梁 皓，翟曉鵬，齊健康，柳耀泉 ，申君寶

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，巖石力學(xué)研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測(cè)技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井儀對(duì)比及其在固井質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

梁 皓1，翟曉鵬1，齊健康2，柳耀泉3，申君寶4

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，巖石力學(xué)研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測(cè)技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

目前，常用的測(cè)井技術(shù)手段有：水泥膠結(jié)測(cè)井(CBL)和新興的水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井(CET)。本文主要論述了CET在評(píng)價(jià)固井質(zhì)量時(shí)，不僅克服了CBL常見的受微間隙和偏心影響，提高了對(duì)局部竄槽的測(cè)量靈敏度，還利用自身可從方位上識(shí)別水泥膠結(jié)狀況、探頭可拆卸更換、多層高度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在固井質(zhì)量評(píng)價(jià)中有更為廣泛的應(yīng)用。

測(cè)井技術(shù)手段;水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井儀(CET);固井質(zhì)量評(píng)價(jià)

固井工程是鉆完井工程中一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油氣井壽命和采油氣作業(yè)效果，而固井質(zhì)量評(píng)價(jià)則是正確使用油井和采取措施保護(hù)油井的關(guān)鍵[1]。固井質(zhì)量評(píng)價(jià)主要是利用聲波測(cè)井的方法，對(duì)水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，即檢測(cè)套管與水泥環(huán)(第一界面)、水泥環(huán)與地層(第二界面)的膠結(jié)情況[2]。在過去的幾十年中，CBL是使用最多的測(cè)井手段，但是由于其受微環(huán)隙、偏心等因素的影響較大，近幾年新興的CET克服了CBL這些缺點(diǎn)，遂逐漸取代CBL成為最實(shí)用的測(cè)井手段。

1 固井質(zhì)量測(cè)井評(píng)價(jià)方法介紹

1.1 水泥膠結(jié)測(cè)井(CBL)

CBL測(cè)井使用單發(fā)單收聲系采集水泥膠結(jié)信息，通過接收套管波首波來評(píng)定膠結(jié)情況。采用套管首波判斷第一界面的膠結(jié)情況比較可靠，但是不能識(shí)別第一界面微環(huán)隙和評(píng)價(jià)第二界面的膠結(jié)情況。固井第一界面微環(huán)隙是指套管與水泥環(huán)之間極小的充滿流體的環(huán)形間隙，其厚度一般為0.01mm～0.1mm左右[3]。在聲波測(cè)井中，微環(huán)井段與竄槽井段的曲線特征相似，均表現(xiàn)為膠結(jié)不好，難以區(qū)分。然而微環(huán)隙既不影響液封，也不影響固井質(zhì)量，而竄槽恰恰相反。因此，微環(huán)隙有可能會(huì)導(dǎo)致CBL 的解釋錯(cuò)誤。

CBL的測(cè)量結(jié)果是沿套管周邊的平均值，這種類型的測(cè)量使得它很難區(qū)分以下兩種情況，即圍繞套管低抗壓強(qiáng)度的水泥和套管周圍水泥膠結(jié)好但周長中有一小區(qū)塊水泥隔離差的情況，并且這種測(cè)量類型也不能識(shí)別套管外低角度的水泥缺失，這使得CBL出現(xiàn)多解的可能性。同時(shí)，它還受到測(cè)井時(shí)間、水泥環(huán)厚度、水泥漿密度、泥漿氣侵、微環(huán)隙及儀器偏心等因素的影響。

1.2 水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井(CET)

21世紀(jì)80年代之后迅速發(fā)展的水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井儀(CET)是一種高頻超聲波儀器，采用的是超聲脈沖回聲方法。它共含8個(gè)換能器，按照雙螺旋線的形式排列，并依次向井壁發(fā)射超聲脈沖，使得套管產(chǎn)生厚度型諧振。此時(shí)，膠結(jié)好的水泥使諧振減弱，而膠結(jié)不好的水泥使諧振增強(qiáng)。采用這種方法時(shí)，由于波的運(yùn)動(dòng)是垂直于套管壁的，因此消除了CBL對(duì)微環(huán)隙敏感的弱點(diǎn)，而且環(huán)周分辨率也得到很大的提高。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)已知油井水泥的聲阻抗和抗壓強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，因此，水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)曲線可直接刻度為抗壓強(qiáng)度。每個(gè)換能器互成180°的排列方式，使得CET能夠顯示出環(huán)繞套管一周的水泥膠結(jié)分布情況[4]，提高了對(duì)局部串槽的測(cè)量靈敏度。CET測(cè)井儀結(jié)構(gòu)見圖1，CET實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用圖見圖2。

圖1 CET測(cè)井儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 CET實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用圖

2 水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井(CET)在固井質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先以一定的沙泥比制作人造環(huán)形巖芯[5]，使用CET的空氣探頭在空氣中測(cè)井，采錄數(shù)據(jù)A。將巖芯放入泥餅循環(huán)釜中進(jìn)行泥餅缺陷實(shí)驗(yàn)，再次使用CET的空氣探頭進(jìn)行測(cè)井，采錄數(shù)據(jù)B。測(cè)井結(jié)束之后，進(jìn)行固井。模擬井身制作完成，包含套管-水泥環(huán)(第一界面)模型和水泥環(huán)-地層(第二界面)模型。待固井水泥候凝24小時(shí)后，將模擬井身放入密封釜中，使用CET液體探頭對(duì)第一界面(第二界面)進(jìn)行水中測(cè)井，采錄數(shù)據(jù)C(D)。在密封釜中水力對(duì)第一界面(第二界面)加壓，測(cè)得水力突破壓力。打壓結(jié)束后對(duì)第一界面(第二界面)測(cè)井，記錄相對(duì)聲幅值E(F)[6]。

2.2 實(shí)驗(yàn)討論

實(shí)驗(yàn)中使用的CET探頭可拆卸，測(cè)量泥餅厚度時(shí)使用的是空氣探頭，這使得CET的應(yīng)用范圍比CBL更廣泛。利用CET測(cè)井可得到模擬井身不同高度上的泥餅分布情況，某一高度上的泥餅厚度為測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)A中同一高度上的數(shù)據(jù)減去測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)B中同一高度上的數(shù)據(jù)。圖3為某一特定鉆壓、鉆速下的缺陷泥餅實(shí)圖，圖4為CET測(cè)井后顯示的缺陷泥餅厚度圖。

圖3 實(shí)驗(yàn)中泥餅實(shí)圖

圖4 缺陷泥餅厚度

將形成泥餅缺陷的巖芯固井后在水中測(cè)井，得到泥餅厚度與聲幅值關(guān)系圖如下圖5、6，可知形成泥餅越厚，相對(duì)聲幅值越高，水泥膠結(jié)越差。

圖5 泥餅厚度圖

圖6 膠結(jié)情況圖

受第一界面聲波波幅的影響，第二界面聲幅值變得微弱，《固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法》沒有給出第二界面定性和定量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，使用CET水中測(cè)井，研究第二界面膠結(jié)強(qiáng)度與聲幅值的數(shù)學(xué)關(guān)系，可彌補(bǔ)《固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法》的空白[7]。

相比較CBL而言，CET除了能測(cè)出對(duì)第一界面(第二界面)打壓前后水泥膠結(jié)情況的變化外，還可以利用自身能夠顯示出環(huán)繞套管一周的水泥膠結(jié)分布情況及多層探頭高度的優(yōu)勢(shì)，測(cè)出井中隨高度、方位角變化時(shí)水泥膠結(jié)狀況好壞的分布，以其中一組實(shí)驗(yàn)中第一界面打壓之后的數(shù)據(jù)為例，可得到下圖7：

圖7 實(shí)驗(yàn)中密封失效后聲幅值、巖芯高度、角度關(guān)系

在關(guān)系圖中，不僅可以清晰的看到水力作用時(shí)的水流通道，還可以看到不同井身高度時(shí)的膠結(jié)狀況。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出的不同高度上的膠結(jié)好壞，可得到有效封隔長度。研究有效封隔長度與水力突破壓力的關(guān)系是評(píng)價(jià)固井質(zhì)量的新方法，因此利用CET快捷有效的得到第一界面有效封隔長度是固井質(zhì)量評(píng)價(jià)的新突破。

3 結(jié)論

(1)CBL通過接收套管波首波來評(píng)定膠結(jié)情況，這種判定方法使得對(duì)固井質(zhì)量的整體評(píng)價(jià)較為可靠。CET依靠較高的環(huán)周分辨率、自身多層高度探頭、能從方位上識(shí)別水泥膠結(jié)狀況的優(yōu)點(diǎn)，提高了對(duì)局部串槽的測(cè)量靈敏度。并且，針對(duì)空氣測(cè)井、液體測(cè)井可進(jìn)行探頭切換，擴(kuò)大了測(cè)井儀器在評(píng)價(jià)固井質(zhì)量時(shí)的應(yīng)用范圍。

(2)在泥餅缺陷實(shí)驗(yàn)中，鉆井液循環(huán)前后，分別使用CET空氣探頭測(cè)井，利用兩次數(shù)據(jù)之差，可得到泥餅厚度。使用CET對(duì)打壓后的第一界面進(jìn)行測(cè)井，可清晰的看到井身內(nèi)不同高度、方位上的膠結(jié)情況分布，根據(jù)膠結(jié)情況可得到有效封隔長度。

[1] 張向林，劉新茹.水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井技術(shù)[J].國外測(cè)井技術(shù)，2007，22(6)：7-12.

[2] 朱江林，許明標(biāo)，趙碌芳.固井質(zhì)量評(píng)價(jià)常用的測(cè)井方法[J]. 國外測(cè)井技術(shù)，2007，22(5)：45-48.

[3] 謝榮華，巢華慶，劉繼生，等.油水井固井質(zhì)量綜合解釋方法及應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù)，2003,27(4)：295-297.

[4] 霍樹義，朱留芳，劉呈冰.水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井儀的應(yīng)用[J].石油儀器，1992(S1)：1-5.

[5] 熊 鈺，朱英斌， 周文勝， 等，渤海地區(qū)疏松砂巖巖樣制備方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015,11(15)：178-182.

[6] 姚 曉，周 兵，李美平，等.套管試壓對(duì)水泥環(huán)密封性的影響[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，2009，24(3)：31-34.

[7] 石油鉆井專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).SY /T 6592- 2004，固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[S].出版社不祥.2004.

(本文文獻(xiàn)格式：梁 皓，翟曉鵬，齊健康，等.水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井儀對(duì)比及其在固井質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45(04)：85-87.)

Comparison of Cement Bond Evaluation Logging Tool and Its Application in Cementing Quality Evaluation

Liang Hao1，Zhai Xiao Peng1，Liu Yao Quan2，Shen Jun Bao3

(1. College of Petroleum Engineering，Yangtze University, Laboratory of Rock mechanics, Wuhan Hubei 430100, China；2.Hebei Jinduo detection technology Co. Limited，Shijiazhuang 050000，China；3. The third drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China;4. The first drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China)

Nowadays，Cement Bond Log (CBL) and Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET) are the most common logging tools. This thesis mainly discusses that microgap and eccentricity have no influence on CET. And this advantage makes CET have more sensitive than CBL in terms of measuring local channeling. CET has many other advantages in primary cement evaluation, such as all angle measurement, replacement of the probe and full height measurement. CET has a wide range of application in primary cement evaluation with all of its advantages.

logging tools; Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET);primary cement evaluation

2016-01-17

梁 皓(1990—)，女，河北辛集人，碩士研究生在讀，巖石力學(xué)與石油工程方向。

P631.83

A

1008-021X(2016)04-0085-03