固井质量测井技术以及精度分析

【摘 要】声波测井技术是应用最广泛的现代测井方法。在国外20世纪80到90年代初期，为了满足复杂油气藏勘探和开发的需要，开展了偶极和多极声波测井、声波成像测井、声波随钻测井、井间声波测井、仪器及应用方法的研究。固井质量评价主要是对水泥环胶结质量的检查，即检查套管与水泥环（第一界面）、水泥环与地层（第二界面）的胶结情况。为能更好的检测水泥胶结完后的质量情况，需要分析测井仪器对固井质量评价的差异。

【关键词】固井质量；质量分析；测井精度

1.测井技术概述

1.1水泥胶结测井（CBL）

水泥胶结测井是声幅测井的一种，声幅测井仪采用一发三收系，换能器频率按相似比原则升高，通过测量套管的滑行波（又叫套管波）的幅度衰减，来探测管外水泥的固结情况。CBL下井仪器常用源距为3英尺（1m）和5英尺（1.5m）。发射换能器T发出声波，其中以临界角人射的声波在泥浆和套管的界面上折射产生，沿这个界面在套管中传播的滑行波，套管波又以临界角的角度折射进人井内泥浆到达接收换能器R被接收。仪器测量记录套管波的第一正峰的幅度值，即得到CBL曲线值。这个幅度值的大小除了决定于套管与水泥胶结程度外，还受套管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居中情况的影响。

1.2声波变密度测井（VDL ）

声波变密度测井也是一种测量固井质量的声波测井方法，它能反映水泥环的第一界面和第二界面的胶结情况。变密度测井的声系由一个发射换能器和一个接收换能器组成，源距一般为1.5m，声系通常附加另一个源距为1m的接收换能器，以便同时记录一条水泥胶结测井曲线。套管井中声波的传播及其与胶结情况的密切关系.在套管井中，从发射换能器T到接收换能器R的声波信号有四个传播途径，沿套管、水泥环、地层以及直接通过泥浆传播。通过泥浆直接传播的直达波最晚到达接收换能器，最早到达接收换能器的一般是沿套管传播的套管波，水泥对声能衰减大、声波不易沿水泥环传播，所以水泥环波很弱可以忽略。当水泥环的第一、第二界面胶结良好时，通过地层返回接收换能器的地层波较强。若地层速度小于套管速度，地层波在套管波之后到达接收换能器，这就是说，到达接收换能器的声波信号次序首先是套管波，其次是地层波，最后是泥浆波。声波变密度测井就是依时间的先后次序，将这三种波全部记录的一种测井方法，记录的是全波列。该方法与水泥胶结测井组合在一起，可以较为准确地判断水泥胶结的情况。

套管波与地层波的幅度有一定的规律：（1）自由套管（套管外无水泥）和第一、第二界面均未胶结的情况下，大部分声能将通过套管传到接收换能器而很少耦合到地层中去，所以套管波很强，地层波很弱或完全没有。（2）有良好的水泥环，且第一、第二界面均胶结良好的情况下，声波能量很容易传到地层中去。这样套管波很弱，地层波很强。 （3）水泥与套管胶结好与地层胶结不好（即第一界面胶结好，第二界面胶结不好）的情况下，声波能量大部分传至水泥环，套管中剩余能量很小，传到水泥环的声波能量由于与地层耦合不好，传人地层的声波能量是很微小的，大部分在水泥环中衰减，因此造成套管波、地层波均很弱。

声波变密度侧井需要通过一定的方式进行的记录。黑色相线表示声波信号的正半周，其颜色的深浅表示幅度的大小，声信号幅度大则颜色深，相线间的空白为声信号的负半周。

1.3扇区水泥胶结测井（SBT ）

扇区水泥胶结测井SBT是目前检查固井质量及管外窜槽的最新最有效的测井仪器之一。该仪器从纵向和横向（沿套管圆周）2个方向测量水泥的胶结质量。其测量系统分区扇形覆盖整个井眼，以一种缠绕方式对水泥胶结整体进行定量测量。该仪器设计的短源距使补偿衰减测量结果基本上不受地层的影响，并能用于各种流体的井内，包括重泥浆和含气井液。只要保持滑板与套管内壁接触，一般的偏心不影响测量结果。分扇区水泥胶结测井仪采用两组一发三收声系，分别固定在不同方向上，评价两个不同方向上的水泥固井质量，SBT仪器用推靠臂把六个测量极板推靠到套管内壁上去。相邻四个极板构成螺旋状双发双收声衰减率测量系统，把管外环形空间六等分，分别考察水泥胶结质量，实现测量的高分辨率3600全方位覆盖。在每个测量极板上具有一个发射探头和一个接收探头，通过6个极板上的收发探头的组合，可以形成每隔60度扇区的6个双发双收声波测井系列。

2.测井精度影响因素分析

2.1仪器刻度所产生的影响

仪器下井时在自由套管段进行自由套管刻度，刻度时，需选择与目的层段套管内径相同的自由套管进行刻度。分别取得首波开门时间、门宽、首波幅度值等。因为首波声幅是一个相对自由套管的数值，所以刻度的结果影响声幅相对值的大小，影响最终的解释结论。

2.2仪器偏心所产生的影响

仪器的偏心主要影响声幅值。当仪器偏心后，各方向的套管波到达接收探头的时间不同，因而要比仪器居中时测量的声波幅度小，而且仪器偏心后，仪器与套管壁发生碰撞，此时的开门时间上的声幅大小并不是首波幅度，这样会严重影响测井质量。

2.3水泥候凝时间所产生的影响

水泥环界面胶结程度的变化规律如下：（1）一界面胶结强度随候凝时间增长而增长；（2）二界面胶结程度开始随着时间增长而增长，大约48小时以后，有减小的趋势。由此可见，在固井结束以后，太短时间内测井，水泥胶结尚未完成，时间太长，二胶结面会变差，因此，最佳测井时间应在48小时到72小时之间。

2.4快地层所产生的影响

快地层是指岩性致密、传播声波速度快的地层。在一、二界面都胶结好的情况下，套管波幅度很小，由于快地层的地层波传播速度很快，发射波穿过套管与水泥，通过地层并且在声幅开门时间到达。由于声幅门内测到了地层波的信号，因此幅值较高。这种情况，用常规测井解释方法，声幅测井将得到错误的解释，但在变密度图上和自然伽马图上可以分辨出快地层。

2.5微间隙所产生的影响

由于固井水泥在胶结过程中有一个体积膨胀到收缩的过程，以至固结后的水泥环与地层或套管之间形成一个有水的微小间隙，即微环空。实践证明，微环空间隙不会大于0.1mm，因此微环空间隙不会对流体产生连通性，但是CBL/VDL测井时，由于波的传播方向与界面平行，微环空的存在会使水泥环与套管、地层的声耦合明显变差，从而降低了仪器反映水泥固结质量的灵敏度。具体表现在胶结好的层段，声幅测井幅值偏大，变密度图上地层波不连续。尤其在老井中复查固井质量时经常出现原先胶结好的层段，却看不到明显的地层波。究其原因就是时间太久，形成微环空引起的。通常经过加压，微环空影响会减小。所以一般新井固井以后要尽量选择在试压以前进行测井。因为在固井以后就试压，也会在套管和水泥环之间产生微间隙，从而影响固井质量。

以上5个方面是影响CBL/VDL测井的主要因素，由分析可见，它们产生的原因及其影响结果各不相同。所以，对于仪器操作者，选择合适的测井时间并正确地刻度是测井成功的关键。测井解释人员要结合地质情况及井身结构，并考虑声幅、自然伽玛、变密度、传播时间曲线等因素的影响，这样才能做出准确的固井质量评价。

【参考文献】

[1]郭海敏.生产测井导论[M].北京：石油T业出版社，2003.

[2]中华人民共和国石油天然气行业标准固井质量评价方法SY/T6592-2004.北京：石油工业出版社，2004.