汪成芳 陳曉茹 毛 琳 田 鵬 任 元

（中國石化江漢石油工程有限公司測錄井公司）

0 引言

頁巖氣井普遍采用1層導(dǎo)管+3層套管的井身結(jié)構(gòu)或是2層導(dǎo)管+3層套管的井身結(jié)構(gòu)，具有井身結(jié)構(gòu)特殊、井斜度大、水平井段長、井眼軌跡不規(guī)則等特點(diǎn)，水平井固井質(zhì)量測量主要采用牽引器輸送工藝和鉆具輸送存儲式測井技術(shù)[1-6]。

牽引器作為一種新型的測井儀器輸送工具被廣泛應(yīng)用于水平井生產(chǎn)測井。該測井工藝施工簡便、節(jié)省工時，深度控制準(zhǔn)確，且測井過程中油井可以正常生產(chǎn)，但該測井工藝的輸送動力較小、對井筒技術(shù)條件要求較高（套管內(nèi)徑規(guī)則、井筒內(nèi)無雜物）。

存儲式固井測井系統(tǒng)主要適應(yīng)大位垂比井的施工，通過地面和井下儀器的時間信息，實(shí)現(xiàn)地層深度、測量信息的匹配，完成無電纜測井，是一種快速、安全、可靠的測井方式，和電纜測井儀器性能指標(biāo)完全相同，測出的CBL、VDL和CCL曲線和電纜式測井測出的曲線一致性較好。

1 頁巖氣水平井水泥膠結(jié)影響因素

頁巖氣水平井水泥膠結(jié)測井質(zhì)量的主要影響因素包括：套管不居中、儀器偏心、油基泥漿[1-6]。

1.1 套管不居中

水平井中的套管在彎曲井段和水平井段受重力作用影響大,易使其嚴(yán)重偏心,很難保證套管居中度。頁巖氣井為了達(dá)到有效開發(fā)和試驗(yàn)相關(guān)工藝的目的，普遍采用長水平段水平井鉆井技術(shù)，造斜段/水平段套管居中度難以得到保證。套管偏心造成管外水泥環(huán)厚度不均，重力分異作用，在井眼上方水泥最容易缺失，引起固井質(zhì)量下降。

圖1顯示，造斜段2160～2320 m，八扇區(qū)最大、最小及平均聲幅之間差異大，中間扇區(qū)水泥膠結(jié)圖呈黑棕色，表示水泥膠結(jié)好，其它扇區(qū)水泥膠結(jié)圖呈淺棕色至白色，表示水泥膠結(jié)差；CBL受套管不居中影響，測量值偏低，普遍低于RIB平均聲幅值；RIB成像圖與VDL波形反映造斜段固井質(zhì)量以膠結(jié)中等為主。

圖1 套管不居中固井質(zhì)量圖

1.2 儀器偏心

儀器居中時，不同方向套管波到達(dá)接收器的時間和相位一致，儀器記錄的幅度是不同方向的同相位套管波幅度的集合。而儀器偏心時，不同方向套管波到達(dá)接收器的路程和時間不一致，這樣相位也不相同，因此儀器記錄套管波幅度要比儀器不偏心時偏小，嚴(yán)重影響利用CBL評價第一界面固井質(zhì)量的可靠性。儀器偏心對聲幅的影響程度見圖2。儀器偏心對聲幅變密度的影響表現(xiàn)為套管波基線不穩(wěn)定，但對波形影響不大，仍然可以利用VDL資料評價第一、第二界面的固井質(zhì)量，故偏心對VDL的影響可以不予考慮。

圖2 儀器偏心對聲幅的影響

圖3顯示，儀器居中處，八扇區(qū)最大、最小及平均聲幅曲線重合，扇區(qū)成像圖呈深棕色顯示；VDL顯示套管波很弱，地層波清晰。儀器偏心處，八扇區(qū)最大、最小及平均聲幅之間的差異大，中間扇區(qū)水成像圖呈棕黃色，其它扇區(qū)呈淺棕色至白色；VDL顯示套管波較強(qiáng)，地層波較弱，RIB成像圖與VDL波形顯示特征一致；CBL受儀器不居中影響，測量值明顯低于RIB測量值。

圖3 儀器偏心影響固井質(zhì)量圖

1.3 油基泥漿

頁巖氣井水平段全部采用油基鉆井液鉆進(jìn)，固井時需要足量的特殊化學(xué)沖洗液來恢復(fù)水潤性，達(dá)到潤濕反轉(zhuǎn)，提高水泥漿頂替效率及水泥與井壁的膠結(jié)質(zhì)量。油基鉆井液與兩個界面的超強(qiáng)附著力以及高黏度給水泥漿頂替帶來了很大的難度，頂替不干凈會嚴(yán)重影響水泥與兩個界面的膠結(jié)質(zhì)量，整體表現(xiàn)為固井質(zhì)量很差。此外鉆井液密度、黏度越高，流動性越差，固井時頂替效率也會越差，從而造成洗井不干凈，井筒內(nèi)會留有油基泥漿混合物，套管壁上殘留的大量油膜會使水泥漿和套管壁面不能夠進(jìn)行有效膠結(jié)，導(dǎo)致水泥環(huán)與套管間形成微環(huán)隙，造成第一、第二界面均顯示膠結(jié)差，如圖4所示，但儀器硬件本身沒有任何問題。

圖4 油膜影響固井質(zhì)量圖

2 頁巖氣水平井固井質(zhì)量評價方法

國內(nèi)外用于固井質(zhì)量評價方法主要有聲幅－變密度（CBL-VDL）測井技術(shù)、扇區(qū)膠結(jié)聲波測井技術(shù)（RIB、SBT）、環(huán)井周超聲波測井技術(shù)（CAST-V）、水泥評價測井技術(shù) （CET）、聲波伽馬-密度測井技術(shù)（MAK2-SGDT）和套后成像測井技術(shù)（Isolation Scanner）。目前焦石壩工區(qū)非常規(guī)頁巖氣井水平段固井質(zhì)量評價方法主要采用CBL-VDL評價方法和RIB八扇區(qū)水泥膠結(jié)評價方法。CBL-VDL測井資料主要采用鉆具輸送存儲式測井技術(shù)錄取，RIB八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井資料主要采用牽引器輸送工藝錄取。

2.1 CBL-VDL固井質(zhì)量評價方法

作為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的固井質(zhì)量檢測方法，CBL-VDL測井不僅記錄了首波幅度值，而且還記錄了包括套管波、水泥環(huán)波、地層波、泥漿波在內(nèi)的后續(xù)波，信息量非常豐富，能夠定量評價第一界面、定性評價第二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量，但易受微間隙和儀器偏心影響。

（1）利用相對幅度法定量評價第一界面水泥膠結(jié)質(zhì)量

根據(jù)CBL的幅度值，采用相對幅度法定量評價第一界面的固井質(zhì)量。在沒有其它因素影響的條件下，CBL值高反映第一界面水泥膠結(jié)差，CBL值低反映第一界面水泥膠結(jié)好。

相對幅度CBL定義為：

當(dāng)相對幅度≤15%時，確定為膠結(jié)優(yōu)等；相對幅度在15%～30%時，確定為膠結(jié)中等；相對幅度≥30%時，確定為膠結(jié)差。

（2）利用VDL波形特征定性評價第一、第二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量

聲波變密度測井圖（VDL）采用灰度變化顯示波列波形幅度，根據(jù)灰度的深淺反映套管波和地層波信號強(qiáng)弱，結(jié)合裸眼測井補(bǔ)償聲波曲線與波形的疊加顯示，綜合定性判斷第一、第二界面的水泥膠結(jié)質(zhì)量。

利用VDL對第一、第二界面膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行定性評價的一般規(guī)律見表1。

表1 根據(jù)VDL定性評價固井質(zhì)量表

2.2 RIB固井質(zhì)量評價方法

RIB八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀器提供常規(guī)的3 ft和5 ft固井質(zhì)量測井評價，同時能獲得8扇區(qū)的測井資料。實(shí)際測井施工時，RIB儀器需要進(jìn)行現(xiàn)場刻度。首先在空氣中進(jìn)行零刻度，再將儀器下放至井中自由套管處，將3 ft聲幅刻度值設(shè)置為72 mV（或100%），八扇區(qū)聲幅刻度值設(shè)置為90 mV（或100%），經(jīng)信號調(diào)整后，進(jìn)行正刻度，用刻度后的數(shù)據(jù)進(jìn)行測井。測井時如無自由套管，應(yīng)調(diào)用同尺寸套管井刻度數(shù)據(jù)，或固井前提前在空套管刻度。

（1）第一界面水泥膠結(jié)質(zhì)量定量解釋

通過規(guī)律總結(jié)，對于直井、中斜度井，CBL反映的第一界面信息與八扇區(qū)水泥膠結(jié)圖一致，仍可用其評價第一界面的膠結(jié)質(zhì)量。但隨著井斜的增大，CBL反映的第一界面信息與八扇區(qū)水泥成像圖存在一定矛盾，此時CBL曲線所測數(shù)值偏低，反映不了實(shí)際水泥膠結(jié)狀況，建議采用RIB平均聲幅值，利用相對幅度法定量評價第一界面水泥膠結(jié)質(zhì)量。當(dāng)平均聲幅值≤20%時，評價為膠結(jié)優(yōu)等；20%＜平均聲幅值≤40%時，評價為膠結(jié)中等；平均聲幅值＞40%時，評價為膠結(jié)差。RIB能夠定量評價第一界面、定性評價第二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量，直觀顯示水泥溝槽和空隙，便于識別微環(huán)空，適用于薄層油氣及油氣關(guān)系復(fù)雜井的固井質(zhì)量評價。

（2）水泥膠結(jié)成像圖定量解釋

RIB水泥膠結(jié)成像圖細(xì)分五級刻度，以相對幅度E值作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)E值在20%～0%之間，表示水泥膠結(jié)良好，成像圖灰度顏色為黑色；當(dāng)E值在40%～20%之間，表示水泥部分膠結(jié)，成像圖灰度顏色為深棕色；當(dāng)E值在60%～40%之間，表示水泥部分膠結(jié)，成像圖灰度顏色為棕黃色；當(dāng)E值在80%～60%之間，表示水泥部分膠結(jié)，成像圖灰度顏色為淺黃色；當(dāng)E值在100%～80%之間，表示水泥沒有膠結(jié)或?yàn)榭仗坠埽上駡D灰度顏色為白色。

（3）水泥膠結(jié)質(zhì)量定性解釋

根據(jù)RIB八扇區(qū)水泥膠結(jié)成像圖顏色、變密度波形顯示特征，結(jié)合裸眼測井補(bǔ)償聲波資料，定性判斷水泥膠結(jié)狀況及膠結(jié)級別。

●自由套管：聲幅、最大、最小、平均聲幅曲線保持較高的穩(wěn)定值，套管接箍處測量值有所降低，八扇區(qū)成像圖呈亮色顯示；變密度波形顯示為黑白相間的直條帶，接箍處呈人字紋變化。

●第一、第二界面膠結(jié)均好：聲幅、最大、最小、平均聲幅曲線保持較低的穩(wěn)定值，八扇區(qū)膠結(jié)成像圖呈深色顯示；變密度波形顯示套管波衰減缺失，有明顯的地層波，顯示出黑白相間的起伏條帶。

●第一界面好、第二界面中等：CBL、最大、最小、平均聲幅曲線保持較低的穩(wěn)定值，八扇區(qū)膠結(jié)成像圖在膠結(jié)好處呈黑色顯示，反之呈淺色顯示；變密度波形顯示的套管波比自由套管弱，在套管波之后顯示出地層波。

●第一界面中等或差、第二界面差：CBL、最大、最小、平均聲幅曲線保持較高或中等的穩(wěn)定值，套管接箍處測量值有所降低，八扇區(qū)膠結(jié)成像圖呈白色、淺棕色顯示；VDL曲線顯示為黑白相間的直條帶，接箍處呈人字紋變化。

3 應(yīng)用效果

牽引器輸送工藝和鉆具輸送存儲式測井技術(shù)測井時效快、資料優(yōu)質(zhì)，在一定條件下能準(zhǔn)確反映第一、第二界面的水泥膠結(jié)狀況，提供的固井質(zhì)量檢測資料及評價結(jié)果能夠滿足頁巖氣生產(chǎn)的需要，多口井大型壓裂后獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。

實(shí)例1：JY1-3HF井

圖5顯示，存儲式聲波幅度與RIB聲波幅度值基本相同，兩者變密度波形對應(yīng)性良好。該井固井質(zhì)量影響因素有3種：①套管不居中，造斜段2500～2700m，套管偏心造成管外水泥環(huán)厚度不均，引起固井質(zhì)量下降。②儀器偏心，RIB成像圖顯示測量段存在水泥溝槽現(xiàn)象。③油膜影響，該井由于頂替不干凈，造成井筒內(nèi)留有油基泥漿混合物，造成水泥與二個界面的膠結(jié)質(zhì)量很差，水泥成像圖顏色以淺黃色為主，夾部分棕黃色，VDL套管波清楚，地層波不明顯，接箍處呈人字紋變化。所有特征均顯示第一、第二界面水泥膠結(jié)以差為主。焦石壩地區(qū)第一口頁巖氣出氣井JY1HF井進(jìn)行了CBL-VDL測井（圖6）。固井資料顯示在主要出氣層段2745.00～2791.00 m，CBL測量值在6%～72%之間，VDL套管波清晰，地層波不明顯，接箍處呈人字紋變化變化，第一、第二界面的固井質(zhì)量均以膠結(jié)差為主，少量中等、好。但JY1HF井大型壓裂后初產(chǎn)天然氣12×104m3。

圖5 JY1-3HF井兩次固井質(zhì)量對比評價圖

圖6 JY1HF井主要產(chǎn)氣段固井質(zhì)量評價圖

分析認(rèn)為：JY1HF井水平段鉆進(jìn)時油基鉆井液密度達(dá)到1.67 g/cm3，黏度最高達(dá)到70 s，JY1-3HF井水平段鉆進(jìn)時油基鉆井液密度達(dá)到1.60 g/cm3，黏度最高達(dá)到90 s，兩口井受高密度鉆井液、高黏度影響，造成流動性差，從而固井時頂替效率變差，造成洗井不干凈，在套管壁上殘留有大量油膜，影響了水泥漿（水泥漿密度為1.90 g/cm3）的有效膠結(jié)，導(dǎo)致第一、第二界面均顯示膠結(jié)差。

JY1-3HF井試氣時共分15段進(jìn)行壓裂施工，共注入液量23170.1m，加砂986.6m3，17mm油嘴、23MPa壓力下放噴求產(chǎn)，試獲初期11×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流。

實(shí)例2：JY7-2HF井

JY7-2HF井水平段鉆進(jìn)時油基鉆井液密度最高為1.50 g/cm3，黏度最高為71 s，水泥漿密度為1.90 g/cm3。雖然該井黏度較高，但鉆井液密度適中，固井時頂替效率較好，洗井比較干凈。圖7顯示水平段2557.0～4064.50 m，除套管節(jié)箍處受油膜輕微影響，接箍處人字紋較清晰，其它位置基本未受到油膜影響，水泥成像圖顏色以深棕色為主，VDL地層波連續(xù)、清晰，RIB平均聲幅在10%左右。所有特征均顯示第一、第二界面水泥膠結(jié)良好。該井壓裂試氣，初步測試獲12×104m3/d高產(chǎn)氣流。

圖7 JY7-2HF井水平段固井質(zhì)量評價圖

4 結(jié)束語

牽引器測井及存儲式測井工藝提供施工簡便、節(jié)省工時的技術(shù)手段，測量的RIB和CBL-VDL資料能夠滿足頁巖氣水平井固井質(zhì)量評價需要。該固井質(zhì)量評價方法，能準(zhǔn)確反映第一、第二界面的水泥膠結(jié)狀況，評價結(jié)果能滿足壓裂生產(chǎn)需求。

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