淺談固井水泥膠結第二界面測井評價的難題和對策

黃國光

摘 要：固井質量直接關系到油氣井壽命、油氣井產能和勘探開發的總體效益。筆者從目前最廣泛的利用聲幅曲線評價水泥膠結第一界面存在的問題出發，提出評價第二界面的必要性，初探幾種可行的方法和對策。

關鍵詞：固井質量；水泥膠結；第二界面；快速地層；扇區水泥膠結

0 引言

固井質量直接關系到油氣井壽命、油氣井產能和勘探開發的總體效益。固井后的水泥膠結質量評價舉足輕重，方法有聲幅、聲幅變密度，利用扇區水泥膠結評價原理有阿特拉斯、康普樂、威德福各自的SBT測井，Tek-co的RIB測井、Sondex的RBT測井；利用超聲波和聲阻抗原理有哈里伯頓的CAST-V井周聲波掃描成像測井、斯倫貝謝的CET超聲波水泥評價測井和IBC套后成像測井等，俄羅斯生產的聲波-伽馬密度組合測井等。

值得一提的是，聲幅變密度測井是目前國內最具性價比、最廣泛使用的方法。但是在利用聲幅變密度資料上面，一般把變密度僅僅作為檢驗聲幅曲線的用途，拿來評價膠結質量的只用到聲幅曲線。聲幅測井開始于20世紀60年代，它的優點和缺點都很明顯。優點是低成本、儀器簡單易用、曲線量化直觀容易。缺點是聲幅測井響應是徑向的平均響應，不能準確分辨徑向竄槽和縱向竄槽，最大的缺陷就是無法評價第二界面。

1 用聲幅測井評價水泥膠結質量存在的問題

測井技術得到很大的發展，特別是最古老的聲幅測井仍有大量的市場，不夸張地說，聲幅測井也是目前最濫用的方法之一。

1.1 聲幅測井數據采集的影響因素 聲幅的評價從源頭數據就先天不足，采集的數據受干擾大，后期解釋時不加以甄別，就會錯誤判斷。對聲幅測井施工的影響因素有很多，主要有以下幾個方面：①儀器偏心導致聲波幅度測值偏低。實驗表明，偏心距為0.25in時，聲幅幅度比完全居中時下降50%；偏心1in時，聲幅幅度比居中時下降75%。②快速地層疊加掩蓋。地層波速度比套管波還要快，在傳播路徑更遠的情況下仍然比套管波更先到達接收器，和隨后到達的套管波疊加，分辨不清，導致聲幅曲線會測值很高，如果不加以識別，會得出膠結很差的假象。事實剛好相反，第一、二界面膠結都很好。③套管壁厚。套管可視為均勻介質，對聲波的吸收是固定的。套管厚度越小，對聲波衰減越大，聲幅測值越低。④此外，水泥漿類型、抗壓強度、凝固時間以及鉆井液的污染都會影響對膠結質量的評價。聲波頻率也會對水泥與套管的膠結情況造成影響。

1.2 利用聲幅評價第一界面的不足 利用聲幅評價第一界面原理簡單，但是需要一定的前提條件，如果不考慮這些條件，眾多影響因素很容易導致評價結果偏差太大。有些油田甚至用聲幅來綜合評價膠結質量而不分第一、第二界面，有失偏頗。

以前片面地認為套管與水泥環膠結的質量是影響套管波首波幅度的唯一因素，隨著認識的加深，人們發現水泥環的類型（低密度、G級加砂、純G級）、厚度、水灰比、套管直徑和壁厚及外部地層的聲學特性等因素也對套管波首波幅度有影響。忽視這些因素的影響，有可能把膠結不好的層段判斷為膠結中等甚至良好，也有可能把膠結良好的層段判斷為膠結中等甚至不好。

1.3 評價第二界面的必要性 固井質量好應該是水泥與套管、水泥與地層的膠結均好為標準，而聲幅測井曲線只能在一定程度上探測水泥與套管（第一界面）的膠結好壞，而無足夠的信息來檢查水泥與地層（第二界面）的膠結情況，這是用聲幅曲線評價固井質量最大的不足之處。而第二界面具有更大的隱蔽性，固好第一界面，并不代表固好第二界面，大量油田生產的事實證明，在套管和水泥膠結好時，水泥和地層之間也有可能出現竄槽或膠結差，油氣水竄的通道往往是第二界面。

2 水泥膠結第二界面評價的對策

2.1 利用變密度信息定量評價第二界面 聲幅變密度測井所獲得的變密度曲線，是一種包含波至時間、套管波、地層波、直達波等眾多信息的全波列曲線，加以充分利用，才會發揮資料的有用價值，可以利用變密度信息進行定量評價。

聲幅測井只能判斷第一界面的膠結情況，但是不能評價第二界面的膠結情況。通過大量實測資料證明，用聲幅變密度評價固井質量要比僅用聲幅效果好得多，目前國內定量評價第二界面的方法有地層波能量積分法、能量譜法等，但由于各種原因，推廣程度不高。在處理過程中人的判斷仍然是必不可少的因素，沒法做到如聲幅測井評價的易上手、自動化，國內普遍仍然停留在定性評價上，缺乏大量的實驗依據，只是根據測試結果尋求規律，反推驗證方法的準確性，評價模型比較簡單，不同油田的解釋標準不同，不同解釋人員的解釋標準也不同；主觀認知水平差異很大，往往憑工作經驗或不完善的理論估算。盡管變密度的定性和定量評價存在一些缺點，相對于聲幅的定量評價而言，從源頭數據、影響因素等第一關頭已經先進很多，值得推廣。

2.2 采用扇區水泥膠結測井方法 扇區水泥膠結是一種通過記錄聲波衰減率的方法，比聲幅能更好地反映水泥膠結情況，并且衰減率成像圖形象直觀，可分辨水泥環向與縱向的溝槽、空隙、膠結不均勻性以及大小和方位，有較高的周向分辨率。

康普樂SBT需要居中測量，不能測快速地層。阿特拉斯SBT則不受快遞地層的影響，并且采用分立發射晶體的辦法產生定向波束，突出水泥環與地層間的耦合作用，在松軟地層井段，地層波仍然清晰，而聲幅變密度測井中的地層波則很弱甚至沒有，此外，SBT測量信號數字化，信噪比高，因此SBT測井儀的變密度易于解釋。只要極板能貼靠緊密而不需要居中，目前斜井、水平井占很大份額，因此阿特拉斯SBT具有良好的應用前景。

盡管SBT等先進儀器具有很大的技術優勢，考慮到經濟方面的因素，建議將SBT測井作為精細評價固井質量的技術手段，主要用于重點疑難井的固井質量檢測。

3 結語

固井作業中水泥膠結第二界面的情況比第一界面要更復雜、更重要、更隱蔽，有條件的情況下應該采用更合適、更優化的測井方法組合，后期解釋進行更客觀、更精細的固井質量評價，這樣才能在后期作業的風險與效益中兼顧，力求平衡。

參考文獻：

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