董蘭芳

（大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司，黑龍江 大慶163453）

0 引 言

水平井開采技術已逐漸成為一項常規(guī)的油田開發(fā)技術［1］。中國低產(chǎn)水平井完井一般采用分段射孔的方式，利用壓裂等措施對儲層進行增產(chǎn)改造，這些完井措施方案的制定迫切需要水平層段固井質量評價資料作為支持［2］。目前，國內外均采用適用于垂直井的聲波水泥膠結測井技術（測井儀器、工藝及解釋方法）［3］與水平井井下輸送工藝（牽引器、連續(xù)油管）組合，對水平井段的固井質量進行評價。水平井段井身結構、地層狀況以及儀器的狀態(tài)與垂直井有明顯區(qū)別［4］，垂直井固井質量測井技術在水平井中出現(xiàn)不適應，儀器在垂直井段刻度、在水平井段測量，刻度與測量環(huán)境的差異導致儀器刻度值不匹配，影響了測量結果的準確性。本文通過建立柱狀多層理論模型并進行井孔聲場數(shù)值模擬研究，形成了扇區(qū)水泥膠結測井儀器等價刻度方法，解決了測井儀在垂直段刻度、在水平段測量兩種環(huán)境不匹配問題。在南2××－平××等81口水平井中應用，均取得了合格的測井資料，證明新的刻度方法有效可行。

1 儀器刻度存在的問題

利用聲波測井進行固井質量評價時，首先在自由套管段完成儀器刻度，之后在固井段進行測量。在垂直井中，自由套管刻度段與測量段井眼（套管）環(huán)境基本相同，只是有時自由套管段套管壁厚稍薄（6．2mm），測量井段壁厚稍厚一些（7．72mm），利用聲場數(shù)值模擬2種情況下套管波幅度，對比結果表明，套管壁厚這一微小差別對儀器井下刻度造成的影響非常小，可忽略。水平井聲波固井質量測井用于儀器刻度的自由套管段均位于垂直井段，真正需要固井質量評價的測量段多處于水平段。水平井一般分2段鉆井，先鉆一較大的垂直井眼至造斜段，下入大套管固井；再在大套管內向下鉆進、造斜，下入相對小的套管后，第2次固井，在垂直井段形成雙層套管結構，在水平段為單層套管［見圖1（a）］；有時采用尾管掛接工藝，在垂直井段為大套管，在套管回接段形成雙層套管，在水平段為小套管［見圖1（b）］。

圖1 水平井套管結構示意圖

圖1（a）井況下在A1井段刻度儀器，環(huán)境為雙層套管，內層管直徑為139．7mm、外層管直徑為244．5mm；在水平段B1進行固井質量測井，環(huán)境為單層套管，直徑為139．7mm，刻度環(huán)境與測量環(huán)境不同，儀器在A1井段應該刻度為多大值，能保證在B1井段的測井及解釋的準確性是需要解決的問題。同樣，圖1（b）井況下在A2井段（單層套管直徑為244．5mm）刻度儀器，在水平段B2（單層套管直徑為139．7mm）進行固井質量測井，刻度環(huán)境與測量環(huán)境也不同，也存在儀器在A2井段刻度值的選擇問題。如果刻度值選擇不合理，必將影響水平井段固井質量評價結果的準確性。

2 儀器刻度方案

解決水平井固井質量測井中刻度與測量的不匹配問題的思路：基于井孔聲場數(shù)值模擬的等價刻度，首先建立柱狀多層井孔聲場計算模型，輸入不同套管規(guī)范組合，以模擬水平井實際測井環(huán)境，對井孔聲場進行數(shù)值模擬［5］；在模擬得到的全波列曲線上讀取套管波第1正峰值，對比不同環(huán)境下第1正峰值的差別，按照目的層段套管規(guī)范下的自由套管刻度值作歸一化處理，得到儀器在其他套管環(huán)境下等價刻度值。

針對圖1（a）雙層套管情況，內層為自由套管，井孔聲場采用流體—套管—流體—套管—固體模型進行數(shù)值模擬。圖2給出了管外流體環(huán)不同厚度時井孔聲場全波列曲線（源距0．914m）?？梢钥闯?，套管波（首波）的速度基本沒有發(fā)生變化，套管波的幅度與流體環(huán)厚度有關，隨流體環(huán)厚度的增大，套管波的幅度逐漸升高。正常垂直井自由套管段，套管外流體環(huán)厚度在30mm以上，而水平井雙層套管段內外管間的流體環(huán)厚度在20mm左右。理論上，如果實現(xiàn)等價于水平井段測井的刻度，儀器在雙層套管刻度值應比72mV（139．7mm套管）低一些；流體環(huán)厚度在20mm時，用于刻度的套管波第1正峰幅度下降約10%，測井施工中，儀器在雙層套管段按照66mV左右刻度。

圖2 流體—套管—流體—套管—固體模型下的井孔聲場全波列

圖3 2種套管直徑自由套管源距0．914m接收的全波列曲線

針對圖1（b）尾管掛接情況，垂直段相對于水平段套管尺寸為大套管。測井刻度只能在垂直自由套管段進行，此時，刻度值選擇的正確與否將直接影響水平段聲波測井曲線響應幅度。井孔聲場采用流體—套管—流體—固體模型進行數(shù)值模擬，但模型輸入?yún)?shù)有變化。圖3給出了2種套管直徑時井孔聲場全波列曲線（源距0．914m），隨著套管直徑變大，套管波到時延后，幅度減小，圖3中直徑為139．7mm，套管第1正峰值幅度為0．2625，直徑為244．5mm，套管幅度為0．1861。正常情況下，直徑139．7mm套管刻度值為72mV，即理論計算套管波應放大274倍，而在直徑244．5mm套管上刻度，對應同樣的放大倍數(shù)，刻度值應為51mV，也就是在244．5mm自由套管刻度到51mV，即等價于139．7mm套管刻度到72mV。這樣就可實現(xiàn)尾管掛接水平井刻度與測量的統(tǒng)一、匹配，滿足固井質量測井儀器刻度要求。

為使尾管掛接水平井目的層段聲波測井響應能夠得到準確刻度，根據(jù)上述等價刻度的思想，針對不同的套管組合模型進行了井孔聲場數(shù)值模擬。通過對計算結果的分析，得到了相應的垂直段（大套管）等價刻度值，經(jīng)過在大慶油田測試技術服務分公司固井質量刻度井群（套管直徑為139．7、244．5mm這2口模擬井）進行實驗，校驗了計算得到的等價刻度值，并最終形成了尾管掛接水平井聲波固井質量測井儀等價刻度表（見表1）。

表1 尾管掛接水平井垂直段為大套管情況下儀器等價刻度表

3 儀器刻度實施效果分析

從2007年底開始，在南2××－平××等81口水平井固井質量測井中應用上述儀器刻度方法，解決了水平井聲波固井質量測井中刻度與測量的不匹配問題，測井曲線響應較好，固井質量解釋結果準確，證明了新的刻度方法有效可行。

2007年12 月對南2××－平××井進行扇區(qū)水泥膠結測井，測量井段525．0～2019．2m，水泥返高為595．2m，測井時在雙套的自由套管段（525．0～595．0m）進行刻度，套管規(guī)范（內層139．7mm×7．72mm，外層244．5mm×8．94mm），現(xiàn)場測井中儀器刻度值為66mV，順利完成固井質量評價測井，測井解釋成果合理（見圖4）。

為對比等價刻度方法與常規(guī)的72mV刻度測井效果，在朝陽溝油田3口尾管掛接水平井（直徑244．5mm）固井質量測井中進行了2種刻度方法對比試驗，統(tǒng)計固井質量測井解釋結果的差異（見表2）?？梢钥闯?，2種方法資料解釋結果差異較大。常規(guī)刻度解釋為膠結好的井段比例明顯偏低，膠結差的比例偏高；常規(guī)刻度解釋為膠結中等而等價刻度解釋為膠結好的部分井段地層波顯示明顯，表明等價刻度比常規(guī)刻度測井解釋結果更加合理。

圖4 南2××－平××井扇水泥膠結測井成果圖

表2 等價刻度與常規(guī)刻度資料解釋結果對比表

4 結 論

（1）適用于垂直井的扇區(qū)水泥膠結測井儀器刻度方法不適應刻度段與測量段套管規(guī)范有差別的水平井。

（2）基于井孔聲場數(shù)值模擬的等價刻度方法可以解決扇區(qū)水泥膠結測井儀在垂直段刻度、在水平段測量2段環(huán)境不匹配問題。

（3）等價刻度方法在南2××－平××等81口水平井固井質量測井中應用均取得了合格的測井資料，解釋結果更為合理。

［1］賈樂國．水平井測井工藝及其應用［J］．石油科技論壇，2007（3）：43－47．

［2］中國石油2006年水平井評估分析報告［R］．中國石油集團鉆井工程技術研究院，2007：8－9．

［3］斯倫貝謝公司．套管井測井解釋原理［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1989．

［4］Bigelow E L，Cleneay C A．A New Frontier：Log Interpretationin Horizontal Wells［C］∥SPWLA 33rd Annual Logging Symposium，Houston，Texas，1992．

［5］劉繼生．套管井軸對稱與非軸對稱聲場數(shù)值模擬及固井質量綜合評價方法研究［D］．長春：吉林大學，2000：16－51．