固井质量资料简介

-油气井固井质量评价

固井声波测井的主要任务是检查套管和地层间水泥环的胶结质量，包括第一胶结面的胶结质量—水泥环和套管间的胶结情况、第二胶结面的胶结质量—水泥环和地层间的胶结情况。同时，水泥返高、水泥抗压强度和套管破裂等有关固井工程质量问题都是十分重要的评价内容。由于固井声波测井的井眼条件和测量目的都与裸眼井声波测井不同，因此在方法原理和仪器设计上也有其自身特点。

目前常见的固井质量评价测井仪有声幅测井仪和声波全波变密度测井仪，近几年发展起来的还有SBT扇区水泥绞结成像测井新技术。

.常规的声幅测井（CBL）：检测水泥环与套管（第一界面）的封固质量。

.声幅变密度测井（CBL/VDL）：同时检测第一界面和第二界面胶结的质量。

.扇段水泥胶结测井（SBT）：在实时监测第一、二界面封固质量的同时，测量整个水泥环内部的封固情况，并通过相对方位的资料确定水泥沟槽的相对方位和确定油气水窜槽的具体位置和原因。

.伽玛密度测井(SGDT)：分别探测来自套管、水泥环、泥浆液等介质产生非弹性碰撞的次生伽玛射线记数率，进而计算出水泥环平均密度、套管厚度、套管偏心等参数。

一、声幅测井

1. 声幅测井原理

声幅测井的基本原理是利用水泥和泥

浆（或水）声阻抗差异对沿套管轴向传播的声

波的衰减影响来反映水泥与套管间的胶结质

量。声幅测井仪的声探测装置是由位于井轴上

相隔一段距离的一对声发射器和声接收器构

成。当发射器发出声波后，接收器上接收到的

声信号包括有套管波、水泥波、地层波和泥浆

波的贡献。上述几种波在井中的传播路径见右

图。由于水泥对声波具有较大的吸收系数，实

际到达接收器的水泥波相对很微弱，一般可认

为接收信号中无水泥波的贡献。

套管壁的厚度很薄，例如外径为17.7cm 的套管，其壁厚约7mm 。钢套管内充满泥浆，套管外是水泥，由于钢、水泥、泥浆三种材料的声阻抗各不相同，因此套管实际上构成了一个内、外壁具有不同阻抗界面的声波系。套管波由波导中的不同模式组成，各模式波的轴向传播速度不尽相同，因而在传播过程中由于通过阻抗边界向两侧介质辐射能量而引起的衰减也各不相同。理论和实际测量表明，套管波的首波主要来自于沿套管的滑行纵波和一次反射纵波的贡献。在井内泥浆不变的条件下，套管波的首波向外层介质辐射能量的多少取决于介质的声阻抗。例如对套管滑行纵波来说，当管外为真空时，阻抗比为∞，不向管外辐射能量；当套管外层介质的声阻抗与钢管相同时，向管外的能量最多，当外层介质沿径向

无限延伸，这就是相当与钢质裸眼井情况，套管滑行纵波将按 的规律衰减（Z 为发射器和接收器间的距离）。

对于套管井，固结良好时套管外围为水泥环，固结不好时套管外围为泥浆（或水），或者部分是水泥部分是泥浆。由于泥浆的声阻抗与套管的声阻抗相差较大，而水泥的声阻抗与套管相对比较接近，因此套管波的首波幅度与水泥环胶结质量密切相关。

在声幅测井中，把无水泥固结的套管端称为自由套管，自由套管中的套管波声幅最大，在有水泥固结的套管端，套管波的声幅明显下降。因此，对套管波的幅度或衰减测量可以显示水泥与套管的胶结情况，以及指示水泥的返高。

研究结果表明，套管波幅度除了受水泥环胶结状况的影响外，它还会受泥浆性能、仪器源距、套管直径、套管厚度、水泥配比、水泥环厚度以及水泥固结时间、水泥环外地层的性质（岩性、渗透性及含油气水特性）、仪器性能（发射探头的声功率、接收探头的灵敏度、声幅记录系统的频幅特性、声系的源距、声信号的频率等）、测量条件（套管轴线和井轴的偏离程度、测速、井下温度）等因素的影响。因此，在声幅测井资料的应用中，都是采用相对幅度或相对衰减的方法来评价水泥胶结质量。

水泥环和套管、水泥环和地层间界面上的微间隙是水泥胶结缺陷中最常见的一种。微间隙产生的原因主要是水泥和套管、岩石的热膨胀系统不同，温度、压力变化、固井工艺不完善、固井水泥中有杂质、固井过程中套管下沉或旋转都可能在套管和水泥环间产生微间隙。固井以后若进行井下作业，则井下工具和套管1

2)ln ( z z

的碰撞；由于无枪身射 孔在井内强烈震动；射孔密度过大也会产生微间隙。

（1）相对幅度法

自由套管声幅值由水泥返高面以上的井段测得。据实验数据和实践经验，解释标准一般定为：相对幅度小于20%的井段水泥胶结良好；相对幅度大于30%的井段水泥胶结不好；相对幅度为20%～30%（有的为20～40％）的井段水泥胶结中等。显然，该解释标准中的好、中、差的界线并不是绝对的，它只是一个统计标准，仅供解释时参考。

（2）胶结指数法

相对幅度法是以自由套管中的声幅作为参考值来评价水泥胶结质量，这种方法在一定程度上消除了井内泥浆及套管尺寸的影响，但是对所用水泥型号、配比、水泥固结时间的影响则无法消除。胶结指数法将对上述影响有所改善。定义声幅测井的幅度衰减系数为：

式中，Z 为源距，ft （尺）；A 0为自由套管波幅度；A 为测量层段的套管波幅度。α表征了套管外水泥固结后造成的套管波衰减。如令整个测量井段中衰减系数的

最大值为 ，并认为 对应的井段是完全胶结好的井段。对于衰减系数为α的

井段。其胶结指数为：

对于完全胶结好的井段应有β=1。考虑到水泥厚度，测量误差等因素，通常认为β>0.8的井段为胶结良好井段。

固井后进行的井下作业，如射孔、钻水泥塞、压裂等都可水泥环和套管的破损。

二、 声波变密度测井仪

声波变密度测井又称全波变密度。在工程测井中声波变密度测井用于检查水泥固结后的套管井中第一胶结面和第二胶结面的胶结质量。同声幅测井一样，声波变密度测井仪也是采用位于井轴上的一个声发射器和一个声接收器测量套管A A z 0

lg 20

=α（dB/ft ） %100⨯=自由套管声幅解释井段声幅

相对幅度0

/ααβ=0α0α