测井评价固井质量的方法与技术

SWPI--中海油技术服务固井技术测井专题固井质量评估检测方法WelcometoDiscussThisTopictogether!石油工程学院测井研究室夏宏泉2003年2月测井评价固井质量的方法与技术首先请同志们思考下列两个问题：1)目前油田现场在利用测井手段评价固井质量时有哪些常规方法或新方法？有哪些比较流行的评价软件？如何确定窜槽位置(挤水泥）？2)固井质量好的井段声波幅度值?,固井质量差的井段声波幅度值?,在调辉记录的VDL图上，左边套管波条纹清晰、右边地层波条纹消失，则意味着第一胶结面胶结？，第二胶结面胶结？，SBT是什么测井？汇报内容固井质量测井评价方法的种类及发展状况水泥胶结测井(CBL)方法原理及应用声波变密度测井(VDL)方法原理及应用水泥评价测井(CET)的方法原理及应用超声成象测井(USI)同位素示踪(RTS)测井方法及应用WATCH软件演示及现场应用分析结论与建议关于工程测井概念(EngineeringWellLogging)工程测井是套管井工程技术测井的简称，主要目的是对套管井的工程技术状况和管外水泥胶结进行检测和评价；工程作业效果检测和评价有时也被归入工程技术测井的范畴。当前的主要工程测井技术有井径类测井、声幅测井、声波变密度测井、长源距声波测井、扇区水泥胶结测井、电磁测井、井下电视测井、躁声测井、井温测井、放射性示踪测井等.支撑固定套管柱、防止层间串通和通过套管外环形空间流动、防止地层污染和套管腐蚀、有效地进行挤水泥作业、为优化储层的生产建立层间流体隔离！当环形空间内存在压缩强度很大的低渗透性物质时，就可起到流体的隔离作用。水泥就是这样一种理想物质(低渗、强压缩度)，其声阻抗能指示水泥的存在和质量。有很多原因需要确定套管水泥胶结质量常见物质(固井时井下介质)的声学参数物质密度声速(Km/s)声阻抗(Mrayl)空气0.0013-0.130.330.0004-0.04淡/盐水11.51.5钻井液1-21.3-1.81.5-3水泥浆1-21.5-1.81.8-3水泥/G级1.92.7-3.75.0-7.0泥岩2.551.83-3.962砂岩2.655.5石灰岩2.716.4-7.012-16.6钢7.895.946评价固井质量的声测井目前有①水泥胶结测井(CBL)②声波变密度测井(VDL)③水泥评价测井(CET,SBT)④超声成像测井(USI，UBI,CBIL)④井温测井(TL)、放射性同位素示综测井(RTS)和中子寿命测井(TDT).从最早的CBL到目前先进的USI,记录了评价固井质量的声测井方法和仪器的发展历程！CBLVDLCET/SBTUSI,CBIL,UBI传统的水泥胶结评价采用声幅法(CBL)和声波变密度法(VDL)。CBL只能对第I界面情况进行检测，VDL能对第I,II界面进行检测，但它的准确解释也存在很大困难。另外CBL和VDL只是圆周向的平均测量效果，难以区分井周不同方向的条形欠胶结处。进入80年代后，国外推出了基于超声脉冲反射法原理的水泥胶结评价测井仪器，例如CET,SBT,CBIL等，这些仪器可准确判断第I界面是否胶结好，测量情况能说明圆周向的胶结情况，结合VDL可进行第II界面评价，但这些仪器本身尚不能准确地判断第II界面胶结的好坏。已有模拟实验证明这些仪器不能单独用于评价第II界面的胶结状态，即仅依靠超声脉冲反射法难以评价第II界面的胶结状态（石油大学乔文孝等）。一、CBL水泥胶结测井isCementEvaluationTool1、基本原理水泥套管套管波V泥浆V套管地面仪TR地层套管和水泥环胶结好，R接收到信号幅度低(套管与水泥环差别小，界面上的声耦合好，当套管波在C上传播时，大部分E被偶合到水泥环中去了，仅有小E折回井中被记录）；反之，R接收到信号幅度高。R收到的声信号为滑行纵波（套管波）其幅度与套管内外介质的性质及分布有关1)测井时，由接收探头接收由套管波引起的折射波的幅度(通常是测量其第一个波峰的幅度)，由测量线路把声波幅度转换成与之成正比的电压大小，并由地面照相记录仪记录。测量是在井内自下而上连续进行，便得到一条随不同深度的固井质量而变化的声幅曲线。2)测量井段从井底到水泥面以上50-100m处，测井时把井下仪器放到预计水泥上返高度之上200-300m处的纯泥浆段(自由套管井段),调节仪器(检流计光点),使曲线偏转8-10cm,这是全井段最大值，然后下到井底，上提测井！3)CBL曲线的横向比例为50mv/Cm,深度比例为1:200。4)具体解释时在参考GR,CAL曲线时，首先确定纯泥浆段，然后确定混浆带，最后根据相对幅度来判定固井质量。CBL具体的测井过程及曲线解释CBL测井解释实例0_____________500mv固井声幅CBL测井曲线实例CBL固井剖面解释时尽量结合CAL和GR曲线固井声幅CBL测井曲线实例固井声幅CBL测井曲线实例固井声幅测井曲线自然电位测井曲线CBL测井测得声幅曲线(首波滑行纵波的幅度）声幅固井评价。由于首波幅度对套管井中套管与水泥胶结情况反应比较明显，因此只能评价第一界面(套管与水泥界面)的胶结程度(对第二界面无能为力)。国内对利用CBL资料判断固井质量采用相对幅度△A和归一化值CBL3两个概念(评价指标）：△A=目的井段曲线幅度/自由套管曲线幅度*100%△A20%胶结好；20%△A40%胶结一般；△A40%胶结差各地区的固井质量评价标准差别较大。例如固井质量差的相对幅度(△A)，江汉油田定为大于40%，四川地区定为大于70%，而在南海湛江一般定为多大呢？利用CBL曲线时确定固井质量时，还应参考井径曲线和自然伽马曲线或自然电位曲线(用于确定h)，此外务必了解固井施工情况。CBL3胶结指数评价指标是利用CBL所测得的声幅曲线进行归一化处理，从而得到套管井中水泥胶结情况的评价结论(CBL3越小,第一界面的胶结程度越高,固井质量越好)。CBL3=1—CBL*Lmax/Cmax式中Cmax--自由套管的最大声幅值；CBL--目的井段声幅曲线值；Lmax--计算得到的胶结好的最大值(常取为1）；CBL3---归一化后的胶结指数值；Note当CBL31时，则CBL3=1;当CBL30时，则CBL3=0.02、CBL测井曲线值的影响因素1)测井时间(Tlog)：要求在注水泥后20~40小时进行测量最好。测量过早将出现高声幅值、测量过迟将出现低声幅值；2)水泥环厚度(hcement)h2cm，对套管波衰减为定值；h2cm，水泥环越薄(h越小)对套管波的衰减越小，测得的声幅值越高，有时容易把胶结好的井段判断为胶结差！解释时应参考井径曲线，对泥饼相对较厚(h越小)的井段要注意！此外，水泥环较薄时，硬地层的地层波(信号较强)将掩盖套管波，造成误解释。3)气侵泥浆:使声波的衰减很大，声幅测值降低；4)套管厚度hcase：6-18mm,套管越薄，对声波衰减越大，声幅低值；对应套管接箍处低CBL值。5)微环:套管与水泥之间出现的微小环形间隙，一般厚度0.1mm。微环虽小，但却使声幅值增高.6)仪器偏心(扶正不良)和某方位有窜槽:CBL以低声幅显示，与水泥胶结好坏无关。这是由于不同方位到达接收器的套管波的相位不同，相互抵消而造成低声幅。CBl测井的外在影响因素小结：使CBL值升高的原因有：测井时间过早、hcement小、微环；使CBL显示低值的原因有：Tlog大、气侵泥浆、套管厚度变薄、仪器偏心和某方位有串槽！但是CBL鉴定第I界面的胶结质量目前还是最简单有效的，而且是法定的！1)高值表明自由套管、微环、或者快速地层波；2)低值表明水泥胶结良好或者仪器不居中；3)中高值可能由于受污染水泥均匀分布或者高强度水泥有窜槽；CBL曲线幅度(幅值)：声波全波列测井：VDL+AST阵列声波测井…………记录整个声波波列的测井方法在套管井中，声波从发射探头到接收探头有四种可能的传播路径：沿套管、沿水泥环、通过地层、通过地层和井内泥浆。其实只有三种路径：沿套管、通过地层和井内泥浆。只要源距足够大，接收到的波先后顺序是套管波、地层波、泥浆波。Why无沿水泥环滑行的波呢？这是因为水泥的声速比钢的声速低，椐产生滑行波的条件，它是不可能产生的。1、基本原理二、声波变密度测井(VDL)：采用单发单收声系，源距为1.5米，其目的是全面评价水泥胶结质量，了解套管与水泥环、水泥环与地层的胶结情况(CBL只能显示套管与水泥的胶结情况，第一声学界面）！V套管V泥浆；V套管V水泥；V地层V水泥（VmVsVcVp)====》全波列波形识别①套管波②地层波（纵波、横波、视瑞利波组合而成，幅度值较高）③泥浆波（到达时间最晚，稳定，频率低，幅度变化不大）④ST斯通利波（仅随泥浆波之后）地面仪TR水泥套管地层泥浆波调辉记录的变密度全波列波形图VDL是现场检查固井质量的常用方法，其优点是简单、信息量大，它在每一深度采样点上输出一个反映该点所在层段的声波全波列图，该波列图上既有反映第I界面的套管波，还有反映第II界面的水泥环波及地层波。在处理VDL资料时，通常将地层波的幅度作为判断第II界面胶结状况的标准。在对地层波解释时，最好应用谱分析法，在时间域和频率域内从相当速度、幅度方面综合解释。记录方式：调辉记录和调宽记录调辉记录:以颜色深浅变化反映声波能量的变化(主要使用)；调宽记录:以记录条带宽度的变化反映声波能量的变化；经模拟实验和现场表明，在各种水泥胶结情况下，套管波与地层波的幅度变化有一定的规律：1)自由套管时，套管信号强，地层信号弱(如图a);2)固井质量好时，套管信号弱，地层信号强(如图b);3)水泥与套管胶结好，水泥与地层胶结不好时，套管与地层信号都弱(如图c)。不同固井情况下的套管波与地层波如下地面仪TR水泥套管地层2、声波变密度VDL图解释:条纹粗细或消失或变形（1）自由套管波—套管外无水泥而是泥浆泥浆波V泥浆V套管特征：套管波强，地层波弱或没有，在VDL图上，出现平直的套管波粗黑条纹(相线)，越靠近左边反差明显，对应着套管接箍处出现人字形条纹（套管接箍明显）。（1）套管外无水泥而是泥浆即自由套管波情况地面仪TR水泥套管地层（2）第I界面和第II界面胶结都好V套管V泥浆，V套管V水泥V地层V水泥（VmVsVcVp)====》在全波列波形如何判断：套管波弱，地层波强，在VDL密度上左边的条纹模糊或几乎消失，与右边的条纹即地层波反差大，地层波象裸眼井测的一样！泥浆波（2）第I界面和第II界面胶结都好地层波3）第I界面胶结好，第II界面胶结差：套管波很弱，地层波也弱或消失；套管波和地层波左右条纹模糊、信号很弱（CBL曲线低值，对此无能为力甚至误判。油田不少井因水泥环与地层胶结不好而发生串槽）4)I界面胶结差，II界面胶结好：套管波很强，地层信号中等显示；左边条纹明显,右边也有显示。注意(地层疏松或井眼很大或水泥与套管空隙很大，使地层波信号变弱。5)第I界面和第II界面胶结都差：套管波明显，条纹、多幅度大，有的井段套管信号占据了地层波或泥浆波的位置，与自由套管时的套管波类似！地层波微弱甚至消失，泥浆波条纹由于受套管波的影响而出现波浪形！关于第I和第II界面胶结质量在VDL图的特点总结：1)第一界面胶结好时，在VDL图上，其套管波一般为弱信号，条纹模糊或消失。反之亦然。2)第二界面胶结好时，在VDL图上，其地层波一般都为强到中等信号显示，条纹粗而明显，颜色深。反之亦然。注意特殊情况！3)VDL资料判别胶结好坏的一般规则:好好弱强,好差弱弱，差好强强,差差强弱/强强4)通常将套管波的幅度作为判别第I界面胶结状况的标准(套管波与第I界面偶合状况的关系较简单)，而将地层波的幅度作为判别第II界面胶结状况的标准(井内记录到的地层波与井内流体的声速及密度，套管及水泥环的厚度、声速和密度及地层的声学特性有关)！5)波列上按传播时间区分套管波、地层波、泥浆波：例如在7ft的长源距声波全波列测井图中:378~400[392]us,