范文同，袁仕俊，韓 闖 （中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒841000）

單交義，艾 勇，田東江

塔里木油田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，庫車山前構(gòu)造上的超深、高壓氣井的固井工程受到極大挑戰(zhàn)[1]。固井作業(yè)中，水泥漿注入井筒后，在候凝過程中水泥漿難以保持對(duì)高壓滲透層的壓力，地層流體侵入環(huán)空，與入井水泥漿混合，造成水泥漿污染。這種水泥 “混漿”固結(jié)后，生成的水泥石中存在大量的自由流體，從而導(dǎo)致竄槽發(fā)生。若流體為氣體，則更易通過水泥與套管或水泥與地層之間的間隙互竄甚至竄至井口。常規(guī)的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)評(píng)價(jià)這種受地層流體污染的固結(jié)水泥環(huán)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致固井質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論不準(zhǔn)[2～4]。為此，筆者結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，與常規(guī)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)比，對(duì)最新一代的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)儀器 （Isolation Scanner，以下簡(jiǎn)稱 “IS評(píng)價(jià)儀”）在塔里木油田的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜合分析。

1 儀器概述及工作原理

IS評(píng)價(jià)儀建立在原有超聲脈沖回波儀器平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)探頭包括4個(gè)換能器[5]：超聲波換能器垂直位于儀器一側(cè)，用于生成和檢測(cè)脈沖回波；另外3個(gè)換能器，1個(gè)發(fā)射2個(gè)接收，位于儀器另一側(cè)，并成一定角度排列，用于測(cè)量撓曲波的衰減 （圖1）。測(cè)井時(shí)，旋轉(zhuǎn)探頭以7.5r/s的速度旋轉(zhuǎn)，超聲換能器向套管發(fā)射較發(fā)散的波束，提供一個(gè)5°或10°的方位分辨率，從而在每個(gè)深度點(diǎn)產(chǎn)生72或36個(gè)獨(dú)立波形，從信號(hào)共振衰減中產(chǎn)生有關(guān)水泥聲阻抗的方位圖像。撓曲波發(fā)射器同時(shí)發(fā)射250kHz的高頻脈沖波束，在套管內(nèi)激發(fā)撓曲振動(dòng)模式，該模式能將聲能傳入環(huán)空，在聲阻抗差異的界面發(fā)生反射，然后主要以彎曲波的形式由套管傳回，通過流體再由2個(gè)接收換能器采集這些信號(hào)。通過撓曲波衰減和聲阻抗交會(huì)確定的固－液－氣 （S－L－G）相圖 （圖2），可以確定測(cè)量方位上套管外物體的物質(zhì)形態(tài)，從而得到每種物質(zhì)形態(tài)所覆蓋的面積，最終生成直觀、易懂的固－液－氣固井質(zhì)量評(píng)價(jià)成果圖[6～8]。

2 固井質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)例分析

2.1 克拉X井實(shí)例分析

塔里木油田的克拉X井 （井孔內(nèi)徑8.5in （1in＝2.54cm），套管外徑7in，鉆井液密度2.1g/cm3，水泥漿密度2.08g/cm3），于1998年測(cè)試后封井，2011年計(jì)劃求取產(chǎn)能和地層參數(shù)，重新測(cè)量套后電阻率及用IS評(píng)價(jià)儀測(cè)量。圖3為該井IS評(píng)價(jià)儀固井質(zhì)量解釋成果圖，該圖主要提供5道信息：第2道為儀器信息；第3道為波阻抗道，顏色越深，指示管外物質(zhì)波阻抗越大，膠結(jié)越好；第4道為撓曲波衰減道，數(shù)值越大，表示衰減增大；第5道為S－L－G指示道，淺灰色表示固體，深灰色表示液體，黑色表示氣體；第6道為S－L－G比例道，指示了固－液－氣3種物質(zhì)在套后環(huán)形空間所占比例。

圖1 儀器結(jié)構(gòu)

圖2 固－液－氣 （S－L－G）相圖

采用原有脈沖回波技術(shù)進(jìn)行解釋，在儲(chǔ)層段上部 （3465～3472m），波阻抗道顯示顏色很深，波阻抗值均在4Mrayl（1rayl＝1Pa·s/m）以上，指示環(huán)空物質(zhì)波阻抗很大，水泥膠結(jié)質(zhì)量可定性解釋為膠結(jié)良好。在儲(chǔ)層段下部 （3479.25～3483m），波阻抗道顏色偏淺，指示膠結(jié)質(zhì)量中等；而在3483～3485m，波阻抗增大，則說明該段膠結(jié)良好。

圖3 克拉X井IS評(píng)價(jià)儀測(cè)井解釋成果圖

結(jié)合撓曲波衰減測(cè)量，采用圖2所示的撓曲波衰減和聲阻抗交會(huì)技術(shù)解釋該井固井質(zhì)量，可以得到更為精細(xì)的固－液－氣 （S－L－G）解釋結(jié)論。在儲(chǔ)層段上部 （3465～3472m），S－L－G指示道顯示管外環(huán)空存在物質(zhì)主要為固體，見少量零星存在的液體和氣體，就其分布來看，不會(huì)形成具溝通能力的竄槽，同時(shí)在S－L－G比例道，顯示該段流體所占比例極小，基本都是固體，綜合解釋為水泥固結(jié)良好。在儲(chǔ)層段下部膠結(jié)中等段 （3479.25～3483m），S－L－G指示環(huán)空有一定量流體存在，并形成縱向竄槽，但該段為非儲(chǔ)層，不產(chǎn)地層流體；而在3483～3485m，S－L－G成果圖上顯示環(huán)空物質(zhì)幾乎全部為固體，完全可以封隔2號(hào)氣層和3號(hào)水層。綜合以上分析認(rèn)為，該井氣層段存在有效分隔段，固井質(zhì)量良好，不會(huì)發(fā)生竄槽。

后期對(duì)該井進(jìn)行了射孔，經(jīng)酸壓測(cè)試，1、2號(hào)氣層產(chǎn)氣55.8×104m3/d，無水。測(cè)試結(jié)論驗(yàn)證了IS評(píng)價(jià)儀提供的S－L－G固井質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)論正確。

2.2 哈得XX井實(shí)例分析

圖4 套管偏心對(duì)固井工程的影響

套管在井筒是否居中，是固井質(zhì)量好壞的重要影響因素。若套管不居中 （圖4），固井作業(yè)水泥返高時(shí)在環(huán)空窄邊，水泥漿難以將鉆井液驅(qū)替干凈，極易造成水泥環(huán)固結(jié)不完整而形成竄槽[5]。IS評(píng)價(jià)儀將采集到的第2界面回聲，結(jié)合撓曲波衰減，可對(duì)套后環(huán)空物質(zhì)進(jìn)行成像，得到環(huán)空物質(zhì)的幾何形狀。結(jié)合脈沖回波測(cè)量得到的套管信息，可以得到套管在井筒中的居中情況。這種套管與井筒的空間位置可用套管居中度來定量表示，如套管一側(cè)緊貼井壁用0%表示，套管完全居中用100%表示。

以哈得 XX井 （井孔內(nèi)徑8.5in，套管外徑5.5in，鉆井液密度1.24g/cm3，水泥漿密度1.90 g/cm3）為例，該井5074～5100m儲(chǔ)層段的CBL （聲波幅度測(cè)井）/VDL （聲波變密度測(cè)井）解釋聲幅曲線高值，變密度圖中套管波指示明顯，并帶有明顯的套管接箍信號(hào)，地層波信號(hào)不明顯，綜合解釋固井質(zhì)量差，有竄槽發(fā)生，但無法指示竄槽發(fā)育位置和大小 （圖5）。

對(duì)比常規(guī)固井，IS評(píng)價(jià)儀固井質(zhì)量解釋更為精細(xì)。如圖5所示，在儲(chǔ)層段發(fā)育多個(gè)直立竄槽和部分零星未膠結(jié)部位，從S－L－G指示圖像上看，未膠結(jié)部位均為流體充填。通過第2界面回聲分析 （第9～11道），在油層段，套管居中度很低，在5%～40%之間變化 （5074～5082m），綜合分析認(rèn)為，套管嚴(yán)重偏心導(dǎo)致水泥漿在套管外環(huán)形空間驅(qū)替鉆井液不干凈，生成了液體充填的竄槽。對(duì)比IS評(píng)價(jià)儀三維成像 （圖6），竄槽發(fā)育方位剛好位于環(huán)空窄邊附近，與圖4所示情況相符，并且竄槽形態(tài)與套管偏心導(dǎo)致的竄槽形狀一致，均呈直立條狀。綜合解釋，該井儲(chǔ)層段固井質(zhì)量中等，有竄槽發(fā)生，油水層未能有效封隔。

該井經(jīng)測(cè)試 （射孔段為5074～5077m），氣舉排液，累計(jì)產(chǎn)地層水151.67m3，出油28.27m3，測(cè)試結(jié)論驗(yàn)證了IS評(píng)價(jià)儀解釋正確。

3 結(jié) 論

通過對(duì)塔里木油田IS評(píng)價(jià)儀應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，得出以下認(rèn)識(shí)：

1）該儀器可對(duì)套管居中情況進(jìn)行定量測(cè)量，這為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)固井質(zhì)量提供了技術(shù)支持。

2）采用該儀器測(cè)量固井質(zhì)量，能準(zhǔn)確識(shí)別套后竄槽發(fā)育方位和大小，使固井質(zhì)量評(píng)價(jià)更為精細(xì)，這也為后續(xù)補(bǔ)注水泥、試油作業(yè)等提供了可靠依據(jù)。

圖5 哈得XX井IS評(píng)價(jià)儀測(cè)井解釋成果圖

3）IS評(píng)價(jià)儀是新興的固井測(cè)量?jī)x器，其在塔里木油田應(yīng)用效果良好，可進(jìn)一步推廣于塔里木盆地超深高溫高壓復(fù)雜井的固井質(zhì)量測(cè)量和評(píng)價(jià)。

圖6 哈得XX井套后三維成像成果圖

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