固井质量测井评价技术

1、2010年12月,浅谈固井质量测井评价技术,第2页,汇 报 内 容,1、前言,2、测井原理,3、固井质量测井影响因素,4、固井质量测井评价方法,5、MZX1井固井测井实例,第3页,前 言,固井有两个作用：一是要求把油层、水层、气层之间都封隔起来，二是固定套管。随着科学技术的发展，固井质量评价测井技术也随之发展。,井温监测水泥面,声波幅度测井,声波变密度测井,扇区水泥胶结测井,伽马密度+ 声波变密度,伽马密度+ 扇区水泥胶结,第4页,汇 报 内 容,1、前言,2、测井原理,3、固井质量测井影响因素,4、固井质量测井评价方法,5、MZX1井固井测井实例,第5页,2.1、声幅测井,测井原理,声波幅度

2、（CBL）测井通常采用单发单收声系结构。当发射探头以固有频率（一般为20KHz）发射声脉冲时，在套管内产生“滑行波”叫套管波，折回泥浆的套管波首先到达接收器被记录，称为声幅测井。 测井原理是： 当水泥环与套管间胶结不好时，声能量大部分沿套管传播而透射到地层中的能量很小，所测声波幅度信号很强；反之，当套管与水泥环间胶结良好时，声能量极易透射到地层中去，所测声波幅度微弱。根据反射波能量强弱即声波幅度值，可判定套管与水泥环之间（即第一界面）胶结状况的好坏。,第6页,2.1、声幅测井,测井原理,优点：声幅测井能在一定程度上快速、简单、直观评价第一界面的胶结质量。 缺点：无法正确评价第二界面及高速地层固

3、井质量。,第7页,2.2、声波/变密度测井,测井原理,声波变密度测井采用单发双收的声系，当发射器以固有（20KHZ）频率发射声脉冲时，3英尺的接收器记录沿套管滑行的首波幅度（即相当于声幅测井），5英尺的接收器能测量套管波及后续波，在时间轴上是从2001200（或1400）s这一组约1214个声脉冲信号，测井系统把其正半周的幅度转变成正比的灰度信号，那么连续测量就可以记录到整条变密度曲线。,第8页,2.2、声波/变密度测井,测井原理,当井下仪器工作时，声波信号可以沿4个途径传播：（1）通过泥浆，（2）通过套管，（3）通过水泥环，（4）通过地层。测井时接收记录的就是从以上4个传播路径到达接收器的声

4、波全波列的幅度和到达时间。但是当声波在水泥中传播时，衰减很快基本无法探测到，实际上，变密度测井以到达探测器的时间顺序记录的是套管波-地层波-泥浆波。测井主要关注的是套管波、地层波的信息,第9页,2.2、声波/变密度测井,测井原理,优点： 可以确定一界面的胶结状况；在一界面胶结好的情况下，可以确定二界面的胶结情况； 可以评价快速地层井段的固井质量。 缺点： 很难区分水泥沟槽和孔洞方位； 无法识别微环（洞）。,第10页,2.3、分区水泥胶结测井(SBT),测井原理,分区水泥胶结测井仪器分为两个测量部分：衰减率测量部分和VDL测量部分。 衰减率测量部分利用分别装在紧贴于套管壁上的6个滑板上的12个高

5、频定向换能器声系， VDL测量部分由一个发射换能器和一个接收换能器组成。,第11页,2.3、分区水泥胶结测井(SBT),测井原理,主要测井曲线、曲线图： “曲线” : 补偿声波衰减率（ATC） 平均衰减率（ATAV）和最小衰减率ATMN） 平均声幅（AMAV）曲线 套管波时差（DTMX和DTMN）曲线（测井质量控制） “曲线图”: 水泥胶结图CEMENT MAP 声波变密度图。,第12页,2.3、分区水泥胶结测井(SBT),测井原理,优点： （1）不受仪器偏心的影响; （2）适合在各种流体的井内测井； （3）不需要自由套管刻度，特别适合于检测无自由段套管的固井质量； （4）基本不受快速地层的影

6、响。(仪器设计使用的短源距,使补偿衰减测量结果基本上不受快地层的影响。) 缺点： 无法区分微环隙和差胶结。,第13页,汇 报 内 容,1、前言,3、固井质量测井影响因素,4、固井质量测井评价方法,5、MZX1井固井测井实例,2、测井原理,第14页,3、固井质量测井影响因素,仪器偏心（CBL/VDL测井） 水泥候凝时间 套管（厚度、大小） 水泥环微间隙 水泥类型、水泥密度 水泥环外地层（包括快速地层） （CBL/VDL测井） 井身质量（CBL/VDL测井）,第15页,3.1、仪器偏心的影响,测井影响因素,仪器偏心就是仪器偏离套管中心轴线。仪器偏心会使套管波传播时间变短，幅度变小，变密度会出现波列

7、叠和现象。,第16页,3.2、固井后测井时间的影响,测井影响因素,实验表明：温度、水泥浆密度和添加剂对水泥候凝时间都有影响，基本规律是：随着温度升高、水泥浆密度增大，水泥候凝时间减少。,第17页,3.3、套管的影响,测井影响因素,套管直径、壁厚和钢材类型对声幅有较大影响，分区水泥胶结测井（SBT）在刻度时消除其影响，声波/变密度测井（CBL/VDL）在评价时通过诺模图消除其影响。,自由套管声幅,套管内径(in),自由套管声波幅度套管内径关系图,第18页,3.4、水泥环微间隙的影响,测井影响因素,“微环空”的存在明显增大了套管与水泥环之间的声阻抗，造成测井响应与纯泥浆或胶结不好时的响应一致，影响

8、了固井质量解释； 微小间隙，它使胶结好井段的套管波幅度显示为中等，地层波显示为胶结不好或中等。微间隙使套管波幅度变大，地层波强度变弱，表现为水泥环胶结不好。,第19页,水泥浆类型的影响,测井影响因素,水泥浆密度越低，声幅越大； 水灰比越大，声幅越大。,第20页,水泥环外地层（包括快速地层）,测井影响因素,快地层(硬石灰岩和白云岩)的声速超过套管声速，地层波先到达接受器，或叠加在套管波之上，影响了固井评价，这时应辅助常规声波检验。,第21页,汇 报 内 容,1、前言,3、固井质量测井影响因素,4、固井质量测井评价方法,5、MZX1井固井测井实例,2、测井原理,第22页,4、固井质量测井评价方法,

9、测井评价方法,通常情况下，采用套管波首波幅度确定第一界面（水泥与套管之间）的封固质量，采用地层波的强弱定性确定第二界面（水泥与地层之间）的封固质量或利用地层波频率、套管波频率及套管波与地层波平均幅度比的方法来定量评价固井二界面胶结质量。,第23页,4.1、声波/变密度测井评价方法,测井评价方法,CBL相对幅度法 CBL为套管波幅度读数，这种测井方法应用较广，测量参数较少，解释方法也相对简单。CBL使用相对幅度评价固井质量： 其中：CBL目的井段的CBL值； CBLP自由套管段的CBL值。 15为固井质量良好； 在1530为固井质量中； 30为固井质量不好。,部分胶结,胶结差,无水泥,胶结良好,

10、第24页,4.1.2、水泥胶结指数（BI）法,测井评价方法,无自由段套管固井的CBL曲线的预处理 无自由段套管固井的CBL曲线的预处理方法，对于记录了两个源距全波波列的水泥胶结测井，可以从全波波列中提取声幅曲线，然后，利用式（3）将未经百分数标准化的声幅值转换为衰减率；对于记录了两个源距声幅曲线的水泥胶结测井资料，可以利用式（4）将声幅曲线转换成衰减率；对于仅记录了一个源距声幅曲线的水泥胶结测井，可以根据式（5）计算衰减率。,（3）,（4）,（5）, 声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； g当次固井井段中水泥胶结质量最好处的声波衰减率，可根据实验水泥抗压强度通过本标准图1求得，单位为dB/

11、m或dB/ft； A1、A2分别为近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV； A1g、A2g分别为当次固井最好水泥胶结井段近接收换能器R1和远接收换能器R2接收的声幅值，单位为%或mV；,第25页,4.1.2、水泥胶结指数（BI）法,测井评价方法,水泥胶结指数（BI）法 针对相对幅度法的不足，采用水泥胶结指数（BI）法评价第二界面水泥固井质量，水泥胶结指数是由CBL曲线转换得到的，它代表水泥环中胶结部分占其圆截面的比值。 水泥胶结指数是目的层段套管波幅度，相对于自由套管井段套管波幅度的衰减与胶结良好井段套管波幅度相对于自由套管套管波幅度的衰减之比，计算公式如下：,第26页

12、,4.1.2、水泥胶结指数（BI）法,测井评价方法,水泥胶结指数（BI）法 通常采用此种评价方法的评价标准为： BI0.8，固井质量良好； 0.4BI0.8，固井质量中等； BI0.4，固井质量差。,第27页,4.1.3、水泥胶结比（BR）法,测井评价方法,水泥胶结比（BR）法 胶结比理论上等于水泥环中胶结部分占其圆截面的比值。查阅有关图板，可快速确定胶结比，也可由下式计算胶结比：,BR胶结比； fp自由套管声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBLfp声幅值，单位为%或mV； 测量深度点的声波衰减率，单位为dB/m或dB/ft； CBL声幅值，单位为%或mV。 g当次固井水泥胶结最好井

13、段的声波衰减率，通常在当次整个测井井段中衰减率最高，单位为dB/m或dB/ft； CBLg当次固井水泥胶结最好井段的声幅值，通常在当次整个测井井段中声幅最低，单位为%或mV。,第28页,4.1.3、水泥胶结比（BR）法,测井评价方法,水泥胶结比（BR）法 通常采用此种评价方法的评价标准为： BR0.8，固井质量良好； 0.4BR0.8，固井质量中等； BR0.4，固井质量差。,第29页,4.2、SBT固井质量测井评价方法,测井评价方法,水泥胶结比（BR）法 第一界面胶结状况评价：利用衰减率曲线和水泥胶结图评价，衰减率越高，对应的灰度级别就越高，在水泥胶结图上颜色越深。水泥胶结图上最高级灰度（颜

14、色最深）代表水泥胶结良好，最低级灰度（白色）代表水泥胶结差。确定胶结比，用下式确定胶结比：,式中，ATAV为平均衰减率, 单位为dB/ft； g为完全胶结井段的衰减率, 单位为dB/ft； fp为自由套管衰减率，单位为dB/ft。 在水泥沟槽以外其它方位胶结很好的条件下，胶结比等于胶结率。,第二界面胶结状况评价：与CBL/VDL测井资料的VDL解释方法相同。,第30页,汇 报 内 容,1、前言,3、固井质量测井影响因素,4、固井质量测井评价方法,5、MZX1井固井测井实例,2、测井原理,第31页,5.1、MZX1井固井施工特点,固井测井实例,5.1、固井技术难点 大尺寸套管固井，环空间隙大，井

15、眼轨迹不规则，水泥浆的顶替效率低。 井深较浅,井底温度低,低温下水泥石强度发展缓慢,低温下适用于水泥浆的外加剂少,配方筛选困难。 上部地层疏松，中部玄武岩含有大量裂缝，封固段又长，易发生井漏，影响固井质量。,第32页,5.2、MZX1井固井施工简况,固井测井实例,固井施工简况 施工开始时间：200X年11点30分 施工结束时间：200X年12点27分 注前置液：4.2方 设计水泥浆量：60方 实际注水泥浆：58方 水泥浆密度：最大1.95g/cm3，最低1.80 g/cm3，平均 密度1.90g/cm3。,第33页,MZX1井第一次固井测井图,固井测井实例,第一次固井施工后测井显示，没有达到固井设计要求，水泥未返出地面，实际返高米，,固井质量成果图,第34页,固井测井实例,第一界面：胶结中