吳琴琴，侯春會，郭慶峰，邵　芳

(大慶鉆探工程公司測井公司　黑龍江　大慶　163412)

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·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器及應(yīng)用效果分析

吳琴琴，侯春會，郭慶峰，邵芳

(大慶鉆探工程公司測井公司黑龍江大慶163412)

扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器除具備常規(guī)水泥膠結(jié)測井儀器CBL/VDL的功能外，而且能夠識別出水泥環(huán)周向的局部缺失、微間隙等固井質(zhì)量問題，還能判別套管周圍全方位的水泥膠結(jié)狀況，可以更好地滿足固井質(zhì)量評價需要。闡述了自行研制的扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的技術(shù)原理及現(xiàn)場資料應(yīng)用情況?，F(xiàn)場測井資料與刻度井測井結(jié)果分析表明，該儀器能準(zhǔn)確地識別第一界面45°以上水泥局部缺失的大小及分布情況，該項技術(shù)是準(zhǔn)確評價固井質(zhì)量的有效方法之一。

扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀；局部缺失；固井質(zhì)量評價

0　引　言

油井固井質(zhì)量的好壞是能否充分利用油井的關(guān)鍵，而固井質(zhì)量評價則是正確使用油井和采取措施保護油井的關(guān)鍵。以CBL/VDL[1]為代表的水泥膠結(jié)測井技術(shù)多年來已成為檢測和評價固井質(zhì)量的一種基本方法和手段，在套管井水泥膠結(jié)質(zhì)量檢測的生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。但仍存在一些用這一方法和儀器不能很好評價和解釋的情況，影響著油田的生產(chǎn)。由于CBL/VDL測井只給出井周的平均膠結(jié)狀況結(jié)果，不能指出井周360°范圍內(nèi)不同角度(扇形)區(qū)域內(nèi)水泥膠結(jié)狀況，實際情況卻常常是一定角度范圍內(nèi)的局部竄槽和水泥缺失。而在固井工藝中小的局部缺失，也可以造成油氣的串槽。扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀是近幾年發(fā)展起來的新一代固井質(zhì)量評價測井儀器[2]，它能沿著套管整個圓周縱向、橫向測量水泥膠結(jié)質(zhì)量，可以以灰度圖的形式形象直觀地顯示套管和水泥環(huán)(第一界面)的膠結(jié)情況，準(zhǔn)確評價第一界面存在的槽道、孔洞的位置、大小及分布情況；可以精確評價水泥上返高度；可以評價第二界面水泥膠結(jié)情況。它既適用于新井的固井質(zhì)量評價，又適應(yīng)于老井的固井質(zhì)量評價，具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

1　儀器設(shè)計與特點

1.1技術(shù)原理

扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的原理是在常規(guī)CBL/VDL儀器上增加扇區(qū)測井方法。儀器包括電子線路和聲系兩大部分，其中聲系包括2 ft(1 ft=304.8 mm)源距的8個獨立扇區(qū)以及一個常規(guī)(CBL/VDL)發(fā)射器和接收器，源距分別為3 ft和5 ft。扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀具有標(biāo)準(zhǔn)的3 ft聲幅和5 ft全波列變密度顯示，該儀器還記錄2 ft源距的8個扇區(qū)聲波幅度。對于源距2 ft的8個獨立扇區(qū)，采用8對收發(fā)探頭，且一一對應(yīng)，發(fā)射探頭發(fā)射100 kHz聲脈沖，接收探頭接收波列中首波幅度，每一組探頭探測范圍為45度角。根據(jù)這8個扇區(qū)的聲幅可做出套管外水泥分布的剖面圖，并可計算8個扇區(qū)中的平均聲幅、最大聲幅、最小聲幅，可以直觀地顯示第一界面存在的孔洞、槽道的位置、大小及分布情況，詳細(xì)評價第一界面的水泥膠結(jié)情況。

1.2儀器指標(biāo)

儀器外徑：70 mm。儀器耐溫：150 ℃。耐壓：100 MPa。重復(fù)測量誤差：小于7%。3 ft、5 ft聲波幅度誤差：小于5%；2 ft扇區(qū)幅度誤差：小于5%。

1.3資料解釋方法

通過扇區(qū)聲幅曲線，可以判斷某個分區(qū)的水泥膠結(jié)質(zhì)量。為了更直觀地顯示水泥環(huán)分布信息，我們把8條扇區(qū)聲幅曲線用圖像來表示，以套管周向周圍位置為橫坐標(biāo)，以深度為縱坐標(biāo)，水泥膠結(jié)的質(zhì)量用顏色深淺來代表。圖像中每一點的灰度均由對應(yīng)位置的扇區(qū)聲幅幅度大小來決定。扇區(qū)水泥膠結(jié)測井中的灰度等級的解釋方法和灰度圖例見表1和圖1。

表1　灰度等級的解釋方法

圖1　扇區(qū)灰度等級與圖例

地面軟件設(shè)計中，利用二次樣條函數(shù)對8個扇區(qū)聲幅數(shù)值進行周向插值后再繪制剖面展開圖像。這樣效果比較好，避免了直接利用周向僅有的8個數(shù)據(jù)等分繪制出現(xiàn)的臺階；同時對周向、縱向兩個方向進行平滑濾波，避免了原始圖像中由于測量信號中的噪聲干擾帶來的毛刺、麻點，這種表示水泥膠結(jié)程度的灰度圖像，能夠直觀地顯示出套管周圍的水泥膠結(jié)程度，并可以了解到溝槽的大小、形狀和位置。扇區(qū)灰度膠結(jié)成像圖顯示，從左邊界到右邊界為環(huán)井筒360°的展開圖像，利用5級灰度顯示套管外水泥膠結(jié)的不同狀況[4]。

2　現(xiàn)場應(yīng)用分析

如圖2所示是扇區(qū)儀器在大慶地區(qū)高xxxx-斜xx井的某井段的測量結(jié)果。自由套管井段CBL 曲線均顯示為高幅度，扇區(qū)最大聲幅、最小聲幅和平均聲幅數(shù)值均較大，且三條曲線間差異小，反應(yīng)儀器的一致性很好。扇區(qū)灰度圖在自由套管處也均顯示為白色；在套管接箍處，聲幅曲線數(shù)值均為低值，灰度圖顯示為灰色。VDL變密度圖顯示出明顯的黑白相間的條紋，顯示出很強的套管波信號，并在套管接箍處有清楚的人字條紋。膠結(jié)好井段，CBL 曲線均顯示為低幅度，扇區(qū)最大聲幅、最小聲幅和平均聲幅數(shù)值均較小，幾乎歸零，且三條曲線間差異小。扇區(qū)灰度圖均顯示為黑色，測井的VDL變密度圖可見地層波顯示而沒有套管波的顯示。以上的測井結(jié)果說明了該井的一界面、二界面膠結(jié)很好。

如圖3所示是大慶地區(qū)喇x-PS斜xxxx井的測井成果圖。儀器在該井段的測量中，CBL 曲線顯示為有一定的幅度的井段，扇區(qū)最大聲幅、最小聲幅和平均聲幅數(shù)值也有一定的幅度，且三條曲線間有一定的差異，說明水泥有局部未完全膠結(jié)。測井的扇區(qū)灰度圖均顯示為灰白色，VDL變密度圖上能夠顯示出套管波和地層波的存在，但幅度都不是很高，以上的測井結(jié)果表明水泥與套管是局部膠結(jié)。

如圖4與圖5所示分別是儀器在大慶測井公司聲變刻度井二號井與五號井的實際測井成果圖[5]。二號刻度井采用外徑139.7 mm、厚度7.72 mm套管，G級水泥固井，地層為砂巖，深度為15米，共分為6層，每層為2.5 m。模擬井周22.5°、45°、90°、180°、270°方位上連續(xù)2.5 m未膠結(jié)層段。在2.5 m井段上有0.1 m、0.2 m、0.4 m水平層狀未膠結(jié)的層段，主要考察儀器的縱向分辨率和周向分辨率。

2#1層井周22.5°缺失在聲幅曲線與灰度圖上無法區(qū)分，2#2層井周45°缺失在聲幅曲線幅值反應(yīng)不明顯，但灰度圖反應(yīng)明顯，2#3層井周90°缺失在聲幅曲線表現(xiàn)為高幅值，但灰度圖顯示完全未膠結(jié)，分析是固井未固好。2#4層井周180°缺失在聲幅曲線和灰度圖有很好的對應(yīng)反應(yīng)。2#5層2.5 m井段上有0.1 m、0.2 m、0.4 m水平層狀未膠結(jié)層，聲幅曲線無反應(yīng)，灰度圖能反應(yīng)出夾層，但無法精細(xì)區(qū)分。2#6層270°缺失在聲幅曲線上顯示高幅值，扇區(qū)灰度圖可以清晰反應(yīng)。

五號刻度井采用外徑為139.7 mm、7.72 mm厚度套管，地層為砂巖，用密度1.6 g/cm3水泥固井。5#1層井周22.5°缺失，聲幅曲線表現(xiàn)為低值，灰度圖顯示有局部缺失，5#2層與5#3層井周180°缺失，聲幅曲線表現(xiàn)為中等高值，灰度圖有明顯對應(yīng)關(guān)系，5#4層完全未膠結(jié)，聲幅曲線表現(xiàn)為高值，灰度圖顯示完全未膠結(jié)，5#5層完全膠結(jié)，聲幅曲線表現(xiàn)為低值，灰度圖顯示完全膠結(jié)。5#6層井周270°缺失，聲幅曲線表現(xiàn)為偏高值，灰度圖未顯示，由于該井采用密度1.6 g/cm3水泥固井，整條聲幅曲線幅值比常規(guī)水泥密度的幅值略高。

圖2　高xxxx-斜xx井某井段的測量成果圖

圖3　喇x-PS斜xxxx井某井段測井成果圖

3　結(jié)　論

1)自行研制的扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀采用源距為2 ft、頻率為100 kHz的8個獨立扇區(qū)發(fā)射、接收探頭，記錄波列中首波幅度。通過扇區(qū)膠結(jié)成像圖，直觀地顯示第一界面存在的水泥缺失的位置、大小及分布情況，詳細(xì)地評價第一界面在井周360°范圍內(nèi)不同角度區(qū)域的水泥膠結(jié)情況。

2)現(xiàn)場測井資料與刻度井測井結(jié)果分析表明：該儀器能夠較準(zhǔn)確地識別45°以上水泥局部缺失情況。在刻度井中，扇區(qū)聲幅曲線、灰度圖都能與不同角度水泥缺失有很好地對應(yīng)。此儀器提高了固井質(zhì)量評價的可信度，

圖4　二號刻度井實際儀器測井結(jié)果圖

圖5　五號刻度井實際儀器測井結(jié)果圖

可以科學(xué)指導(dǎo)油井選層射孔、避免水層管外竄槽出水，確保油井高效生產(chǎn)。

3)扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器結(jié)構(gòu)精巧、技術(shù)先進、方便測井現(xiàn)場施工操作，滿足油田進行大規(guī)模地推廣應(yīng)用。

[1] 楚澤涵.聲波測井[M].北京:石油工業(yè)出版社,1986.

[2] 夏竹君,郭棟,蔡霞,等.SBT扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀在中原油田的應(yīng)用[J].天然氣技術(shù),2007，(02):43-45.

[3] 王愛民.扇區(qū)水泥膠結(jié)儀器及在套管井的應(yīng)用[J].測井技術(shù)，2003，27(增刊).

[4] 金志宏.扇區(qū)水泥膠結(jié)測井及信號處理方法[J].石油儀器，2010,24(5):15-17.

[5] 于甦.水泥膠結(jié)刻度檢測系統(tǒng)研究[Z].大慶鉆探工程公司測井公司項目，2013.

Analysis of Sector Cement Bond Logging Tool and Its Application

WU Qinqin, HOU Chunhui, GUO Qingfeng, SHAO Fang

(WirelineLoggingCompany,DaqingOilfieldDrillingEngineeringCompany,Daqing，Heilongjiang163412,China)

Sector Cement Bond Logging Tool (SBT) not only has the conventional CBL/VDL function to evaluate cementing quality, but also can identify the quality problems such as partial loss of cement ring in the casing surrounding, micro gap and so on. It also can provide the full range of cement bond conditions in the casing surrounding, and meet the needs of cementing quality evaluation well. This paper describes the technical principles of the independently-developed SBT and application of the logging data on field. Through analyzing the field well logging data and calibration well logging results, it is concluded that the SBT can accurately identify the size and distribution of the cement partial loss in over 45 degrees azimuth of the first contact surface, and the technology is one of the effective logging methods for cementing quality evaluation.

SBT; partial loss; cementing quality evaluation

吳琴琴，女，1981年生，工程師，2010年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)水聲工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事測井儀器研發(fā)和制造工作。E-mail:wuqinqin_613@163.com

TE91

A

2096-0077(2016)04-0064-04

2015-11-04編輯：馬小芳)