勝利油田固井質量評價測井技術現狀及發展趨勢*

惠 偉，戴榮東，郝金克，肖建洪，王 健，王 鍇

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院 山東 東營 257000)

0 引 言

勝利油田新鉆井主要采取套管固井、篩管以及裸眼三種完井方式，其中需要套管固井的井數占97%，套管固井質量直接影響了油氣生產及壽命。固井質量評價測井可獲得固井水泥與套管、水泥與地層間的膠結狀況，判斷層間竄通，可指導竄通層的補擠水泥工藝、為下步試油試采及采油工藝優化設計提供依據。十二五以來，油田新鉆井固井質量評價合格率為100%。但在生產過程中，固井質量評價合格的部分井，存在竄層等現象。目前油田主要采用聲波變密度(CBL/VDL)測井進行固井質量評價，第一界面定量評價，二界面定性評價，還不能完全滿足油田精細開發需求。

1 固井現狀

勝利油田開發井占比大，井身結構以長裸眼二開結構為主，少部分為三開及以上井和老井套管側鉆井，如圖1所示，技套固井施工少，固井工藝以單級和尾管固井為主， 篩管頂部注水泥固井較多。

圖1 勝利油田2017年各開次施工情況

勝利油田固井工藝技術不斷完善和提高，在常規水泥漿體系之上發展出5類水泥漿體系：低密度水泥漿體系、韌塑性水泥漿體系、功能性修復水泥漿體系、整體固化工作液、抗腐蝕水泥漿體系。其中低密度水泥漿技術在提高油田水泥漿返高、固井保護套管、防漏發揮了重要作用。“十一五”以來油田進行了大面積推廣應用，保障了勘探開發效益，獲得了較好的應用效果。2016年共進行固井評價測井中，合格井數占總井數的71.79%，不合格井占總井數的1.57%，2017年上半年固井評價測井宗，合格井數占總井數的71.79%，不合格井占總井數的0.58%。對比近兩年固井質量情況，不合格率明顯下降，固井質量得到了提高，如圖2所示。

圖2 勝利油田2016年～2017年(上)固井情況

2 固井質量評價測井現狀

利用固井質量評價測井儀器可將地下水泥漿與套管、地層之間的膠結狀況轉換為信號，經過計算機處理獲取相關的信息，有效快捷的評價固井質量。20世紀50年代，采用井溫測井曲線來評價固井膠結質量；60年代發展了聲波幅度測井(CBL)；90年代，聲波變密度測井儀器(CBL/VDL)發展成熟，并在國內各油田進行了推廣[1～3]。近年來，為提高固井質量檢測水平，有效評價固井膠結質量，國際上多家公司在致力于固井質量評價儀器的改進與研發工作。如阿特拉斯公司和康普樂公司開發了扇區水泥膠結測井評價技術，俄羅斯發展了集成聲波測井與水泥密度測井的MAK-Ⅱ固井評價技術，斯倫貝謝公司開發了通過聲阻抗和撓曲波衰減成像技術評價一、二界面固井膠結質量的套后成像技術。這些儀器探測范圍更大，圖像信息更直觀清晰，固井質量評價精度和準確性上有了較好的發展。現階段勝利油田主要應用聲波變密度測井儀器(CBL/VDL)進行固井質量評價，重點井應用扇區水泥膠結測井(SBT)進行評價，見表1。

表1 勝利油田固井測井情況表

2.1 聲波變密度測井原理

聲波幅度測井儀通常采用單發單收聲系結構。當發射探頭以固有頻率(一般為20 kHz)發射聲脈沖時，其中以臨界角入射的聲波在套管內產生“滑行波”叫套管波，折回泥漿的套管波首先到達接收器，所記錄的就是套管波的幅度。測井時井內的介質是均勻的，聲能在井內的損耗可以認為是一常數不會引起曲線變化，故聲幅曲線數值的變化主要取決于管外水泥的分布。

為了防止井壁垮塌和封固油氣水層，需把套管和井壁之間的環型空間用水泥封閉，以防止滲透層之間竄通。當水泥環與套管間膠結不好時，聲能量大部分沿套管傳播而透射到地層中的能量很小，因此所測聲波幅度信號很強；反之，當套管與水泥環間膠結良好時，聲能量極易透射到地層中去，所測聲波幅度微弱。因而，根據反射波能量強弱即聲波幅度值，可判定套管與水泥環之間(即第一界面)膠結狀況的好壞。

變密度測井使用單發雙收的聲系，當發射器以固有(20 kHz)頻率發射聲脈沖時，3 ft(1 ft=304.8 mm)的接收器記錄沿套管滑行的首波幅度，5 ft的接收器接收一個時間軸上從200～1 200(或1 400)μs這一組約12～14個聲脈沖信號，測井系統把其正半周的幅度轉變成正比的灰度信號，那么連續測量就可以記錄到整條變密度曲線，根據地層波的強弱，進行二界面膠結質量的評價。

當井下儀器工作時，聲波信號可以沿4個途徑傳播：1)通過泥漿；2)通過套管；3)通過水泥環；4)通過地層。測井時接收記錄的就是從以上4個傳播路徑到達接收器的聲波全波列的幅度和到達時間。測井主要關注的是2)、4)的信息—判斷確定第一、第二界面膠結狀況[4-6]。

2.2 聲波變密度測井解釋評價

2.2.1 一界面評價

利用聲波變密度測井獲得的聲幅曲線可評價一界面固井質量，一般采用相對幅度法或膠結比法來定量評價水泥與套管膠結質量。

1)CBL相對幅度法

對于聲幅測井資料，一般采用相對幅度法評價第一膠結面的固井質量，相對幅度U定義為：

(1)

式中,CBL為計算點的聲波幅度值；CBLP為自由套管段的聲波幅度值。

該方法可以更方便的進行固井質量評價，但沒有考慮到套管壁厚及水泥抗壓強度等因素的影響，評價固井質量的偏差較大。

2)水泥膠結比(BR)法

(2)

式中，BR為膠結比；CBL為計算點的聲幅值，%或mV；CBLP為自由段套管聲幅值，%或mV；CBLmin為當次固井水泥膠結最好井段的聲幅值，%或mV。

利用水泥膠結比法評價可消除套管的影響，在常規密度水泥和低密度水泥條件下均可用該方法進行評價，可在薄水泥環或低密度水泥條件下優先選用。

2.2.2 二界面評價

變密度測井根據地層波的強弱，進行二界面膠結質量的評價，為定性解釋。分別為一、二界面膠結差；一界面膠結好、二界面膠結差；一、二界面膠結都好；一界面膠結差、二界面膠結好，如圖3所示。

現階段二界面主要是利用聲波變密度圖像進行“相面法”進行評價，鑒于二界面影響因素比一界面更復雜，變密度圖像信息量比反應一界面的聲波幅度曲線數據量大，干擾因素多，現只能定性解釋。既受到水泥密度、套管偏心、水泥候凝時間等對固井質量的影響。也受到與固井水泥膠結質量無關的(地層巖性、儀器偏心、套管等)干擾因素對水泥膠結測井的影響,其結果是固井評價結果準確性有一定的偏差。

圖3 聲波變密度測井二界面評價圖形事例

3 固井質量評價標準現狀

在油田的實際生產中對固井質量總的要求是，達到勘探開發目的及鉆井工程要求，能經受合理的鉆井、射孔、酸化壓裂作業考驗，滿足正常條件下的采油采氣作業、注水作業需要，且要求油氣井具有正常壽命。用以下三個方面標準對固井質量進行評定：水泥返高和人工井底標準；固井水泥環質量標準；套管柱試壓標準。

勝利油田現行固井質量標準在國內首次定量給出了第一、二界面水泥環膠結合格、優質的封隔標準；分井段給出了不同的封隔要求。固井質量評價測井解釋標準與行標一致，一界面定量評價，二界面定性評價。

4 固井質量評價測井需求

目前國內外針對第一界面評價研究的成果較多，固井質量可以進行定量評價。而第二界面研究相對滯后，固井質量二界面評價仍處于人為定性解釋階段，未能實現定量評價，由于受多種因素影響，測井資料易出現多解，常造成對固井質量的誤判、錯判，一定程度上掩蓋了固井存在的問題。例如某采油廠X井射孔井段2 575.1～2 580.2 m，因二界面膠結不好，上部水層水竄，投產含水100%；擠水泥二次固井后日產油10.4 m3，含水44.2%，如圖4所示。

為保證勝利東部老油田細分層系開發質量，提高固井施工質量，加強固井綜合評價精度，減少人為因素的影響，有必要對聲波變密度信息進行研究，通過該項技術的研究，實現固井質量的定量評價，從而準確評價固井質量，為投產措施提供可信度高的決策依據。

圖4 X井固井質量評價成果及生產情況示意圖

5 結論及建議

1)現階段聲波變密度測井是勝利油田固井質量評價測井的主力軍，并在今后一段時期內繼續占據油田固井質量評價測井的絕對地位，應大力開展聲波變密度測井信息的相關研究。

2)一界面CBL相對幅度法和水泥膠結比(BR)法均是建立在聲幅測井曲線基礎上，參考變密度圖形進行評價，結論有一定的偏差。應在開展定量評價基礎上，結合聲幅測井曲線與變密度提取的套管波能量幅度進行綜合評價，以獲得更準確的評價結果。

3)二界面定量評價研究應在充分分析裸眼聲波、地層巖性、儲層物性與聲波變密度信息的相關性的基礎上，獲得能準確反應二界面膠結質量的定量信息，最終準確評價二界面。