国内固井质量检测技术发展现状分析

第36卷第5期2008年9月

石 油 钻 探 技 术

PETROL EUM　DRILL IN G　TECHN IQU ES

Vol136,No15

Sep.,2008

收稿日期:2007207202;改回日期:2008204202

作者简介:李世平(1965-),男,甘肃庄浪人,1986年毕业于长

庆石油学校钻井工程专业,工程师,主要从事钻井设计和钻井技术研

究工作。

联系电话:(0990)6868925

!管理与发展#

国内固井质量检测技术发展现状分析

李世平　李建国　于　东

(中国石油新疆油田公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依　834000)

摘　要:目前国内固井质量检测方法主要有声幅测井、声幅/变密度测井、SB T扇区胶结测井、PET成像测井和声波/伽马变密度测井。在介绍这些方法检测固井质量原理的基础上,对各种检测方法进行了分析对比,总结出了各自的优缺点。结合勘探开发对固井质量的要求和国内固井质量检测技术的发展现状,指出了国内固井质量检测中存在的问题,并给出了具体、合理又实用的建议。

关键词:固井质量;水泥胶结测井;成像测井;声波全波列测井

中图分类号:TE26 文献标识码:B 文章编号:100120890(2008)0520084203

1　国内固井质量检测技术发展历程

我国检测固井质量方法在20世纪60年代初期开始采用单发射器/单接受器声波幅度(CBL)测井,到20世纪70年代采用声幅2变密度单发/双收(CBL/VDL)测井,20世纪80～90年代出现了PET、CAST2V成像测井、SB T多扇区测井,2001年引进了俄罗斯的声波/伽马变密度测井仪[1]。在固井质量的解释上,由最初的人工定性解释发展到利用计算机数字定量解释。在解释的项目上,由最初的人工定性解释第一界面(套管外壁与水泥环界面)发展到第一界面、第二界面(水泥环与地层界面)水泥胶结解释,环空成像解释,微间隙鉴别解释,环空水泥窜槽解释,水泥石密度解释,水泥石抗压强度解释,套管椭圆度及套管损坏成像解释等。总之,随着测井技术的发展,固井质量检测方法不断改进和完善。

111　声幅测井

声幅测井[2]技术起源于20世纪60年代初,是应用最早最广泛的固井质量检测技术。由于具有测井过程简单、成本低廉等优势,目前全国各油田仍在广泛应用。

声幅测井仪器由声系和电子线路组成。声系由一个发射器T和一个接受器R组成,源距为1m。测井时声源发出的声脉冲在井内向各个方向传播,当声波传播到两种介质的界面时(如井内流体2套管、套管2水泥环)会发生反射和折射。若套管与水泥固结良好,声波进入套管与水泥界面时声耦合较好,通过折射使大部分能量进入水泥,反射波较弱,套管波幅度最小。当套管外水泥很少或没有水泥时,由于两种介质的声阻抗较大,声耦合差,声波的大部分能量被反射回套管中。当套管外为气体时,两种介质的声阻抗更大,因此几乎所有的声波都被反射回来,套管波幅度最大。因此可以根据记录的声波幅度曲线来判断水泥胶结质量的好坏,声幅曲线越高,套管与水泥之间的胶结程度越差,反之,套管与水泥之间的胶结程度越好,在资料解释中采用声幅的相对值来进行解释。声幅测井只能反映第一界面的胶结情况,无法识别第二界面的胶结质量。

112　声幅/变密度(CB L/V DL)测井

为了弥补声幅测井不能反映第二界面胶结质量的不足,在20世纪70～80年代发展和使用了声幅/变密度(CBL/VDL)测井[1,3]。它采用单发双收声系,发射探头T发射频率为20k Hz的声波信号,源距为019144m(3ft)的R1和源距为115240m(5 ft)的R2两个接收探头分别接收沿套管滑行和地层反射的全波列。R1接收到信号的首波幅度,反映套管和水泥胶结的情况,R2接收到全波列信号,综合反映第一和第二界面胶结情况。变密度记录的前十几个波中,前三个波与套管有关,第四至第六个波与地层有关,由于声波在水泥环中的衰减很大,在记录波形中显示不出来。经处理将R2接收的信号转换

成随幅度增大而亮度增大的黑白点,从而得到一组黑白相间的条纹,其灰度等级反映信号波的幅度。因此可根据CBL/VDL定性评价第一界面和第二界面的胶结质量[4]。

113　SBT扇区胶结测井

20世纪90年代国内引进了SB T扇区胶结测井[3]。SB T利用装在6个滑板上的12个高频定向换能器声系来定量测量套管周围6个扇区的水泥胶结质量,能从纵向和横向(沿套管圆周)两个方向测量水泥胶结质量。分区式水泥胶结测井可同时测出不同方位6条声波幅度曲线,每条曲线显示60°张开角内水泥胶结情况,这样就可显示套管周围不同方位处水泥的胶结情况,从而进一步提高了固井质量的检测精度。

114　PET成像测井[5]

PET成像测井仪装有8个探头,每个探头所发射和接收的超声波覆盖套管壁的45°区域,因此,8个探头可探测到套管内360°区域每一部分的水泥胶结情况。PET超声脉冲组合测井可同时记录自然伽马曲线(GR)、磁性定位曲线(CCL)、声波节箍曲线(ACCL)、钻井液传播时间曲线(F T T)、仪器方位曲线(RB)、井斜曲线(DEV I)、套管椭圆度曲线(OVAL)、仪器在套管中的偏心度曲线(EC T Y)、8条水泥抗压强度曲线(CS1,CS2,…,CS8)或声阻抗曲线(Z1,Z2,…,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(AV Z)、最大声阻抗曲线(MXZ)和最小声阻抗曲线(MNZ)等。PET成像测井最突出的特点是,能够识别水泥窜槽、微裂缝、套管变形和损坏,并通过测定水泥石抗压强度来反映水泥的胶结情况。

115　MAK2Ⅱ声波/伽马变密度测井

2001年,我国从俄罗斯引进了MA K2Ⅱ声波/伽马变密度测井仪来检测评价固井质量。该测井仪的发射探头(T)选用Cs伽马源,源强为8188×109 Bq。GR探头、密度探头R2和厚度探头R1是光电倍增管(NaI晶体)。GR探头可以记录地层的自然伽马曲线,用于地层对比及校深;厚度探头对套管壁厚的变化较灵敏,用于测量套管壁厚度;沿周向排列的6个密度探头因具有更大的径向探测范围,故可用于测量套管与地层之间充填介质的密度和套管偏心率。测井时仪器在套管内居中,伽马源向周围介质发射01662MeV的伽马射线,两个源距处的探头

接收经过散射能量下降的射线,从而可得到1条反映套管壁厚的R1计数曲线H,1条反映充填介质平均密度的R2所有探头的平均计数曲线I nt,以及2条反映充填介质选择密度的R2中周向相反点上2个探头的计数曲线(S1和S2)。

2　各种固井质量检测技术的对比分析

CBL、CBL/VDL评价不能满足目前油田开发的要求,因为它们受诸多因素的影响,在测井结果上存在不确定性和多解性。尤其对人们高度关注的第二界面的胶结状况、环空水泥石的分布状况、水泥石的密度和抗压强度、微间隙和水泥石裂缝等影响油田射孔开发的参数不能作定量解释。

与常规CBL/VDL测井相比,SB T扇区测井的最大技术优势是推靠臂紧贴套管内壁进行测井,在大直径套管或套管尺寸变化的情况下可以一次下井测量。测量结果不受井内流体类型和地层的影响,可确定井内绝大多数纵向上窜槽的位置,直观显示不同方位的水泥胶结状况,不需进行现场刻度,不受井内是否有自由套管的限制。平均能量法可使第二界面的胶结质量评价定量化。其缺点是当第一界面胶结差、尤其是存在微环时,SB T测井不能正确评价第二界面的胶结情况。SB T扇区测井和PET成像测井应用较少。

MA K2Ⅱ声波/变密度测井仪发射能量较强,测井时不受井内介质、套管尺寸和仪器偏心等诸多因素的影响,比常规VDL测井能更准确、真实地反映水泥胶结情况。综合利用伽马变密度测井,可判定水泥环内的微间隙、窜槽以及当第一界面胶结差时第二界面的胶结质量。根据声波/伽马密度套管居中度曲线可以判定套管在井下的居中度,并且可以分辨套管不居中对VDL曲线的影响,准确地判定固井状况。密度曲线可以加强对固井水泥浆密度的检测,得到环空水泥环的真实分布情况。为此,该仪器已在大庆油田、辽河油田、大港油田和长庆油田得到了较为广泛的应用。

3　技术现状及需解决的问题

311　技术现状

国内目前固井质量检测仍以声幅测井为主。“九五”期间对声幅测井和声幅/变密度测井的应用进行了对比,发现测井解释结果类似,即用单声幅测井解释不合格的井,用声幅/变密度测井解释也不合格,这与其测井原理及影响因素是相吻合的。PET

・

5

8

・

第36卷第5期 李世平等:国内固井质量检测技术发展现状分析