT-CBL/VDLSGDT-CBL/VDL评价和胶结分级结果评价和胶结分级结果( (噪声消除噪声消除) ) SBTSBT图象正确反映一界面胶结情况图象正确反映一界面胶结情况 锦锦X井井SBT解释成果图（中等胶结）解释成果图（中等胶结）锦锦X井井SBT解释成果图（窜槽）解释成果图（窜槽）DXDX井井SGDT-CBL/VDLSGDT