套管及環形水泥對自然伽馬測井曲線的影響

陳曉芬　蓋建賓　高文明

摘 要：自然伽馬測井是通過測量地層的自然伽馬值，從而劃分巖性，進行地層對比。自然伽馬測井的優點是可以在裸眼井、套管井和高礦化度鉆井液以及干孔中進行測量。在已下入套管的井內進行自然伽馬測井時，影響地層自然伽馬測井曲線的主要因素有套管、環形水泥等。通過套管段及套管加環形水泥段分別與裸眼段自然伽馬測井曲線進行對比分析，發現套管對地層放射性的影響比較均勻，與裸眼段相比幅值降低36%左右，不影響地層放射性曲線的整體形態;套管加上環形水泥后，由于受到第四紀地層的穩定性、分選性以及固井質量等因素的影響，難以確定裸眼自然伽馬測井曲線的整體形態，因此能否利用下套管井測量的自然伽馬測井數據恢復地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質量等要素。

關鍵詞：自然伽馬;裸眼;套管;環形水泥;測井

Influence of casing and annular cement on gamma ray logging curve

CHEN Xiaofen，GAI Jianbin，GAO Wenming

（Beijing Institute of Geological and Prospecting Engineering，Beijing 100048， China）

Abstract： Natural gamma logging divides lithology by measuring the natural gamma value of formation， carry out stratigraphic correlation. The advantage of natural gamma logging is to measure in open hole， cased well and high salinity drilling fluid and dry hole. When natural gamma logging is carried out in the wells that have been put into the casing， the main factors that affect the formation gamma ray logging curve are casing， annular cement casing packing and so on. This paper compares and analyzes the natural gamma logging curves between casing section and casing plus annular cement section and open hole section. It is found that the casing has a uniform influence on the formation radioactivity， and the amplitude of the casing decreases by 36% compared with the open hole section， which does not affect the overall form of the formation radioactivity curve.? Because of the influence of Quaternary formation stability， formation sorting and cementing quality， it is difficult to determine the overall shape of the open hole natural gamma ray logging curve after casing and annular cement are added. Therefore， whether the formation information can be recovered by using the natural gamma ray logging data measured in cased wells should comprehensively consider the formation condition， well diameter change and cementing quality.

Keywords： natural gamma; open hole; casing; annular cement; logging

自然伽馬測井是以地層自然放射性為基礎，測井時自然伽馬射線探測器沿井眼進行測量，記錄伽馬射線強度（徐保慶等，2002）。不同的巖層，放射性物質含量不同，因而不同巖層在自然伽馬曲線上就有不同的反映，這是用自然伽馬測井的地質地球物理基礎（陸勇，2018;尉中良等，2005）。自然伽馬測井的優點是可以在裸眼井、套管井和高礦化度鉆井液以及干孔中進行測量（王新杰等，2019）。測量和獲取測井曲線的方法技術簡單、成本低廉（宋子齊等，2011）。有些鉆孔在當時環境下不具備測井的條件或地層不穩定不具備裸眼探測的條件。如果可以通過在套管內進行自然伽馬測井獲取地層信息，能在很大程度上減少布孔勘察費用。對今后工程項目的開展具有一定實際意義。本文通過對大興區某項目3眼井的套管段及套管加環形水泥段分別與裸眼段自然伽馬測井曲線進行對比分析，認為能否利用下套管井測量的自然伽馬測井數據恢復地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質量等要素。

1 實例分析

北京市大興區某項目井管設計分為3段：第一段（0～80 m）為下泵段及開孔段，井徑Φ560 mm，井管Φ426 mm，管壁厚度10 mm，設計采用 42.5 R 硅酸鹽水泥漿封（固）井，該段地層為第四系;第二段（80～350 m）井徑Φ311 mm，井管Φ244.5 mm，管壁厚度8 mm，為開采段，套管為濾水管;第三段（350～510 m）井徑Φ216 mm，井管Φ159 mm，為開采段，套管為濾水管，第二段及第三段地層為石灰巖地層。

測井儀器采用的是北京中地英捷PSJ-2A數字測井系統，通過三眼井3次的自然伽馬測井曲線進行對比。第一次探測范圍是0～80 m，簡稱一開;第二次探測范圍是0～350 m，簡稱二開;第三次探測范圍是0～510 m，簡稱三開。套管加環形水泥段與裸眼段自然伽馬測井數據進行對比（30～80 m）：二開套管加環形水泥段與一開裸眼段自然伽馬測井數據;套管段與裸眼段自然伽馬測井數據進行對比（80～350 m）：三開套管段與二開裸眼段自然伽馬數據。采樣率為0.05 m一個點。利用MATLAB軟件的corrcoef 函數求相應兩列數據的相關系數r，其計算的公式為：

其中n為測點數， 為數列x的平均值，為數列y的平均值。|r|的取值與相關程度見表1。

對比結果見圖1、圖2、圖3，由于零點的選取存在偏差，對相關系數產生一定的影響，所以在相關系數圖中，對數據在深度上進行偏移，以求得零點一致時的相關性，橫坐標偏移距離負數為裸眼段數據往下偏移，正數為裸眼段數據往上偏移。上下各偏移10 m，對偏移后的數據做相關分析。

2 結果討論

從自然伽馬曲線圖中可以看出，3眼井的裸眼段的自然伽馬值（藍色線）均大于下管和固井后測的自然伽馬值，主要是下套管后，套管及環形水泥對地層自然伽馬有一定的吸收;3眼井在二開（綠色線）30 m左右有個陡降，經調查該深度為靜水位，造成放射性曲線在此處有異常，為了更好分析套管加環形水泥段與裸眼段的相關系數，在相關系數圖中，只取30～80 m段進行分析。

從相關系數圖中可以看出，套管加環形水泥段與裸眼段自然伽馬測井數據的相關性為低度相關，普遍低于0.4，為極低相關—低度線性相關，相關系數的曲線圖比較雜亂，沒有一定的規律;套管段與裸眼段自然伽馬測井數據的相關性較好，普遍高于0.7，為高度相關—極高相關，相關系數的曲線圖比較規律，大致都在0點處達到最高值，隨著偏移位置的加大，相關系數不斷的對稱減小。

30～80 m套管加環形水泥段與裸眼段相關性較差的原因主要有3點：一是第四系穩定性差，造成井徑不規則，導致填充的水泥環形狀不均勻，從而對地層自然伽馬的吸收不均勻;二是地層的分選性差，地層分界處自然伽馬值沒有很大的變化，加上水泥環的不均勻吸收，容易掩蓋地層分界信息;三是固井質量影響，水泥充填不密實，局部出現竄槽，加劇地層自然伽馬的不均勻吸收。三點因素的綜合影響，導致套管加環形水泥段與裸眼段相關性較差。

在80～350 m開采段，安裝濾水管，套管對地層放射性的吸收很均勻，從表2中可看出，套管段平均自然伽馬值為裸眼段平均自然伽馬值的64%左右。類似對地層的放射性整體進行縮放，兩次的探測曲線有很好的一致性。

因此，能否利用下套管井測量的自然伽馬測井數據恢復地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質量等要素。

大興區另一項目中，在已有井套管內進行自然伽馬測井，利用附近測井資料進行對比解譯，恢復了該井的地層信息，后通過井下電視錄井，發現濾水管位置與砂層位置大體一致。

通過套管內自然伽馬測井曲線恢復地層信息在實際水文地質勘探工作中取得了一定的成果，但也存在一定的不足，單一的物探方法取得的數據具有多解性，應多收集周邊鉆孔資料進行對比分析，建立區域性井間測井曲線的關聯特征，相對準確的還原地層信息，以滿足我們城市規劃建設的需要。

3 結論

套管對地層放射性的吸收很均勻，與裸眼段相比幅值降低36%左右，不影響地層放射性曲線的整體形態。在經過水泥固井后的套管內測量時，由于第四系穩定性差，地層分選性差，加上固井質量的影響，對地層放射性綜合影響復雜，看不出裸眼自然伽馬測井曲線的整體形態。所以在進行套管自然伽馬測井前，應對地層情況、固井質量等進行調查。

當無環形水泥時，套管內自然伽馬測井曲線能再現地層信息;當有環形水泥時，如果形狀規則均勻，類似于只有套管時均勻地吸收地層自然伽馬值，自然伽馬曲線整體形態不會改變，不影響對地層的解釋。因此，在一定條件下，可以利用套管內自然伽馬測井獲得地層信息。

參考文獻：

陸勇，2018. 自然伽馬測井曲線在煤田測井中的應用[J]. 河南科技（10）：80-81.

宋子齊，景成，孫寶佃，等，2011.自然電位、自然伽馬測井曲線在文15塊的應用[J]. 斷塊油氣田，18（1）：130-133.

尉中良，鄒長春，2005.地球物理測井[M].北京：地質出版社.

王新杰，王昀，郝文杰，等，2019.自然伽馬測井在水文地質孔填礫中的應用[J]. 物探化探計算技術，41（2）：279-284.

徐保慶，伍泰榮，田樹全，2002.自然伽馬測井在油田開發中的應用[J]. 斷塊油氣田，9（5）：86-88.