固井質量評價測井影響因素分析

潛曉晨

（中海油服油田技術事業部塘沽作業公司，天津 300450）

油氣井建設的最主要環節就是固井，其可保障油氣井生產壽命的正常化，固井質量極大程度對油田的產能建設及開發效益產生著影響，固井質量評價過程中，一般情況下依靠水泥膠結形式開展測井，也包括聲幅變密度或者聲幅測井，此外，扇區水泥膠結測井及井周超聲波成像測井也屬于常見的測井方式。盡管對套管各個方位水泥膠結情況進行準確評估的方式為井周超聲波成像或者扇區水泥膠結測井，但是當前國內并未普及相關儀器，當前主要應用的儀器為聲幅及聲幅變密度測井形式，其屬于固井質量評估的關鍵。本文就固井質量評價測井影響因素展開論述分析。

1 固井質量的用途及優缺點

水力封隔系統主要由地層、水泥環及套管構成，固井質量測井工作開展中，主要為對系統水力封隔能力開展檢查，涵蓋水泥環的抗壓強度、周向均勻性以及結合面。聲幅測井形式主要以單發單收聲系為主，聲波變密度測井過程中，還需要開展全波列信息的測量，以單發雙收聲系為主，源距分別在3ft和5ft。聲波變密度圖測井圖屬于黑白相間的條帶，所接收信號的強弱可以由顏色深淺進行彰顯，以此為依據可以判定第一及第二界面的固井質量。變密度記錄前幾個波之中，套管與前三個波之間關聯緊密，地層與第4～6 個波之間關聯緊密。聲幅測量中，僅可以對第一界面膠結情況開展測量，且無法對差膠結和微環進行區分，也無法對孔洞和竄槽進行區分，無法對高速地層開展評估，測井結果會極大程度受到儀器偏心的影響。聲波變密度測量中，不僅可以對第一界面膠結狀況開展檢查，在一定條件的情況下，還有利于對第二界面的膠結情況開展檢查，但是無法對差膠結與微環開展區分，也無法識別孔洞和竄槽，其可以對高速地層進行評價，儀器偏心也會影響測井結果[1]。

2 測井的影響因素

依據現場經驗研究顯示，應用聲幅及聲幅變密度測井形式對固井質量開展評估具有一定的多解性，在大部分情況下，測井響應也會受到各種因素的影響，總體分析，對聲幅變密度測井評價固井質量及聲幅評價固井質量的主要因素涵蓋天然氣氣侵、水泥微環隙、水泥漿配方、地層巖性、套管型號、測井時間、儀器偏心及儀器刻度等，其中對測井質量產生最主要影響的因素為最佳測井時間、儀器偏心及儀器刻度。

2.1 氣侵

若是水泥段為高壓氣層的情況下，極易導致水泥氣侵問題的形成，會增大聲幅，在聲幅變密度圖形上的地層波十分模糊。

2.2 水泥微環隙

在水泥固化的過程中，水會與水泥熟料產生化學反應，相對于水化前，總體積會隨之縮小，水泥石自身體積的收縮，將導致水泥石與井壁及水泥石與套管這兩部分界面膠結程度縮減，生成微環隙，與此同時，在新套管位置上的油漆或者套管位置的油脂，也會導致水泥與套管之間形成微小的間隙，其會增加聲幅值，使得聲幅變密度圖形上無法準確地對地層波進行識別[2]。

2.3 水泥漿配方

緩凝劑、消泡劑、降失水劑、減阻劑、減輕劑、加重劑、水泥及水等均屬于水泥漿的配方材料，水泥漿配方設計中，設計方案不同，對結晶形態及材料硬化程度并不會產生顯著的影響，其會對聲波的傳播速度產生影響，抗剪強度及抗壓強度也會隨時間的改變而改變。水泥漿配方對固井質量評價的影響主要從以下兩個方面體現：第一為評價標準的影響，第二為候凝時間的影響。低密度與高密度的水泥漿不可以應用與正常密度水泥漿體系相關的評估標準。

2.4 地層巖性

地層巖性對聲幅變密度測井及聲幅測井的反映主要從三個方面體現，分別為慢速地層、快速地層和孔隙度滲透率差異較大的地層。第一，慢速地層，由于慢速地層的傳播速度相對較低，其導致聲幅變密度測井圖上地層波特點并不顯著，在第一界面膠結較好的狀況下，極易導致慢速地層段第二界面膠結的質量[3]。第二，快速地層，由于超致密砂石、白云巖及灰巖等快速地層之中，聲波的傳播速度會遠遠超過或者與套管的聲傳播速度相等，在采樣中層波首波的到達時間與套管波基本相同的情況下甚至超前的狀況下，會導致地層波與套管波之間相互疊加，呈現聲幅值增加表現，其極易對第一界面膠結質量產生影響，導致判斷錯誤問題的形成，但是對聲幅變密度測井評價并不會產生較大的影響。圖1 為快速地層聲幅/聲幅變密度測井圖，其中上部分為砂泥巖地層，在3545m 以下的情況下為白云巖地層，部分白云巖地層段的聲幅較高。依據聲幅變密度測井圖可以得知，首波顯著高于砂泥巖段的套管波，并且首波的到達時間為變化性的，其說明地波層為首波，所以固定門之中所記錄的聲幅就是地層波幅度，這一高聲幅值并不能表示膠結的質量較差，所以在快速地層之中，并不能采用聲幅對第一界面的固井質量開展評估，而是需要綜合聲幅變密度測井及聲幅測井方式開展評價。

圖1 聲幅變密度測井/聲幅受到快速地層的影響

在聲幅變密度測井圖之上，后續波存在擾動情況，后續波頻率與相位會產生較大的變化，主要由于碳酸鹽巖之中的較小裂縫誘發，這一影響與自由套管之中套管接箍所形成的波列影響具有相似性。所以在快速地層之中，可以應用聲幅變密度測井及聲幅評估固井質量，但是也需要綜合分析波形頻率、波形到達時間及聲幅值。第三，具有較大差異性孔隙滲透率的地層，不同巖性地層由于自身的滲透性能不同，波阻抗各不相同，其與水泥漿之間的作用程度存在差異性，高孔隙度高滲透率地層之中，水泥漿可以透過孔隙向地層之中滲入，并與地層介質相結合，雖然極易導致儲層污染，但是卻不會形成較小的間隙。低孔隙度的地層及低滲透率的地層，以泥巖地層為例，若是水泥漿水化作用結束，將增加溫度變化，在第二界面之中，極易形成較小的間隙，與此同時，這些地層井徑會產生較大的改變，水泥環薄厚程度不一，會誘發井內聲場的改變，這一變化并不是由于固井質量改變而誘發的，在砂泥巖地層中，開展變密度測井或者聲幅測井之中，會受到地層巖性變化影響，也會受到較大的孔隙度滲透率差異的影響[4]。

2.5 套管型號

套管型號極易對套管波的特征產生影響，套管的內外徑和壁厚會對速度、幅度及頻率產生嚴重影響，與此同時，其也屬于水泥環厚度改變的最主要因素，極易導致所接收的地層波特征改變，從而對固井質量的判定產生影響。儀器間隙與套管間隙較大的情況下，將會產生嚴重的聲波能量衰減，聲幅值相對較小，聲幅變密度測井地層波信號強度下降，與此同時，間隙過大，也會對儀器的居中性產生影響，導致聲幅值過小。套管壁厚度增加，套管波的振幅會提升，聲幅值也會提升，但是其并不會對聲幅變密度測井產生較大影響。

2.6 儀器偏心

儀器偏心會極大程度影響聲幅，偏心時，聲幅測量值會相對于儀器居中的數值更小，嚴重情況下會對聲幅評價第一界面固井質量的可靠程度產生影響。儀器偏心所產生的聲幅變密度影響主要以套管波極限穩定性不足為主要表現，但是其不會產生較大的波形影響，依然可以借助聲幅變密度資料對第一和第二界面固井質量開展評估，所以偏心對聲幅變密度測井的影響可以忽略不計。

2.7 儀器刻度

天然氣井固井中，為確保氣井安全，保障測試中不會竄槽，滿足壓裂改造需求，固井水泥漿一般情況下會向井口返回，導致井內無自由套管刻度。聲幅測井曲線會隨深度改變的大小的意義，將對固井質量產生影響。所以可以通過建立聲幅刻度經群，變革固井質量評估方式進行改善，以此通過聲幅變密度自理哦啊對水泥的膠結率產生影響，可以通過完全膠結套管的地層能量比值評估固井質量。

3 結束語

綜上所述，對聲幅變密度測井及聲幅測井開展固井質量評估之中，影響因素較多，其中儀器是否能夠良好居中，儀器刻度及最佳的測井時間屬于最主要的影響因素，此外，天然氣氣侵、水泥微環隙、水泥漿配方、地層巖性、套管型號也屬于最主要的影響因素，最佳測井時間中，需要依據不同區塊及實際水泥漿的配方進行明確，應采取聲幅變密度的主要測井方式，結合聲幅測井方式，合理選擇套管，以此提升固井質量評價的準確度。