如何減少聲幅-變密度（CBL-VDL）儀器刻度調用

許曉礦

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 長慶石油工程監督公司（陜西 西安710008）

聲幅-變密度儀器測井是對固井質量進行檢測的重要方法[1]之一。固井質量的優劣直接關系到鉆井工程質量的綜合評價，也是鉆井工程質量的綜合體現，影響固井質量的因素較多，主要因素有：①鉆井，如井身質量，井斜套管不居中，裸眼井的井徑擴大率和井身變化率等；②固井施工，固井施工不順、水泥質量、固井液的配制等；③特殊情況下有時會在測固井質量前進行鉆塞，由于鉆塞在鉆進過程中產生的機械振動可能會引起套管外環空中水泥環的破碎和界面微裂隙影響固井質量；④測井資料采集精度影響固井質量的準確評估。下面就如何減少變密度儀器測井調用刻度問題進行探討。

1 聲幅-變密度（CBL-VDL）儀器組成

聲幅-變密度儀器主要由電子線路部分和探頭（聲系）兩部分組成[1]，如圖1所示。

圖1 聲幅-變密度儀器測井示意

探頭有1個發射晶體和2個（3英尺、5英尺）接收晶體組成。由發射晶體產生聲源向井筒內發射聲波，再有2個接收晶體接收沿井筒傳播的滑行波信號[2]。電子線路將接收到的微弱信號經由電子線路放大器放大并送至地面系統處理記錄。

3英尺接收晶體測量的是首波幅度值。它的數值高低反映的是套管和水泥環之間第一膠結面的膠結情況，數值越低則膠結越好，反之膠結則越差。

5英尺接收晶體測量的是聲波的全波列。它反映水泥環和地層間第二膠結面的膠結情況，地層波信號越強則第二界面膠結越好，反之膠結則越差。

2 聲幅-變密度儀器的刻度方法

測井隊在用聲幅-變密度儀器進行固井測井時，當聲幅-變密度儀器下放到所測井的井筒內，儀器操作工程師首先要在井筒內尋找一段空套井段，找到空套井段后，將聲幅-變密度儀器地面接收系統的控制門調整到3英尺信號的首波位置，把信號的首波套在控制門內，這時根據套管尺寸大小，調整聲幅-變密度儀器3英尺的首波輸出幅度值[3]，使首波信號的輸出幅度符合SY/T 5600—2016《石油電纜測井作業技術規范》所測套管尺寸要求。此值作為本次測井的標準刻度值，由此幅度的百分數作為評估第一界面水泥膠結質量的依據[4]。不同套管外徑刻度值參數見表1。

表1 套管外徑刻度值參數表

3 聲幅-變密度資料的解釋

3.1 變密度3英尺（第一界面）聲幅測井資料的解釋

3英尺測井的相對幅度值為A，A=某井段井的測量幅度/自由套管的測井幅度（刻度值）×100%。A值的大小反映環空中水泥與套管形成的交界面（第一交界面）的膠結情況[5]，相對幅度A值越小，則固井質量越好；反之，相對幅度A值越大，則固井質量越差。

第一交界面的膠結情況（3英尺聲幅曲線），解釋標準將它劃分為3個等級，如圖2所示。①膠結質量良好，相對幅度值A<16%；②膠結質量中等，相對幅度值16%40%。

圖2 3英尺聲幅曲線圖

3.2 第二交界面膠結情況資料的解釋

第一交界面與第二交界面采集的測井信息不同，第一交界面采集的信息為3英尺接收晶體接收的套管反射波的幅度，而第二交界面采集的是5英尺接收晶體接收的全波列信號。變密度儀器發射的聲波信號，在能量傳遞過程中存在有4種介質，套管、水泥環、地層以及泥漿，不同的介質具有不同的聲阻抗，因水泥對聲波能量衰減較大，聲波信號不易在水泥環中傳播[6]。因此水泥環的聲波信號很弱甚至可以忽略，故測得的變密度曲線上顯示的主要是套管波、地層波和泥漿波。

水泥與套管、地層膠結時，在不同的膠結情況下，套管波與地層波的強弱變化存在一定的對應關系[7]。

3.2.1 自由套管井段（套管外無水泥）測井曲線

由于套管與泥漿的聲阻抗差別很大，這種情況下大部分聲能因無法耦合到地層中去，而是在套管中形成反射波[8]，反射回來被接收晶體所接收，故測得的套管波強，而測得的地層波則微弱或沒有。由于套管位置固定，聲速一定，所以套管波的首波時間相對固定，因此在測井圖面上顯示為一系列黑色直條紋（圖3）。

圖3 自由套管（空套）井段聲幅-變密度測井曲線

3.2.2 第一、二交界面均膠結良好的測井曲線

由于套管、水泥、地層它們之間的聲阻抗差別小，所以在水泥和套管、地層膠結良好時，聲波能量很容易經套管、水泥環耦合到地層中去，套管中幾乎不形成反射波，因此在測得的變密度曲線圖上就顯示出套管波很弱或缺失，地層波很強[9]。因為不同的地層聲波傳播速度不一樣，所以在變密度測井曲線上顯示出的地層波為一系列連續彎曲的黑色條紋（圖4）。

圖4 第一二交界面均膠結良好變密度測井曲線

3.2.3 第一交界面膠結好、第二交界面膠結差的測井曲線

在第一交界面（套管和水泥環）膠結良好的情況下，由于水泥與套管的聲阻抗較接近，聲波能量不被套管反射，而是通過套管傳遞到水泥環，又因為第二交界面差，聲阻抗差別大，聲能耦合性差，聲波在傳遞過程中大部分能量在水泥環中被衰減損失[10]，傳到地層中的聲波能量很小，所以變密度曲線套管波很弱，地層波也很弱（圖5）。

圖5 第一交界面膠結良好、第二交界面膠結較差的變密度測井曲線

4 固井質量在測井現場存在的問題

通過現場測井監督檢查，目前大多數測井隊在測固井質量時，聲幅-變密度儀器均采用調用刻度的方法進行測井，調用的理由是儀器操作工程師找不到空套井段。如果沒有空套井段，聲幅-變密度儀器確實無法進行刻度，但沒有空套井段的井并不是全部，根據現場監督調查發現大部分的井是有空套井段的，找不到的原因可能是沒有仔細找或沒有掌握尋找的方法，只是為了省事就直接調用以前測井的刻度進行測井。調用刻度可以，但調用刻度是有規范要求的，即必須是同一支儀器的刻度，并且該儀器沒有進行過維修更換過非線性電子元器件的情況下才能調用刻度。

儀器長時間使用難免會存在儀器維修的問題；另外，變密度儀器測井小隊使用也不固定，調用難免有誤。如果使用了不符合規定的刻度，或儀器維修后繼續調用原來刻度就不符合測井技術規范要求，這樣測得的變密度資料在精度上將要受到質疑，從而會影響固井質量的解釋。

要獲得準確的變密度資料，測井時應該盡量在本次施工井內尋找空套井段，找到后在此空套井段進行聲幅-變密度儀器刻度。通過監督調查大部分的井是有空套位置，只是空套井段的長短不等、位置不定。

為了獲得準確的變密度資料，自2021年3、4月份開始，靖邊監督部測井監督做了現場調查。35口井中有25口井有空套井段，占71.4%，空套井段長度不等，有幾米至幾十米甚至上百米。有空套井段測井隊又沒有在所測井內進行變密度儀器刻度的主要原因有：

1）一般空套井段大部分均在所測井的上部，有的空套段距井口較近，因變密度儀器剛剛進入泥漿，儀器聲系浸泡的時間較短，這時聲系的耦合性較差，變密度儀器接收到的首波信號很微弱，這時儀器輸出幅度自然很小甚至沒有幅度輸出。如果空套很短，只有幾米或幾十米自由套管段，電纜儀器在下放過程中很快就通過了空套井段，這樣操作工程師就發現不了空套的存在，會誤認為沒有空套井段。因此測井工程師就調用原來刻度進行測井，此情況較多。

2）由于固井結束后要將套管內的水泥剔除掉，避免水泥在套管內凝固，所以要注頂替漿。頂替漿有清水，也有泥漿。如果用泥漿做頂替，有時泥漿中會含有氣泡，這些氣泡在水泥候凝的禁止過程中，所有泥漿中的氣體都將滑脫上串聚集到井口井段（泥漿中含有氣泡的井段有時可長達100～200 m），由于氣體對聲波信號有很強的衰減作用，這樣的情況下即使存在空套井段儀器也檢測不到，但這種情況較少發現。

5 解決方法

針對聲幅-變密度儀器尋找刻度井段的問題，可采用以下方法解決：

1）將施工井的井筒液面灌滿至井口，當變密度儀器聲系完全進入液面后，讓變密度儀器停止在井口浸泡一段時間，讓聲系處于良好的耦合狀態，聲波信號正常后開始以測量的速度下放儀器，監測空套井段，發現空套井段后進行儀器刻度。這種方法聲系浸泡時間會長些，測井隊要耐心接受。

2）直接將儀器下放超過100 m的深度，這樣聲系在液柱壓力的情況下浸泡時間明顯縮短，浸泡過程將很快完成，當聲系達到良好的耦合狀態時，開始上測查找空套井段，發現空套后將儀器在空套井段進行刻度。這種方法的不足是在上測的過程中井筒液面會下降，所以在上測時要添加液面。

3）如果測固井時，鉆井隊沒有把連頂節卸掉就將連頂節灌滿液體，在連頂節內刻度。在保證聲系處于良好的耦合狀態下，浸泡聲系可采用上述辦法進行。

6 結論

聲幅-變密度儀器的刻度值是衡量變密度測井曲線的一個重要指標，刻度值的準確與否直接影響到變密度測井曲線的質量，最終將導致對固井質量是否正確評價、解釋。

其他測井儀器的刻度一般采用刻度器件給儀器一個標準值進行刻度，而變密度儀器是在施工井內尋找一段空套井段作為標準，在空套井段進行刻度，這是它的特殊之處。所以聲幅-變密度儀器刻度時，一定要確定儀器在空套井段內進行刻度，絕不能將混漿段或者是在低密度井段誤判成空井段進行儀器刻度。

由于固井設計基本采用水泥返至地面，這確實給聲幅-變密度儀器測井刻度帶來不便。為了使變密度儀器的刻度準確，測井儀器操作工程師要認真、細致地做好刻度工作，不能草率調用刻度，確實需要調用刻度測井，也一定要按照測井技術規范進行。