声幅测井评价固井质量的影响及对策

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套管试压、射孔及增产作业时,套管受内压力的作用,向外产生微膨胀;泄压后由于 套管和水泥石的弹性变形不同,会在水泥环和套管间(第一界面)形成微间隙。如试压 15~ 20MPaΦ177.8mm 套管将产生 0.02mm 形变,试压 70MPaΦ177.8mm 套管将产生 0.10mm 形 变。微间隙虽然不能给地层流体提供通道,但对声幅值产生较大的影响。特别是为满足酸化 压裂增产作业的需要,对全井套管试高压,套管自由度增大,加剧了微间隙的形成及进一步 增大。这说明造成声幅测井差异较大的原因之一是套管试压、射孔及增产作业。
图 1 声波变密度指数与环空压差值关系
3.4 测井时间影响固井声幅值 候凝时间不足就进行测井,造成对固井质量的评价失真。总的规律来看,候凝时间越短,
固井声幅值越高。
4 针对性的技术措施
综合评价方法 目前国内大部分油田采用声幅测井(CBL)评价固井质量,虽然声波/变密度测井(VDL)技 术也正在作为基本的固井评价手段加以推广和应用,但是仍显不足,比如受微环隙、快速地 层等因素的影响,测井资料易出现多解,常造成对固井质量的误判。 通常情况下,一般利用套管波与地层波的幅度强弱进行第一、二界面胶结质量评价。但 是在实际情况中,第一界面有时存在微环隙,微环隙是指套管外壁与水泥之间存在极小的环 形空隙(一般只有 0.1mm 左右),在声波测井中,微环井段与窜槽井段的曲线特征相似,均表 现为胶结不好,难以区分。然而微环隙既不影响液封,也不影响固井质量,而窜槽不能实现 液封,影响生产,因此必须将两者区分开来。 开展多种测井方法组合进行综合评价的新方法刻不容缓。目前,第一界面胶结质量评价 的困难主要在于对微环隙的识别。现场区别微环隙和窜槽的方法是,在套管加压条件下再进 行一次声幅测井,与未加压的声幅测井曲线进行比较,如果套管波幅度变小,说明存在微环 隙环形空间;如果套管波幅度变化不大或者无变化,说明存在窜槽。在利用地层波信号分析 第二界面胶结状况时,应考虑地层中泥质含量的影响,考虑地层对地层波的衰减影响,利用 自然伽马测井(GR)曲线和声波时差(AC)测井曲线定性确定地层岩性,同时利用声幅-变密度 测井(CBL/VDL)来进行综合评价。 4.2 固井技术措施 4.2.1 水泥浆体系和浆柱设计 根据气层的压力、气体的上窜速度和井内钻井液性能,评估气窜程度,调节水泥浆性能 和浆柱结构,如使用多凝多密度水泥、纤维水泥、膨胀水泥、防气窜水泥体系,减轻水泥浆
99.32 73.16 40.30
0.10 6.97 29.17
0.59 19.87 30.53
99.41 80.13 69.47
固井施工水泥浆密度:2.09g/cm3
表 2 磨溪 1 井循环流体变化声幅值对比
名称
泥浆密度(g/cm3) 优(%) 中(%)
磨溪 1 井Ф244.5mm 套管 固井
清水 1.72
后续作业对声幅测井评价固井质量的影响及对策
刘世彬 徐 峰 乐尚文 黄 云
(四川石油管理局井下作业公司)
摘要 分析了后续作业(试压、环空压差、增产作业等)造成套管与水泥环的微间隙和候凝 时间不足是引起固井声幅测井曲线的变化的主要原因。测井结果表明,微间隙、候凝时间对 声幅测井影响较大,特别是全井筒试高压、压裂酸化增产、射孔作业及温度的变化,有可能 加剧了微间隙的形成及进一步增大,直至产生环间通道,引起固井后期窜气,环空带压。文 章最后提出了采用固井质量综合评价方法、改进现有水泥浆体系和固井施工工艺和改进后续 作业方法等技术措施来解决后续作业对水泥胶结质量影响,如运用预应力固井技术,克服水 泥浆(石)的体积收缩;使用旋转或提伸管柱和增大前置液的使用量提高顶替效率;利用膨 胀剂、纤维、抗压强度高、抗弯曲变形能力强、稠化曲线成直角、过渡时间短、稠化时间可 调的柔性水泥浆体系提高固井质量。试验井测井结果表明,所采取的固井技术措施行之有效, 能够保证固井质量,满足后续作业需要。 关键词 后续作业 固井声幅 技术措施
47.28 34.33
差(%) 18.39
固井合格率(%) 24.97 81.61
表 3 不同测井时间声幅值对比


测井时间
优%
中%
差%
龙岗 9 井 Φ177.8mm 套管回接固井
24 小时测井 60 小时测井
龙岗 11 井 Φ177.8mm 套管回接固井
24 小时测井 60 小时测井
12.79 76.01 73.16 99.32
失重,增大水泥石孔隙压力等。
表 4 龙岗 9 井Φ127mm 尾管纤维微膨胀防窜水泥浆现场试验情况
水泥样
嘉华 G 级 总厂+ 托阳硅粉 = 700+300
水样
龙岗 9 井井场水
电测井温(℃)
143
井深(m)
6391
项目
缓凝大样 SD10 5.0%
快干大样 SD10 5.0%
使用添加剂及加量(%)
SDP-1 3.0% FS-31L 3.0%
7‘’套管
水泥浆
95/8套管

95/8套管


预应力


低密度顶替产生的静液柱压力
图 2 预应力示意图
表 6 采用预应力固井后电测声幅值
测井评价
施工 评价段长
序号 井 号
类型
(m)
好(m) % 中(m) % 差(m) %
1 龙岗 9 7"回 3556.00 3442.20 96.80 113.60 3.19 0.00 0.00 2 龙岗 11 7"回 2851.00 2831.50 99.32 2.81 0.10 16.69 0.59 3 龙岗 6 7"回 2104.05 1896.72 90.15 193.88 9.21 13.47 0.64 4 龙岗 7 7"回 3515.00 2868.375 81.60 607.188 17.27 39.438 1.12 5 宝龙 1 7"回 2986.00 2126.69 71.22 771.063 25.82 88.249 2.96 6 龙岗 8 7"回 3750.00 3601.63 96.04 122.19 3.26 6.19 0.17
177.8mm 套管的内外压差和固井施工技术后的环空憋压产生,在此应力作用下 177.8mm 套 管受挤发生形变;计算表明,在 15 MPa 压力作用下就能使 177.8mm 套管(3000m)在整个 表面积上发生大约 0.00242 m 的形变。通过几口井固井实践,证明该方法效果明显,固井质 量较以前得到大幅度的提高(表 6)。
间存在一个胶结质量较差的过渡区,都会产生微间隙。如果我们在固井施工中考虑到了这些 影响因素,在水泥石收缩之前就给予套管一个受挤压的预应力,而待水泥石收缩后,根据作 用力与反作用力的原理,套管就会产生膨胀力,该膨胀力迫使套管膨胀来弥补水泥环收缩时 留下的微裂缝,从而得到好的固井质量,也使环间有好的封隔效果。在施工现场,我们采用 高密度的水泥浆、低密度的顶替液和环空憋压,使水泥浆柱对套管产生较大的外挤压力或称 预应力的条件下候凝,以此来防止后期作业过程中水泥环整体密封性能受到破坏。即在水泥 浆凝固之前就在 177.8mm 套管和 244.5mm 套管环间施加了一个预应力(图 2)。该应力由
1 引言
针对作业前期声幅电测评价固井质量优良的井,而在后续作业后出现套管环空带压的问 题,分析认为可能是以下一些原因所致:一者是固井作业后由于在套管内进行试高压、射孔 及压裂酸化增产作业,致使全井套管产生较大的弹性变形,对材料力学特性完全不同从上至 下的水泥环质量造成了较大伤害,从而留下窜气通道;二者是完井试油期间管内液柱、温度 发生剧烈变化对套管产生的交变应力作用,使套管形变力传递到水泥环直至产生较大伤害, 留下了窜气通道;最后当生产套管内全部是气柱时,由于初产前关井压力很高对套管产生非 常大的内压力,同时挤压水泥环,随着天然气不断产出井口压不断下降,并伴随停产期井口 压力的恢复等诸多复杂外力对水泥环的反复作用,最终导致了对水泥环密封性能的破坏,从 而出现窜气通道。传统观念均认为,只要产生窜气通道其根源就在不合格的固井质量上,而 从未考虑以上后续作业对固井质量的影响。同时,候凝时间不足也会严重影响对固井质源自文库的 评价。
75 1.90 0.45 22
0 30 11.8 410min/40BC 412min/100BC 16
75 1.90 0.45 22.5
0 30 10.5 154min/40BC 155min/100BC 16
\
表 5 龙岗 9 井Φ127mm 尾管纤维微膨胀防窜水泥浆体系射孔前后固井测井对比
名称
评价段长
测井评价
(m) 好(m) %
中(m)
%
差(m) %
射孔前
766
280.813 36.66 485.188 63.34
0
0
射孔后
527.001 523.063 99.25
3.938
0.75
0
0
4.2.2 预应力固井技术 由于水泥材料固有的“高收缩、高脆性、高滤失、高密度”缺陷和套管与水泥石本体之
3.3 环空压差影响固井声幅值 在固井水泥浆候凝期间,地下油层承受着水泥浆、隔离液和洗井液三种流体的液柱压力。
当井筒液柱压力高于油气层孔隙压力时,地层孔隙中的流体被压住,但液柱压力过高又会加 重对油气层的污染,甚至影响低压层的固井质量;液柱压力低于地层孔隙压力时,地层中的 流体就很可能窜出,破坏水泥环。所以,环空压差的大小直接影响着固井声幅值。通过对调 整井的测压资料与声波变密度测井资料进行了统计与分析,结果见图 1,当环空压差值小于 -4.0MPa 时,声波变密度小于 0.4;而当环空压差值大于 1.0MPa 时,声波变密度指数 BI 大 于 0.8,固井质量良好。
本文通过在四川油气田 2 口井试压、射孔前后声幅质量的对比、1 口井环空压差变化后 和 2 口井不同候凝时间的固井声幅值的对比,说明后续作业是固井声幅值变化的原因,阐述 了后续作业对声幅测井的影响规律,并提出了针对性的固井技术措施。
2 后续作业前后声幅测井评价固井质量对比
四川气田 84.5%的气田均属高含硫气田,它的气窜现象比一般气井要多得多,危险性也 大的多。试油后部分井气窜环空带压给该井的正常投产带来较大影响,而严重影响了酸化、 压裂、注水等各项增产措施的有效实施。目前,四川气田主要采用声幅变密度(CBL/VDL)测 井法检查固井质量,评价水泥与地层的胶结程度。但是在套管测井中,声幅变密度的测量受 到许多因素的影响。其中一些影响是由于测量过程中仪器本身的原因引起的,而另一些影响 则是由于固井Ⅰ、Ⅱ界面各声波传播介质的特殊性质造成的。前者在测井资料中有一定的反 映,可以根据测量所得到的资料进行识别,进而在固井质量评价中对其影响进行一定程度的 校正;而后者多是由于井身特殊情况造成的,不易识别。要准确评价固井质量,这些影响因
素必须予以考虑。根据每口井的资料对常见固井质量的影响因素从固井工艺和解释评价方法
上进行分析是十分必要的。在此,我们列举了龙岗 8 井、龙岗 11 井试压、射孔前后和磨溪 1 井循环流体变化前后和龙岗 9、11 井不同时间的电测固井声幅情况。
表 1 龙岗 8 井、龙岗 11 井试压前后声幅值对比
名称
SDP-1 3.0% FS-31L 1.6%
SD66 1.5%
SD66 1.5%
XP-1 0.2%
XP-1 0.2%
试验温度(℃)
124
124
试验压力(Mpa) 水泥浆密度(g/cm3) 水灰比 流动度(cm) 自由水含量(%) 失水量(ml) 初始稠度(BC) 稠化时间(min) 24 小时强度(Mpa)
试压否
优(%) 中(%) 差(%) 固井合格率(%)
龙岗 8 井Ф244.5mm 套管 试压 15MPa 前 83.18 7.43 9.39
90.61
固井
试压 15MPa 后 37.53 27.34 35.13
64.87
试压 15MPa 前
龙岗 11 井Ф177.8mm 套管 试压 15MPa 后 回接固井 射孔后
18.72 15.55 6.97 0.10
65.49 8.44 19.87 0.59
3 后续作业对声幅值影响分析
通过以上后续作业前后的声幅值对比,声幅值变化的原因分析: 3.1 水泥石强度衰退影响
地层流体对水泥石产生腐蚀,造成体积收缩或发生强度衰退,可能会导致第二次声幅 测井声幅值明显增大。为此,在室内将非渗透水泥浆体系的常规密度和低密度水泥石放入酸 性较强的地层流体中养护 2 个月,不但后期强度未出现衰退,而且后期强度有一定的增大。 这就说明了地层流体未对水泥石产生侵蚀、破坏,水泥石具有较强的抗地层流体侵蚀能力。 因此,水泥石强度衰退不是造成声幅值增长的原因。 3.2 套管试压、射孔及增产作业影响声幅值
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