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固井质量评价方法及应用(一)


固井质量评价方法及应用

王泽华老师

2008年12月


第一节 前言



一、固井质量评价的发展 二、固井质量评价现状 三、固井质量评价存在的问题 四、新疆测井公司固井质量评价技术

第二节

一、岩石的声波速度 二、

岩石的声波幅度 三、声场中的物理量 四、声波在两种介质界面上的反射和折射

声波基础知识

第三节

一、井身结构 二、井口深度及井口装置

油井的井身结构及井口装臵

第四节

一、声幅测井(CBL) 二、声波变密度测井(VDL) 三、水泥评价测井仪(CET) 四、井下超声电视测井(BHTV、CAST) 五、分区水泥胶结测井(SBT) 六、脉冲回声仪(PET) 七、 MAK-2声波测井 八、加压验窜方法

固井评价测井

第五节

SY T6592-2004固井质量评价方法

第一节 前言
目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度,在一定程 度上制约了固井质量的提高。尽管如此,我国每年固井合格率仍然达到98%以 上,优质率也很高,但是固井后经常发生油、气、水窜现象,说明单独采用 水泥胶结测井(CBL)很容易造成误判。目前,我国固井在外加剂(外掺料)应 用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距,落后的固井手段与优良 的测井评价互相矛盾,应消除标准要求低等人为方面的因素。 变密度测井(VDL)记录了声波波列信息,如套管波、地层波、流体波等, 这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征,都与水泥胶结情况有 关,因此通过对声幅、变密度资料的分析,可以较好地评价第一、第二界面的 水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了CBL测井的不足,通过全波列测井图 的分析,能很好地解释第二界面的胶结信息,它与CBL测井配对使用,可以更 加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量,辨别微间隙和窜槽。 尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平,但没有完全克服 声幅测井的缺点,没有提高纵向分辨率,对水泥在管外的分布方位无法识别, 对第二界面还只能定性评价,固井质量评价结果也会出现偏差。 分区水泥胶结测井(SBT)测井克服了CBL测井的诸多不足(受微环隙、快 速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及 刻度不当等因素的影响),采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成像。目 前,SBT等先进仪器具有很强的技术优越性,应大力推广应用。

一、固井质量评价的发展

? 固井质量评价测井初级阶段 井温测井:2O世纪3O年代中期采用井温测井方法评 价固井质量,它是利用水泥水化放热反应的原理 确定水泥返高。 放射性示踪测井:3O年代末期采用放射性示踪法确 定水泥返高。 声幅测井:出现在6O年代的早期,它是利用单发单 收声系接收发射探头发射的声波脉冲,并通过固 定测量门测量套管滑行波首波幅度,用相对幅度 法解释评价水泥固井质量。

一、固井质量评价的发展
? 固井质量评价测井中级阶段 CBL-VDL测井:到了7O年代,声幅测井得到了较大的 发展,主要表现在解释方法的改进和增加了声波变密度测 井(VDL),这种测井技术采用单发双收声系,测量两个参 数,一个是前面提到的声幅,另一个是套管、水泥环、地 层、流体等波列即全波列,经灰度处理后亦称声波变密度, 这就是油田常用的简称为声变的测井技术。 由于VDL的引入和CBL测井解释的改进,使固井质量评 价仅从I界面,发展到可评价Ⅱ界面,同时对测井质量控 制、资料解释的符合率都得到了相应的提高。

一、固井质量评价的发展

? 固井质量评价测井高级阶段 随着CBL-VDL测井的应用,人们发现这种采用 水泥胶结指数评价固井质量的方法评价的是套管 周围360o内固井质量的平均响应,不能识别套管 外低角度的泥缺失,有时发生在解释为固井质量 好的井段上出现了窜槽. 因此,8O年代后期研究出可以识别套管外水泥 缺失角度的仪器方法,这种方法包括两种主要技 术,一种是滑行波测量方法分扇区测井技术SBT, 另一种是脉冲超声扫描测井法CAST-V。

二、固井质量评价现状
目前,国内大多数油田采用CBL/VDL来检测固井质量,固井质量的解释仍以CBL 曲线为主。 国内对固井质量的评价标准为:固井声幅相对值<15%,评价为胶结质量优等;声 幅相对值15%~30%(低密度水泥15%~40%),评价为胶结质量中等;声幅相对值 >30%(低密度水泥>40%),评价为胶结质量差。随着固井工艺技术和外加剂等技术的发 展,此标准已不能很好地适应当前固井质量评价的需要。 近十年来,国内各油田的固井质量合格率基本保持在98%左右,东部有的油田更是 连续几年固井质量合格率都达到100%。但是有些合格井甚至CBL优质井,经过射孔改 造后,经常发生环空窜流现象,直接反映出第二界面的胶结质量比较差。过去一直认 为只要第一界面胶结好,第二界面胶结必然好,但事实证明,在套管和水泥胶结好时, 水泥和地层之间也有可能出现窜槽或胶结差的现象。 国外在固井质量评价标准方面要求很严格,不单以第一界面(CBL测井得出)的固井 情况来评价固井质量,更主要的是检查第二界面的胶结情况,并且参考投产以后层间 是否发生窜流为依据。即使CBL测井良好,如果VDL、SBT检测不好或试油过程中发 生窜流,也认为固井质量不好。 由于国外对固井质量的检测要求较高,所以虽然在固井技术、外加剂方面技术实力 较强,注水泥施工自动化程度较高,但其固井质量合格率与国内相比较低,只有80% 左右。

三、固井质量评价存在的问题

? 测井仪的多样化导致解释偏差 国内目前用于检查封固质量的仪器有多种 类型,各种仪器测井的灵敏度各不相同。即 使是同一种仪器也有性能上的差异。在解 释水泥胶结状况时,不应忽视这种差异,现 有的固井质量检查往往不太重视这种差异。

三、固井质量评价存在的问题

? 影响套管波首波幅度的因素简单化
现有的固井解释评价不确定因素较多,结论存在多解性。主要存在以下4个的问题: (1)认为套管与水泥环胶结的质量是影响套管波首波幅度的唯一因素 ,忽视了水泥环的 类型(低密度、G级加砂、纯G级)、厚度、水灰比、套管直径和壁厚及外部地层的声学 特性等因素对套管波首波幅度的影响。忽视这些因素的影响 ,有可能把胶结不好的层段 判断为胶结中等甚至良好,也有可能把胶结良好的层段判断为胶结中等甚至不好。 (2)缺乏定量解释的实验及理论支持,解释评价模型过于简单,因此评价胶结程度好坏 的概念模糊。 (3)不能准确分辨径向窜槽和纵向窜槽,对于未胶结层段的方位无法作出准确的定位, 对于厚度小于仪器纵向分辨率的薄层胶结状况无法准确评估 ,薄层水泥环的评价问题一 直没有得到很好解决。 (4)固井质量评价缺乏一致性,不同油田的地层特点不同,难以统一标准。 上述这些问题的存在很容易导致固井质量解释时误差较大或错判。

四、新疆测井公司固井质量评价技术

新疆油田测井公司固井质量评价仪器分 为2个系列: 声波测井系列:包括声幅、声波变密度、PET 脉冲回波、MAK-2声波、SBT扇区水泥胶结、 CAST-V井周声波扫描测井等; 放射性测井系列:伽玛密度测井。

第二节 声波基础知识
声波是物质的一种运动形式,它由物质的机械振动产生, 通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播。 声波的物理特性:速度、幅度、频率等被声波测井利用。 一、岩石的声波速度
纵波(压缩波、P波)波传播方向和质点振动方向相互一致。
Vp ? E (1 ? ? ) ? ? 2? ? ? (1 ? ? )(1 ? 2? ) ? ?

横波(剪切波、S波)波传播方向与质点振动方向相互垂直。

声波
Vs ?

E

1 ? 2(1 ? ? ) ?

纵波和横波的传播速度 Vp, Vs 与弹性参数有如下关系: E: 杨氏模量 σ:泊松比 ρ:物质密度 λ,μ:拉梅系数

二、岩石的声波幅度
声波能量与幅度的平方成正比,声幅高低 反映声能大小。声波在介质中传播时,一 是因为内摩擦原因,造成热能损失,介质 吸收声能使声幅衰减,衰减规律为: 入射线 J0 θ θ1
Z1=ρ1ν1

反射线 J1

1

式中 J0: 初始声强 J:声波经l距离后的声强 α:介质吸收系数 衰减的大小和岩石的密度以及声波的频率 有关。密度小声速低,声能衰减大,声波 幅度低(声波频率高,声波幅度衰减大)。

Z2=ρ2ν2

界 面

θ2

2 J2 折射线

图1-1:声波在界面上的反射和折射

二是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减。所以通过声波幅度的衰 减可以了解岩层的特点或固井质量。

三、声场中的物理量
声压(p):声波传播过程中,在介质中某点施加的压力。达因/厘米2。 声功率(w):声波传播过程中,某单位时间内通过波阵面的能量。尔格/秒。 声强(J):声波传播过程中,某单位时间内通过单位波阵面的能量。尔格/秒· 厘米2 p=v· z,z=ρ· vp,s w=p· v· s J=w/s=p· v=p2/z 式中v:质点振动速度,vp,s :纵波、横波速度,ρ:介质密度,s:面积 声阻抗(z):就是介质密度和声波在该介质中传播速度的乘积, z=ρ· vp,s 。 声耦合率:两种介质的声阻抗之比z1/z2。 介质1和介质2声阻抗差越大,声耦合率越差,声能量就不易从介质1传到介质2 中去。通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小。 如果两介质声阻抗相近,声耦合的好,声波几乎都形成折射波通过界面在介质2 中传播。这时反射波的能量就非常小。 各种介质的声阻抗
介质 声阻抗(x104)/(g· cm-2· s) 介质 声阻抗(x104)/(g· cm-2· s)

空气(0℃,1atm) 橡皮 淡水 海水 水 石油

0.0043 0.29~0.66 14.6 15.3 5~40 13.2

钢 岩盐 砂岩 石灰岩 泥岩

390 100 63~95 99~108 25~50

四、声波在两种介质界面上的反射和折射
反射系数β: β=J1/J0
折射系数α: θ= θ1
θ ? Z 1 cos θ2? ? Z 2 cos 4Z 1Z 2 cos θ cos θ2 β ?? ? ?? θ ? Z 1 cos θ2? ? Z 2 cos ( Z 2 cos θ ? Z 1 cos θ 2) 2
2

入射线 J0 θ θ1
Z1=ρ1ν1 Z2=ρ2ν2

反射线 J1

α=J2/J0

1 θ2 2

界 面

当θ= 0时, θ2=0
? Z 2 ? Z1 ? βo ? ? ? ? Z 2 ? Z1 ?
2

?o ?

4 Z 1Z 2 ( Z 2 ? Z 1) 2

J2 折射线 图1-1:声波在界面上的反射和折射

Z1、Z2相差越大, β大, α小。 讨论:1)α+ β =1 ,或J0=J1+J2,声强守恒定律。 2) α和 β 表示声波在两种介质中能量分配关系。

第三节 油井的井身结构及井口装臵
一、井身结构
图2-1中给出了工程测井常遇到的井身结构示意图。

图2-1

井身结构示意图

二、井口深度及井口装置
1.井中深度
井身结构中的所有深度均从钻井时转盘补心面算起。 套管下入长度和下入深度 不一致,其差值是套管近地面 一根的接箍面至转盘补心平面 距离,即套管头至补心距 ; 套补距:套管法兰到补心 面的的距离; 油补距:油管头法兰顶面 (套管四通法兰顶面)到补心面 的距离。

图2-2 油套补距及套管头至 补心距示意图

2.井口装置
通常井口装臵就是指采油树,如图11-3所示。

图2-3 井口装臵示意图 1— 油管压力表;2—清蜡闸门;4—油嘴套;5—出油管; 6—总闸门;7—套管闸门;8—套管压力表;9—套管;10—油管

第四节 固井评价测井
固井失败的主要后果是会导致渗透层之间流体 的渗流。因此固井质量评价是工程测井中重要的一 个作业,发现问题应及时修补。 目前用于评价固井质量的测井主要有声幅测量 或叫水泥胶结测井CBL(Cement Bond Logging)、 声波变密度测井VDL(Variable Density Logging)、水 泥评价测井CET(Cement Evaluation Tool)、分区 水泥胶结测井SBT(Segmented Bond Tool)。 当前, CBL、VDL应用最多。

一、声幅测井
声幅测井时记录沿套管传播的声波幅度(滑行 波),以此来判断水泥胶结的好坏。固井声幅测井的 下井仪器如图3-1所示。接收器接收的典型声幅信号 如图3-2所示。

图3-1

水泥胶结测井

图3-2

两种典型的声幅信号

1.基本原理
CBL下井仪器如图所示,采用单发单收声系,源距为 3ft(0.91m)。可以近似认为,发射换能器发出声波,其中以临 界角入射的声波,在泥浆与套管的界面上折射,产生沿这个界 面在套管中传播的滑行波(即套管波),套管波又以临界角折 射进入井内泥浆到达接收换能器被接收。 仪器测量记录套管波的第一峰的幅度值(以mV为单位), 即水泥胶结测井曲线。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。 若套管与水泥胶结良好,这时套管与水泥环的声阻抗差较 小,声耦合较好,套管波的能量容易通过水泥环向外传播。因 此,套管波能量有较大的衰减,测量记录到的水泥胶结测井值 就很小; 若套管与水泥胶结不好,套管外有泥浆存在,套管与管外 泥浆的声阻抗差很大,声耦合较差,套管波的能量不容易通过 套管外泥浆传播到地层中去。因此套管波能量衰减较小,水泥 胶结测井值很大,从而利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井 质量。

T

3’ R 5’ R

2.影响声幅的主要因素
(1)、套管厚度 套管越厚,声幅衰减越小 (2)、水泥环和仪器偏心 水泥的密度越大,水泥的抗压强度越高,其声阻抗与套 管的差异就越小,套管波的幅度将变小。在水泥密度一定 的条件下,水泥环越厚,声波幅度越小。当厚度大于2 cm 时,套管波的幅度将降至最小且保持不变 ; 仪器偏心时,声波沿不同的路径到达接收器,此时记录 到的首波到达时间不同,实验表明,当仪器偏离中心0.25 英寸时,首波幅度将减小二分之一。因此,测井时应使仪 器居中测量。 (3)测井时间 水泥凝固20小时后,水泥抗压强度达到标称值的80%以 上,可以进行测井。否则,水泥与套管胶结较差。

3. CBL测井曲线
(1)在水泥面以上曲线幅度最大,在套管接箍处出 现幅度变小的尖峰,这是因为声波在套管接箍处能量 损耗增大的缘故。 (2)深度由浅变深、曲线首次由高幅度向低幅度变 化处为水泥面返高位臵。 (3) 在套管外水泥胶结良好处,曲线幅度为低值。 水泥胶结测井已广泛用于检查固井质量,并已 总结出一套解释方法,如根据模拟井实验表明,可用 声波相对幅度的大小来判断固井质量: 声波相对幅度=(目的层井段的声波幅度/套管外全 是泥浆的井段的声波幅度)x100% 通常,相对幅度越小,固井质量越好;反之相 对幅度越大,固井质量越差。根据实验结果和实际经 验,可将固井质量划分为三个等级: ①胶结质量良好,相对幅度<20% ②胶结质量中等,相对幅度介于20%~40% ③胶结质量不好,相对幅度>40%

3. CBL测井曲线
根据相对幅度定性判断固井质量固然是水泥胶结测井 解释的依据,但不能机械地生搬硬套,还要参考井径等曲线, 同时还要了解固井施工情况,如水灰比、水泥上返速度和使 用的添加剂类型等,必须综合各方面的资料,才能得出准确 可靠的判断。 CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要 取决于水泥与套管外壁的胶结程度,因此只能解决第一界面 (套管外壁与水泥环的界面)的问题,而水泥环与井壁(水 泥环与地层)之间是否胶结良好,即第二界面的问题是无法 解决的。但由于水泥胶结测井方法简单,易于解释,仍然是 判断固井质量的常用方法。

4.资料分析
为了消除以上各因素对套管首波的影响,常采用声波幅 度相对幅度进行解释,即:
? ?

C?

A ? 100% A0

(11-13)

引进的CBL仪器把套管的直径、壁厚、水泥抗压强度综 合起来利用胶结指数(BI)评价胶结效果,
? ?

BI ?

C ? D lg A C ? D lg Amin

(11-16)

式中为 C相对幅度, A为目的层段的声波幅度值, A0 为 自由套管的声波幅度值, Amin表示100%胶结井段的套管波 的首波幅度。解释时通常认为: BI=1 胶结好; 1.0> BI >0.8 胶结良好; 0.8> BI >0.6 胶结中等; 0.6> BI >0.3 胶结不好; BI <0.3 胶结差,出现窜槽。

各种水泥胶结条件下的声波幅度测井响应示意图
套管 地层 部分胶结 流体

胶结差 自由套管

水泥

胶结好

二、声波变密度测井(VDL)
1.测井原理
? 反映第一、二界面水泥胶结质量
泥浆波

变密度

1.测井原理
VDL利用单发单收声系进行全波列测量,源距为5ft(1.52m),在1ms的 时间间隔内,能够测量套管波、水泥环波、地层波、泥浆波等。 在测量时把信号幅度的正半周保留,将负半周去掉,正半周的信号输入 到调辉管,将声波幅度的大小转变为光辉度的强弱,信号为零幅度时用灰 色表示,正幅度用黑色表示,黑色的深浅表示信号幅度的大小;负半周用 白色表示,在照相记录仪上就显示出随深度变化的黑、白相间的条纹,即 显示为声波信号的强度—时间记录。

2.曲线分析
经过模拟实验发现,在不同的固井质 量情况下,套管波与地层波的幅度变化有 一定的 规律。如左图: 当套管外无水泥,只有泥浆时,此时 第一界面声耦合不好,致使大部分声能量 沿套管传播,极小部分传到地层,甚至传 不到地层,这是套管波的幅度很大,而地 层波的幅度很小,甚至看不到地层波(图 a)。 当水泥环与套管及地层胶结良好时, 声耦合好,声波能量基本上传到地层,此 时套管波幅度小,而地层波的幅度较大 (图b)。 当第一界面胶结良好,而水泥环与地 层胶结不好时,声波大部分能量传到水泥 环中,由于水泥环吸收强,致使声波幅度 明显衰减,此时所有波的幅度都很低(图 c)。 当套管偏斜时,一侧与水泥胶结良好, 而另一部分与没有水泥,地层称为窜槽, 声波能量一部分沿套管传播,另一部分传 入地层,此时既有地层波的显示,也有套 管波的显示(图d) 。

3.固井声幅及变密度测井曲线及要求
?声波变密度测井组合曲线 CBL、VDL CCL、GR ?固井质量测井要求
1、应在注水泥后24—48h(最佳 测量时间)之间进行测量。 2、仪器在自由套管井段进行刻度。 3、测至水泥面以上进入自由套管 至少五个稳定接箍。

3.固井声幅及变密度测井曲线及要求
?声幅曲线质量要求
1 、自由套管处幅度在 8cm~ 12cm之间,接箍显示清楚,接箍信 号的相对幅度大于2cm。 2、曲线不得出现的负值。 3、曲线重复误差应小于10%。

?变密度曲线质量要求
1、自由套管处VDL套管波显示清楚,明暗条纹可辨,箍处有明显 的“人”字形条纹。 2、VDL显示对比度清晰、适中、明暗变化正常。 3、VDL与CBL曲线有良好的对应关系。

?磁性定位曲线质量要求
1、必须连续记录,干扰信号幅度小于接箍信号幅度的1/3。 2、接箍信号不能出现畸形峰。 3、短套管附近、井底、目的层段不得缺失接箍信号。

4. CBL和VDL评价准则
CBL曲线 0≤声幅相对值≤15% 15%<声幅相对值≤30% VDL曲线 套管波弱至无,地层波明显 套管波和地层波均中等 评价结论 胶结质量优 胶结质量中等

声幅相对值>30%

套管波明显,地层弱至无

胶结质量差

CBL曲线

VDL曲线

评价结论 存在微环隙,水泥胶 结质量优质

20≤声幅相对值≤60% 套管波中等,地层波明显

加压对比分析

对套管加压测CBL/VDL,声幅相对值低于20%,地 层波明显

5.资料解释
(1)、自由套管 在自由套管井段, 大部分声波能量沿套 管传播,传到地层中 的声波能量非常小。 因此在变密度图上出 现强套管波信号,声 波在套管壁上反复振 荡形成前6至8个波全 是套管波。传播时间 稍有增加,套管波幅 度变小,变密度曲线 在接箍处有人字纹显 示。

5.资料解释
(2)、水泥与套管及地层 胶结良好 在水泥与地层胶结 都好的井段,因为水泥 与钢管的声阻抗很接近, 大部分声波能量穿过套 管及水泥环进入地层传 播。因此,在变密度图 上套管波信号很弱或不 存在,而地层波信号很 强。甚至某些快速地层 的地层波会出现在套管 的位臵上。

? ? ? ?

a good CBL Check quality
– – – – Look at TT curve Relatively low amplitude No casing arrivals Formation arrivals

Check CBL curve Verify VDL

5.资料解释
(3)、水泥与地层胶结差, 与套管胶结好 在这种情况下,大 部分声波能量穿过套管 水泥环界面进入泥环, 但传到地层中的声波能 量很小,声波能量在水 泥环中被衰减损耗。因 此在变密度图上套管波 信号很弱,以致E1幅度 在检测电平之下,使传 播时的测量将由触发, 使得首波到达时间曲线 (TT2)摇摆不定,此 波称为周波踊跃。

?
? ?

Check quality
– – – – Look at TT curve Relatively high amplitude Casing arrivals Weak formation arrivals

Check CBL curve Verify VDL

5.资料解释
实例:变密度验窜 直接检查第一胶结界面,通过 分析资料,找出窜槽部位,施 工方法简洁明了。可通过加压 消除微环空影响,根据水泥胶 结指数确定窜槽位置。

水层

油层

7号油层与 上临水层间 封固不好,易发生窜槽。 射开7号油层试油,结 果日产水3.5t,不产油

5.资料解释
VDL定性解释固井质量的测井特征表
固井情况 套管与水泥环(第一界面)、水泥 环与地层(第二界面)均胶结良好 第一界面胶结良好而第二界面未胶 结 第一界面未胶结或套管外为泥浆 波列特征 套管波弱 地层波强 套管波弱 地层波也弱 套管波强 地层波弱 VDL图形特点 左浅 右深 左浅 右浅 左深 右浅

另外,在VDL测井图(辉度图)中,套管接箍也有显示,显示出“人字 形”的条纹线。 CBL或VDL是反映套管周围水泥胶结的平均状况,不能反映套管周围不 同方位的水泥胶结状况,近年来又发明了研究套管周围360°方位的水泥胶 结情况的测井方法。

三、水泥评价测井仪 CET
1.测量原理
图3-4是CET测量 原理结构图。声系有 八个声波换能器,采 用螺旋式排列,可以 对套管进行扫描,在 360度的圆周上形成45 度的扇形面,超声波 换能器可同时发射和 接收八个声波信号。
图3-4 水泥评价测井仪测量原理

2.现场测量与资料处理
CET的仪器中,8个测量晶体纵向排列在2英尺的距离上, 每个探头的外径为4英寸或3.375英寸,另外还有第九个晶体 装在最下部,它把传播时间转换成距离(精度0.1 mm),由 此可以确定仪器的相对方位,并得出相距45°的8个视半径 值,并进一步计算出4个套管直径和一条平均井径,最后计 算其椭圆度(最大直径和最小直径的比值),作为衡量套管 变形、损坏、崩塌的一个较灵敏的指标。 (1)、仪器测量的特点 a、减小微裂环的影响 b、天然气效应识别 (2)、与CBL、VDL相比 ,CET有以下优点: a、用八个换能器可以进行沿径向的水泥胶结评价; b、确定管外流体的抗压强度; c、可以消除微环的影响; d、可以消除环境影响:快速地层到达波、天然气效应、双 套管等。 e、可以确定井眼的几何信息:套管椭圆度;损坏程度等。

3.裂缝的加压测试
若没有CET仪器,必须采用CBL、VDL仪器时, 需要采用加压的办法进行测试。微裂缝是指套管外 壁与水泥之间存在极小的环空间,一般只有0.1mm厚。 产生微环空的原因有以下三种: (1) 热致微环空:在水泥凝固时释放热量,使套 管受热膨胀。固井后,温度降低,套管收缩,从而 导致的环空间隙,这就是热致微环空。 (2) 工程致微环空:它分两种情况,一是在固井 过程中由于某种原因需要加压作业,完工后,压力 取消,出现微环空;二是固井后,由于再次钻井, 水泥环受振动而产生微环空。 (3) 次生微环空:由于固井前后静液柱压力变化 产生的微环空。

四、井下超声电视测井
井下超声电视测井又称三维井壁超声成像测井, 是利用超声波的传播物和井壁对超声波的反射性质研 究井身剖面的。既可用于裸眼井,又可用于套管井。 测井结果以图像形式给出。 利用计算机图像处理技术对回波幅度及时间信息 进行处理,可以以三维、二维方式显示出套管的立体 图、纵横截面图,并可同时测出声波井径曲线。仪器 的核心是一个压电晶体换能器,测井时向井臂发射 2MHz的超声波换能器,同时接收套管反射的回波, 同时探头沿井柱旋转扫描。

超声波井壁成像测井(CAST)
主要应用 在套管井中用于 检测套管变形、腐蚀、 泄漏与破损等质量情 况,识别射孔孔眼检
射孔孔眼

查射孔质量等。
轮南202井射孔 密度为米16孔/米。

从左侧的原始振幅图
节箍

像上可以清晰的看到 每一孔眼的位置,射 孔孔眼排列整齐,说 明其射孔质量良好。

五、分区水泥胶结测井SBT及资料解释
1.测量原理
阿特拉斯公司的 5700 系列扇区水泥 胶结测井仪(SBT )是该公司 20世纪90 年代推出的一种新式固井质量评价测 井仪。 SBT 仪器有 6 个极板,每个极板上 有1个发射探头和 1个接收探头,共计6 个发射探头和 6个接收探头,分别用于 发射声波和接收声波;测井时 SBT 安装 的6个动力推靠臂各把一块发射和接收 换能器滑板贴在套管内壁上,6个极板 上的 12 个高频定向换能器不断的发射 和接收声波信号,由于测井时同时测 量 6 个极板分属的 6 个区域信息,因而 可得到 6条分区的套管水泥胶结评价曲 线,故该仪器称为“分区水泥胶结测 井仪”或“扇区水泥胶结测井仪”。

1.测量原理
SBT 测量系统以环绕方式在包括整个井眼的 6个角度区块定量测量水泥胶结 情况。声波换能器装在相隔60°的称为T1-T6的极板上,支撑滑板与套管内 壁接触,进行声波补偿衰减测量。当发射器在每个区块上发射时,两相邻 极板上的接收器测量声波幅度,这两个幅度分别为远、近接收器所接收。 声波经过两接收之间空间的能量损失,可直接作为衰减测量,由此可推导 出套管外这一 60°范围内的水泥胶结质量。SBT声波滑板阵列 360°展开图 如下图所示。

1.测量原理
在对应的SBT分区中,利用4个邻近滑板上的2个发射器和2个接 收器组成的声系可从两个方向来测量声波衰减。当发射器T1 发射时,

接收器R2 和R3 测量其下行声幅,定义为A12 和A13,如图所示。由
于使用同一发射测量两个幅度值,而且衰减测量只取决于幅度比。 因此,下行衰减不受发射强度的影响,其结果仅取决于接收器的灵

敏度。
于是套管波的衰减率为:α1=(10/d)lg(A12/A13)

1.测量原理
同理,当发射器T4 发射,由接收器R2 和R3 测量其声幅,定 义为A42 和A43。同样,该衰减值也不受T4发射强度的影响,而仅 仅取决于接收器的灵敏度。

套管波的衰减率为: α2=(10/d)lg(A43/A42)

1.测量原理
两次测量结果组合在一起可求出补偿后的衰减值: ATC1=α1+α2=(10/d) lg[(A12×A43)/(A13×A42)] 因而所得结果消除了接收器灵敏度的影响。这种测量

过程在6个分区中的每一个都进行着重复。
这样,对于六个区块的每一个,在整个 25分贝 / 英尺 的范围内,衰减测量结果得到完全的补偿。 发射器和接收器的排列也同时补偿了套管表面不平和 套管内壁有残留水泥的影响。

1.测量原理
由于该仪器从纵向、横向(沿套管周围)两个方向测 量固井胶结质量,同时该仪器设计考虑的短源距补偿使衰

减测量结果基本上不受快地层的影响,因而该仪器能用于
各种流体的井内,包括重泥浆和含气井液等。由于SBT是 贴井壁测量,测井时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。

2. SBT的测量内容

(1)声波衰减率; (2)最小衰减率; (3)平均声幅; (4)相对方位; ( 5 )五英尺源距的变密度。
SBT能详细评价第Ⅱ界面的固井质量,避免了声波变密度解释的多解 性和不确定性;而声波变密度在Ⅰ界面胶结好的情况下用于评价第Ⅱ界面 的胶结状况。

3. SBT的优点
?提供全井眼覆盖的水泥胶结定性分析。

?不受井中气体、快地层或重泥浆条件的影响。
?一次测井就能在4.6-16in(114-406mm)套管中有效反映均匀胶 结段和水泥通道或环空。

?对仪器中度偏心不敏感。
?不受温度和压力变化的影响。 ?不受发射器输出和接收器灵敏度的影响。 ?定位水泥环空或窜槽与井眼底边的夹角。 ?整个测量范围完全补偿。

SBT分区水泥胶结测井变密度图

SBT测井显示一口气侵井的水泥胶结图,平均和最小衰减道之 间的阴影间隔为2dB或更小,显示出没有窜槽。这种情况反映 了套管周围分布着低阻抗材料。

SBT分区水泥胶结测井成果图

好 串槽 部分串槽 和水泥 胶结差

3. SBT的优点
(1)SBT的刻度简易,灵活可靠,只需在测井之前将套管参数 与水泥参数输入计算机即可,提供全井眼覆盖的水泥胶结定性分 析。 (2)SBT有六个推靠臂,每臂推靠力为50磅,仪器收臂,下井 通畅;上提测量时张臂,可在内径为 4.5 ~ 16 英寸套管中测量, 而不存在偏心影响,在井斜达45°时仍可取得合格资料。

(3)SBT能够确定水泥窜槽的有无,大小和方位,有较高的周 向分辨率,定位水泥环空或窜槽。
( 4 ) SBT 测井与井内泥浆性质无关 , 不受井中气体、快地层或 重泥浆条件的影响。不受温度和压力变化的影响。 (5)由于SBT的源距、间距小,在这个距离内地层波始终赶不 上套管波,故首波总是套管波。所以, SBT 的测量结果不受快 地层的影响。

4.仪器性能参数及技术指标
耐温: 耐压: 最小套管直径: 最大套管直径: 仪器直径: 最大测井速度: 套管斜度: 动态范围: 衰减测量精度: 垂直分辨率: 探测深度: 电缆要求: 350℉ (177℃) 20000PSI (137.9 Mpa) 4.5 IN. 16 IN. 3.38 IN 10.7m/min 60° 0~25 db/ft ±1.0 dB/ft 0.25 ft (7.62 cm) 2 in. (5.08 cm) 单芯或7芯电缆

5.分区水泥胶结测井资料解释 应用

(1) 能对套管与水泥、地层与水泥胶结胶
结情况准确评价。 (2)能有效地在大直径套管中使用,而且 能在一个单趟中测得不同尺寸套管的数据。 (3)一次测井就能反映均匀胶结段和水泥 通道或环空

5.分区水泥胶结测井资料解释
SBT测井可直接用衰减曲线来评价水泥胶结质量,根据测量的平均 衰减率曲线ATAV,套管壁厚,就可以用图版进行水泥胶结质量的评价。

套管壁厚 in

5.分区水泥胶结测井资料解释
根据SBT提供的资料求胶结比BR: 用下式可将声波衰减率转换为胶结比:
BR=(A-Afp)/(Ag-Afp) 式中: A---计算点的衰减率,dB/ft; Ag—当次固井水泥胶结最好井段的衰减率;dB/ft; Afp—自由套管的衰减率。dB/ft;

根据石油天然气行业标准,用BR判断 水泥胶结为:

BR≥0.8为胶结优;
0.5≤BR<0.8为胶结中等(合格); BR<0.5为胶结差(不合格)

5.分区水泥胶结测井资料解释
水泥胶结强度 对于SBT测井,水泥胶结强度由下式求取: Smm=48.5×【(T+0.1)(Amm-Afp)】2.5 式中: T—套管壁厚,in;Amm—计算深度点的最小衰减率(即ATMN)dB/ft; Afp—自由套管的衰减率,dB/ft;Smm—最小水泥胶结强度,psi。

六、脉冲回声仪(PET)
1.测量原理
PET仪器是从哈里伯顿公司引进的,通过以双螺旋结构 的8个探头,按1、3、5、7、2、4、6、8的顺序以直径成 对的形式安装,每个探头既是发射器又是接收器,可发射中 心频率为500kHz的短脉冲,在套管上产生反射波和共振波。 在8个探头的下面安装有第9个探头,用于测量声波在流体 中的传播时间。通过对反射波、共振波和传播时间的处理 可以得到充填介质的抗压缩强度和声阻抗,覆盖360°的第 Ⅰ界面胶结成像图、声波接箍、平均厚度、偏心率、套管 椭圆度等。 PET适于较详细地评价第Ⅰ界面水泥胶结状况,探测窜 槽方位,检查套管厚度,检查套管内径和椭圆度,探测相对方 位和倾斜度,探测流体传播时间。

六、脉冲回声仪(PET)
1.测量原理
PET是一种超声脉冲水泥胶 结测井评价仪。其井下仪上有8 个探头。每个探头即是发射器又 是接收器,发射器向套管内壁垂 直发射500KHz的超声脉冲。每个 探头所发射和接收的超声波覆盖 套管壁的45°区域。通过对8个 探头所接收到的超声回波信号进 行分析,可对套管四周360°区 域每一部分的水泥胶结质量进行 分区评价和对套管质量进行评价。

2.测井记录曲线 ? PET超声脉冲组合测井可同时记录自然伽玛曲线 (GR)、磁性定位曲线(CCL)、声波节箍曲线 (ACCL)、泥浆传播时间曲线(FTT)、仪器方 位曲线(RB)、井斜曲线(DEVI)、套管椭圆 度曲线(OVAL)、仪器在套管中的偏心度曲线 (ECTY)、8条水泥抗压强度曲线(CS1……CS8) 或8条声阻抗曲线(Z1……Z8)、平均抗压强度 曲线(AVCN)、最大抗压强度曲线(MXCN)、 最小抗压强度曲线(MNCN)、平均声阻抗曲线 (AVZ)、最大声阻抗曲线(MXZ)和最小声阻 抗曲线(MNZ)等。

3.优点及应用

优点
?PET测井的八个探头能提供第一界面0-360度区域 水泥阻抗(或抗压强度)展开图。 ?测井不受微环间隙、快地层、岩性、仪器偏心等 环境因素的影响。

应用
?对水泥与套管的胶结情况进行更精确的评价 ?测量的井径和方位曲线,可以准确地判断窜槽、 孔洞的相对方位 ?用于套管质量评价,如井斜曲线、套管内径、套 管壁厚、套管的椭圆度等测井资料

CBL/VDL与PET对比图

莫005井PET与CBL、VDL测井对比
井斜曲线

最大抗压 强度曲线

变密度图

最小抗压 强度曲线 声幅曲线

平均抗压 强度曲线

抗压强度成 像展开图

仪器性能及记录曲线
序号 1 2 测井项目 声幅 CBL/VDL 仪器技术指标 最高耐温:150℃ 最高耐压:60Mpa 最大耐温:176℃ 最大耐压:136Mpa 测量记录曲线 单声幅曲线 GR、CCL、声幅、VDL、 CTT3 ACCL、OVAL、DEVI、ECTY、 CS1—CS8、Z1—Z2、MXCN、 MNCN、AVCN、MXZ、MNZ、 AVZ、RB、R1—R8、TH1— TH、MSCN、ZFIXP GR、CCL、ATC1—ATC6、 DTMX、MXMN、RB、ATAV、 AMN、VDL、MAP成像图

3

PET

最大耐温:175℃ 最大耐压:136Mpa 最大耐温:177℃ 最大耐压:137.9MPa 套管内径:101.6—393.7mm

4

SBT

七、 MAK-2声波测井
它是从俄罗斯引进的,其测井原理与声波变密度测井原理基本一致, 所不同的只是它不提取首波绝对幅度的大小,而是研究首波的幅度衰 减和时间特性。为此,它通过设置固定时间窗口和滑动时间窗口从得 到的2个全波列中提取以下6条参数曲线:首波到达R1的时间t1;首波到 达R2的时间t2,首波时差△t;R1记录的首波衰减d1k;R2记录的首波衰 减d2k;首波的衰减系数Ak。 如果地层波的传播速度vn小于套管波的传播速度vk(vn<vk),那么 上述参数将反映套管波的传播特性;相反,若vn>vk,水泥环与套管和地 层又都胶结良好,则沿地层传播的弹性波能进入到固定时间窗内,在这 种情况下,上述参数将反映地层波的传播特性。 如果套管波的幅度小于门坎幅度值,水泥环与套管和地层又是完 全胶结,上述参数则反映地层波的传播特性;相反,若套管波的幅度超过 门坎幅度值,上述参数则反应套管波的传播特性

MAK-2声波变密度测井仪基本原理
该仪器为单发双收声系(如图1),其原 理与常规变密度测井仪基本相同,测量由声波 (频率为20KHZ)发射器发射,经过泥浆、套 管、水泥环和地层等介质传播后折射到1米、 1.5米源距的两个声波接收器中的声波全波信 号。MAK-2声波测井不提取首波绝对幅度的大 小,而是研究首波的幅度衰减和时间特性。为 此,通过设置固定时间窗口和滑动时间窗口从 得到的两个全波列中提取六条参数曲线。

夏72井

射开井段4808-4826m,日产油:56.95, 气:0.42*104方

2.套管柱试压标准
?套管柱试压与水泥环质量鉴定同样是固井质量评定的重要

组成部分。
?试压液的选用:20″~13 3/8″表层套管柱及9 5/8″技术套管 柱,使用井内钻井液。7″油层套管柱管外水泥面以下100米 至井口段使用清水,其余井段为原钻井液。尾管固井水泥浆 未返至尾管头时试压,用原钻井液。

2.套管柱试压标准
?按以下数值加压,30分钟压降不超过0.5MPa为合格。
1 2 3 4 5 6 7 20″表层套管柱 13 3/8″表层套管柱 9 5/8″技术套管柱 7″油层套管柱 7″气层套管柱 7″尾管、5″尾管 7″尾管回接套管柱 4MPa 10MPa 20MPa 20MPa(油井和注水井)

按预计关井最高压力、采气井口工作压 力、套管抗内压强度80%,选其小者进 行加压
20MPa 同4、5

祝愿各位∶
身体健康 ! 一切顺利 !


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