謝榮華,劉繼生,李曉偉

(大慶油田有限責(zé)任公司,黑龍江大慶163153)

0 引 言

油氣井在鉆井完成后需要在套管環(huán)空注入水泥進(jìn)行固井,固井質(zhì)量直接關(guān)系到油氣井壽命、產(chǎn)能和勘探開發(fā)的總體效益。固井質(zhì)量達(dá)到要求,油氣勘探開發(fā)則時(shí)效高、效果好;固井質(zhì)量差,則會導(dǎo)致層間流體竄通,開發(fā)成本大幅增加,甚至造成區(qū)域油水井套管損壞,給油田造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,隨著油田精細(xì)開發(fā)的不斷深入,對固井質(zhì)量及評價(jià)技術(shù)提出了更高要求[1-4]。近些年來,固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)取得了長足發(fā)展,從早期的聲幅測井、聲波變密度測井發(fā)展到新型的扇區(qū)水泥膠結(jié)測井技術(shù),檢測參數(shù)逐步增多,周向分辨能力逐步增強(qiáng)。有些油田目前仍在使用相對落后的聲波變密度測井技術(shù),該技術(shù)只能檢測出大于72°的水泥環(huán)局部缺失[5],固井質(zhì)量評價(jià)為好的井段有時(shí)會出現(xiàn)竄流現(xiàn)象。對固井質(zhì)量的誤判會影響油田開發(fā)效果,嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)油頁巖浸水導(dǎo)致套管損壞。

本文對技術(shù)成熟度較高,現(xiàn)場大規(guī)模應(yīng)用的聲波變密度、扇區(qū)水泥膠結(jié)、聲波伽馬密度測井3種技術(shù)進(jìn)行了方法對比和檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析,提出了與油田精細(xì)開發(fā)、安全環(huán)保要求相適應(yīng)的技術(shù)升級換代建議。

1 固井質(zhì)量檢測技術(shù)的發(fā)展

圖1為各類固井質(zhì)量檢測儀器示意圖。

圖1 各類固井質(zhì)量檢測儀器示意圖

1.1 聲幅測井(CBL)

聲幅測井利用聲波在介質(zhì)中的傳播特性,通過記錄套管波幅度進(jìn)行套管-水泥界面(固井第Ⅰ界面)膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。由于固結(jié)的水泥與套管的聲阻抗差別較小,固井質(zhì)量較好的井段,套管與水泥環(huán)緊密固結(jié),聲耦合較好,套管波能量通過水泥環(huán)向地層傳播而衰減較大,儀器接收探頭接收到的折射波幅就小。如果固井不好,套管與水泥膠結(jié)不好或管外沒有水泥,縫隙中的氣體或液體與套管的聲阻抗差別很大,聲耦合差,套管波能量不易通過界面轉(zhuǎn)移到管外介質(zhì)中去,套管波能量衰減少,儀器接收探頭接收到的折射波幅度就大[6]。折射套管波幅度大小能夠反映水泥膠結(jié)情況。聲幅測井采用單發(fā)單收聲系,是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的固井質(zhì)量檢測方法,能夠記錄套管波,可以快速直觀地評價(jià)第Ⅰ界面的膠結(jié)質(zhì)量,但檢測參數(shù)比較單一。

1.2 聲波變密度測井(CBL/VDL)

聲波變密度測井在聲幅測井的基礎(chǔ)上增加了接收器,其聲系部分由1個(gè)發(fā)射器,2個(gè)接收器組成,發(fā)射器主頻為20 kHz,近接收器源距3 ft,遠(yuǎn)接收器源距5 ft。利用3 ft套管波幅度,解釋固井第Ⅰ界面膠結(jié)狀態(tài),首波幅度大,固井第Ⅰ界面膠結(jié)差;首波幅度小,第Ⅰ界面膠結(jié)好。在解釋時(shí)使用水泥膠結(jié)指數(shù)作為定量評價(jià)指標(biāo),現(xiàn)為油田常規(guī)的固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)。在第Ⅰ界面膠結(jié)好時(shí),利用5 ft全波列中的地層波,定性解釋固井第Ⅱ界面膠結(jié)狀態(tài);地層波強(qiáng),第Ⅱ界面膠結(jié)好;地層波弱,第Ⅱ界面膠結(jié)差。在第Ⅰ界面膠結(jié)不好時(shí),由于套管波拖尾較長,影響到地層波,這時(shí)無法利用地層波判斷固井第Ⅱ界面[6]。聲波變密度測井測量值是井周360°平均響應(yīng),不具備周向分辨能力,無法檢測水泥環(huán)局部缺失。

1.3 扇區(qū)水泥膠結(jié)測井(SBT)

圖2 扇區(qū)水泥膠結(jié)測井在刻度井實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以聲波變密度測井為基礎(chǔ),增加了1組源距為2 ft的扇區(qū)8發(fā)、8收傳感器,主頻100 kHz,周向上記錄8組套管波,分別解釋8個(gè)45°分區(qū)固井第Ⅰ界面膠結(jié)質(zhì)量,描述套管外水泥分布均勻性。水泥膠結(jié)刻度井實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,扇區(qū)水泥膠結(jié)測井可以識別大于等于45°的水泥環(huán)局部缺失(見圖2),使得固井水力封隔能力評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確[7]。這項(xiàng)技術(shù)成熟,在大慶油田應(yīng)用已經(jīng)超過15年,累計(jì)測井2 690井次。圖3與圖4為同一口井同深度的聲幅測井與扇區(qū)水泥膠結(jié)測井曲線的對比,扇區(qū)水泥膠結(jié)測井相對聲幅測井能解釋第Ⅱ界面膠結(jié)和水泥局部缺失情況。圖5與圖6為同一口井同深度聲波變密度測井與扇區(qū)水泥膠結(jié)測井曲線的對比,扇區(qū)水泥膠結(jié)測井比聲波變密度測井多了8扇區(qū)變幅度圖,能解釋水泥局部缺失情況,圖6中可以看出明顯的縱向貫通竄流通道。

圖5 BB井聲波變密度測井圖 圖6 BB井扇區(qū)水泥膠結(jié)測井圖

1.4 聲波伽馬密度測井(MAK9 & SGDT100)

聲波伽馬密度測井是聲波變密度測井(MAK-9)與伽馬密度儀器(SGDT-100)的組合。測井儀中聲波測井儀器(MAK-9)通過聲波傳播時(shí)間、首波幅度、首波衰減以及全波列確定套管外的水泥膠結(jié)狀態(tài);伽馬密度儀器(SGDT-100)通過記錄選擇水泥曲線、積分水泥曲線確定8分區(qū)水泥密度、套管厚度和套管相對于裸眼井井壁的偏心情況[8]。大慶油田引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)并推廣應(yīng)用已經(jīng)超過15年,累計(jì)測井389井次,技術(shù)較為成熟,在特殊的疑難井診斷中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。圖7為CC井聲波伽馬密度測井與聲波變密度測井對比情況,利用聲波測井儀與伽馬密度儀組合測井綜合分析固井質(zhì)量,互補(bǔ)對方的缺點(diǎn),可以給出固井第Ⅰ界面、第Ⅱ界面、水泥局部缺失和抗壓強(qiáng)度等參數(shù),進(jìn)而對固井形成的水力封隔系統(tǒng)的水力封隔能力(不同固井質(zhì)量情況下的抗竄能力)給出評價(jià)[8-9],比聲波變密度測井評價(jià)結(jié)果更全面、精細(xì)。

(a)聲波伽馬密度測井圖 (b)聲波變密度測井圖

綜上所述,以上各項(xiàng)固井質(zhì)量檢測技術(shù)中,聲幅測井用膠結(jié)指數(shù)IB解釋固井第Ⅰ界面,聲波變密度測井用膠結(jié)指數(shù)IB和地層波幅度解釋固井第Ⅰ界面,定性解釋固井第Ⅱ界面,扇區(qū)水泥膠結(jié)測井和聲波伽馬密度測井評價(jià)的參數(shù)比較多,能夠在解釋固井第Ⅰ界面和固井第Ⅱ界面的基礎(chǔ)上評價(jià)水泥局部缺失情況。

2 3種測井資料對比及統(tǒng)計(jì)分析

聲波變密度測井、扇區(qū)水泥膠結(jié)測井、聲波伽馬密度測井在大慶油田應(yīng)用廣泛,對其固井質(zhì)量評價(jià)情況進(jìn)行對比分析。哈里伯頓公司的CAST-V井周聲波掃描成像測井,斯倫貝謝公司的CET超聲波水泥評價(jià)測井和IBC套后成像測井未大規(guī)模應(yīng)用,未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比。

2.1 聲波變密度測井與扇區(qū)水泥膠結(jié)對比

分別用聲波變密度測井和扇區(qū)水泥膠結(jié)測井在同一時(shí)間、對同一批井進(jìn)行檢測。根據(jù)水泥膠結(jié)指數(shù)的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比,統(tǒng)計(jì)時(shí)將膠結(jié)好的井段累加,除以總井段,得出每口井的優(yōu)質(zhì)率情況,并將所有井段累加進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)。由表1可見,2種測井方法共同檢測的4 454.9 m井段內(nèi),扇區(qū)水泥膠結(jié)測井發(fā)現(xiàn)了聲波變密度解釋為優(yōu)質(zhì)的井段有11.9%的存在大于45°的水泥局部缺失,這對油田精細(xì)開發(fā)、套損防控具有重要的意義。

2.2 聲波變密度測井與聲波伽馬密度對比

分別用聲波變密度測井和聲波伽馬密度測井同一時(shí)間對同一批井進(jìn)行檢測,在共同檢測的6 548.5 m 井段內(nèi),聲波伽馬密度測井發(fā)現(xiàn)了聲波變密度測井解釋為優(yōu)質(zhì)的12.1%井段,存在大于45°的水泥局部缺失等竄流隱患,聲波伽馬密度測井能夠給出水泥環(huán)的水力封隔能力,在消除微環(huán)影響[10]、避免多解誤判等方面有明顯優(yōu)勢。

表1 扇區(qū)水泥膠結(jié)測井和聲波變密度測井解釋統(tǒng)計(jì)表

2.3 固井質(zhì)量現(xiàn)場實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)分析

聲波變密度、扇區(qū)水泥膠結(jié)、聲波伽馬密度3種測井技術(shù)對比試驗(yàn)共31口11 003 m井段,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)近1 320 m井段存在大于45°的水泥局部缺失,分扇區(qū)和伽馬密度測井評價(jià)固井質(zhì)量比聲波變密度測井更精細(xì)、更嚴(yán)格。

表2 聲波變密度測井和聲波伽馬密度測井解釋統(tǒng)計(jì)表

對于油田精細(xì)開發(fā)來講,主要是在套管內(nèi)進(jìn)行管柱細(xì)分層,套管外的竄槽將直接影響精細(xì)開發(fā)效果,而對固井質(zhì)量的誤判將導(dǎo)致開發(fā)決策的錯(cuò)誤,也為油田套管損壞埋下隱患。因此,建議油田提升固井質(zhì)量檢測水平,推廣應(yīng)用扇區(qū)水泥膠結(jié)測井、聲波伽馬密度測井等更為精細(xì)的測井技術(shù),即時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣水井存在的竄流隱患,同時(shí)需要制定配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定油水井至少應(yīng)該檢測哪些固井質(zhì)量參數(shù)及檢測應(yīng)該達(dá)到的精度,為油田高效開發(fā)提供更精準(zhǔn)的資料。

3 總結(jié)與建議

(1)固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)沿著提高檢測的全面性、周向分辨能力發(fā)展,扇區(qū)水泥膠結(jié)測井、聲波伽馬密度測井可對固井第Ⅰ界面、第Ⅱ界面進(jìn)行評價(jià),可識別大于等于45°的水泥環(huán)局部缺失,評價(jià)固井質(zhì)量精細(xì)全面,且技術(shù)已經(jīng)成熟。

(2)為適應(yīng)油田精細(xì)開發(fā)、套損防治以及安全環(huán)保要求,建議推廣使用扇區(qū)水泥膠結(jié)測井、聲波伽馬密度測井等具有分區(qū)能力的技術(shù),配套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),更好地服務(wù)于油田高效、精準(zhǔn)開發(fā)。