川渝區塊頁巖氣井固井質量評價方法應用現狀

田 進，許明標，鮮若琨，王 越，胡 順

（1.長江大學石油工程學院，湖北武漢430100；2.非常規油氣湖北省協同創新中心<長江大學>，湖北武漢430100；3.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州434000）

1 概述

在頁巖氣工業技術的不斷推進下，川渝區塊頁巖氣勘探工作的重心已逐漸向更深層的頁巖氣儲層邁進，同時也將對現有的鉆完井技術提出更加系統全面的優化要求，而其中提高深層頁巖氣井的固井質量，必然是工作的重中之重[1]。

2 固井質量評價初級階段

2.1 聲幅—變密度測井（CBL/VDL）

聲幅—變密度測井基本原理是聲波測井儀器發射出去的聲波，在經過套管、水泥以及地層之后，一部分能量衰減掉了，接收器接收到的套管波與地層波的能量小于發射時的聲波能量，而套管波與地層波的清晰程度或強弱程度就依賴于接收器接收到的套管波與地層波的能量。聲波在套管、水泥與地層中傳播時能量衰減的越多，套管波就越弱或看不到顯示，地層波就越清晰；反之傳播過程中能量衰減的越少，則套管波越強，地層波越不清晰甚至看不到顯示[2]。

2.2 CBL/VDL評價方法優缺點

聲幅—變密度測井直觀記錄了井內各種聲波波列信息，這些波列的聲源強度、傳輸時間、標記點間距、接收到的聲波強度都與水泥環膠結質量密切相關，因此分析CBL/VDL測井資料，可以較好地評價第一、第二界面的水泥膠結情況。變密度測井較為有效地彌補了單聲幅測井的不足。通過全波列測井圖（VDL）的分析，能很好地解釋第二界面的膠結信息。它與CBL測井配對使用，可提供兩個界面膠結資料的信息。這樣可以更加準確地了解第一界面和第二界面的膠結質量，辨別竄槽，從而更加有利于合理設計和分析射孔試氣結論等[3]。

3 固井質量評級中級階段

壓力測試、地層連通性測試、CBL/VDL技術落后，只能判別固井質量的好壞，不能判斷水泥環裂縫的位置和大小，所以現在油田大都引進國外先進儀器。例如早期俄羅斯的聲波伽馬密度測井、MAK-II和СГДТ-НВ固井質量綜合檢測技術。斯倫貝謝公司的套后成像技術開始應用于國內各油田，它可以更為精細解釋水泥環封固質量，分析水泥環內部是否存在竄槽或微裂隙，是目前川渝區塊頁巖氣井使用最多的固井解釋方法。

3.1 分扇區膠結測井（SBT）

SBT 由六個推臂組成，每條推臂上配置有聲波發射器和聲波接收器，兩者間距為1.5m。在下放SBT測井儀器時，推臂將兩個換能器推靠至套管內壁，進行測井作業，如圖1 所示。六條推臂將井筒等分為六個扇區，每個扇區配置有雙發雙收補償測量系統，這種補償系統減少了換能器的震動對測井結果的不利影響。并且SBT 測井儀器被緊靠套管內壁，所以套管的居中度對儀器的測量結果基本無影響[4]。

圖1 SBT儀器結構圖

SBT系統均勻分布在整個井眼內側評價水泥與套管以及地層間的膠結質量，與標準的CBL 測井工具類似，接收器測量從套管返回的超聲波振幅，并利用相鄰兩條推臂上的不同聲波發射器和聲波接收器進行組合補償測量。聲波在主推臂上與兩條補償推臂上傳播存在能量損失，損失的能量對應SBT解釋成果圖中的衰減比率，如圖2所示，SBT圖可直觀顯示固井第一界面的膠結狀況，固井第二界面膠結質量評價方法與CBL/VDL相同。

圖2 SBT解釋成果圖

3.2 聲波伽馬密度測井

伽馬密度測井儀由伽馬銫137發生源、套管壁厚探測器、水泥環密度探測器，8 個不同方位均勻排列的探頭以及自然伽馬探測器組成，見圖3。利用伽馬測井可以獲得8條水泥密度計數曲線和套管壁厚曲線、儀器底邊相對方位。提取曲線中的充填介質平均密度和套管壁厚，結合相關地質資料進行建模，再代入邊界條件進行求解就可以計算水泥環的理論充填密度、套管厚度和套管偏心率等參數。對環空充填介質密度曲線選擇完全膠結井段數值為最大值，選擇自由套管段作為最小值，代入理論模型計算得到水泥漿密度充填率，從而判斷水泥石與套管和巖層膠結是否有接觸型缺陷和體積型缺陷狀況，綜合評價水泥膠結質量好壞。

聲波伽馬密度測井是一種比較先進的測井技術手段，可以精確測定套管偏心率、水泥環厚度、水泥漿液面返高、水泥環密度等原始數據，為今后的油氣開采作業及腐蝕防治工作提供基礎數據。盡管聲波伽馬密度測井提高了水泥膠結評價水平，但依然評價的是套管外管壁表面水泥環平均膠結質量，對水泥在管外的分布方位無法識別，對固井質量評價結果也會出現偏差，同時沒有認可的統一標準，對低密度水泥石固井質量評價可靠性較低。

3.3 套后成像測井（IBC）

圖3 伽馬密度儀結構圖

IBC 通過組合脈沖回波技術與新超聲波技術評價套后固井質量，能夠全方位覆蓋整個套管外徑，測量可靠性高，超聲波換能器工作原理如圖4所示。通過測量兩個接收器之間的聲波衰減比率，提供與脈沖回波測量相匹配的獨立響應，該響應與實驗測得的數據庫相比對得到套后效果圖[5]。可以直觀觀察到層間封固效果，保障鉆井、修井、壓裂等作業順利實施。

圖4 超聲波換能器工作原理

IBC 套后成像測井技術可對水泥膠結質量和套管腐蝕或磨損進行評價，其配套軟件可對解釋結果作統計分析，繪制三維成像圖，直觀反映水泥固井質量和套管磨損情況。IBC套后成像儀成果中的固—液—氣相圖能直觀顯示套管外物質形態，這是常規固井質量測井解釋無法實現的，此外IBC 資料中擾曲波衰減信號對介質密度微小差別的響應比較靈敏，對低密度水泥固井質量檢查有一定的技術優勢。

4 固井質量綜合評價方法

總結所有的評價固井質量的測井方式,發現均存在一個很大的問題:在油田現場固井時,會根據井地質狀況與施工要求等,對不同的井段可能給出完全不同的水泥漿配方,但是在進行自由套管段聲波儀器刻度之后,各種不同密度或者不同混合材的水泥環在不同段的測井聲幅曲線在解釋時均參照同一個標準。然而不同密度或不同混合材的水泥石的聲阻抗值并非一樣,而聲阻抗又與CBL衰減率是密切相關的，常會出現固井質量誤判或錯判的情況。

固井質量測井響應存在多解性，水泥環層間封隔受多種因素影響，解決測井響應多解性的重要方法是固井質量綜合評價。通過收集鉆井資料、固井資料、常規測井資料、常規解釋成果表、外層套管固井質量測井資料，結合水泥膠結測井評價結果，綜合評價固井質量。其關鍵在于根據現場工程情況對固井質量作出預判，然后結合測井解釋成果，對出現多解的層位參照預判結果，進行深入分析，得出綜合評價結果。