田 進，許明標(biāo)，鮮若琨，王 越，胡 順

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心<長江大學(xué)>，湖北武漢430100；3.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州434000）

1 概述

在頁巖氣工業(yè)技術(shù)的不斷推進下，川渝區(qū)塊頁巖氣勘探工作的重心已逐漸向更深層的頁巖氣儲層邁進，同時也將對現(xiàn)有的鉆完井技術(shù)提出更加系統(tǒng)全面的優(yōu)化要求，而其中提高深層頁巖氣井的固井質(zhì)量，必然是工作的重中之重[1]。

2 固井質(zhì)量評價初級階段

2.1 聲幅—變密度測井（CBL/VDL）

聲幅—變密度測井基本原理是聲波測井儀器發(fā)射出去的聲波，在經(jīng)過套管、水泥以及地層之后，一部分能量衰減掉了，接收器接收到的套管波與地層波的能量小于發(fā)射時的聲波能量，而套管波與地層波的清晰程度或強弱程度就依賴于接收器接收到的套管波與地層波的能量。聲波在套管、水泥與地層中傳播時能量衰減的越多，套管波就越弱或看不到顯示，地層波就越清晰；反之傳播過程中能量衰減的越少，則套管波越強，地層波越不清晰甚至看不到顯示[2]。

2.2 CBL/VDL評價方法優(yōu)缺點

聲幅—變密度測井直觀記錄了井內(nèi)各種聲波波列信息，這些波列的聲源強度、傳輸時間、標(biāo)記點間距、接收到的聲波強度都與水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量密切相關(guān)，因此分析CBL/VDL測井資料，可以較好地評價第一、第二界面的水泥膠結(jié)情況。變密度測井較為有效地彌補了單聲幅測井的不足。通過全波列測井圖（VDL）的分析，能很好地解釋第二界面的膠結(jié)信息。它與CBL測井配對使用，可提供兩個界面膠結(jié)資料的信息。這樣可以更加準(zhǔn)確地了解第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量，辨別竄槽，從而更加有利于合理設(shè)計和分析射孔試氣結(jié)論等[3]。

3 固井質(zhì)量評級中級階段

壓力測試、地層連通性測試、CBL/VDL技術(shù)落后，只能判別固井質(zhì)量的好壞，不能判斷水泥環(huán)裂縫的位置和大小，所以現(xiàn)在油田大都引進國外先進儀器。例如早期俄羅斯的聲波伽馬密度測井、MAK-II和СГДТ-НВ固井質(zhì)量綜合檢測技術(shù)。斯倫貝謝公司的套后成像技術(shù)開始應(yīng)用于國內(nèi)各油田，它可以更為精細(xì)解釋水泥環(huán)封固質(zhì)量，分析水泥環(huán)內(nèi)部是否存在竄槽或微裂隙，是目前川渝區(qū)塊頁巖氣井使用最多的固井解釋方法。

3.1 分扇區(qū)膠結(jié)測井（SBT）

SBT 由六個推臂組成，每條推臂上配置有聲波發(fā)射器和聲波接收器，兩者間距為1.5m。在下放SBT測井儀器時，推臂將兩個換能器推靠至套管內(nèi)壁，進行測井作業(yè)，如圖1 所示。六條推臂將井筒等分為六個扇區(qū)，每個扇區(qū)配置有雙發(fā)雙收補償測量系統(tǒng)，這種補償系統(tǒng)減少了換能器的震動對測井結(jié)果的不利影響。并且SBT 測井儀器被緊靠套管內(nèi)壁，所以套管的居中度對儀器的測量結(jié)果基本無影響[4]。

圖1 SBT儀器結(jié)構(gòu)圖

SBT系統(tǒng)均勻分布在整個井眼內(nèi)側(cè)評價水泥與套管以及地層間的膠結(jié)質(zhì)量，與標(biāo)準(zhǔn)的CBL 測井工具類似，接收器測量從套管返回的超聲波振幅，并利用相鄰兩條推臂上的不同聲波發(fā)射器和聲波接收器進行組合補償測量。聲波在主推臂上與兩條補償推臂上傳播存在能量損失，損失的能量對應(yīng)SBT解釋成果圖中的衰減比率，如圖2所示，SBT圖可直觀顯示固井第一界面的膠結(jié)狀況，固井第二界面膠結(jié)質(zhì)量評價方法與CBL/VDL相同。

圖2 SBT解釋成果圖

3.2 聲波伽馬密度測井

伽馬密度測井儀由伽馬銫137發(fā)生源、套管壁厚探測器、水泥環(huán)密度探測器，8 個不同方位均勻排列的探頭以及自然伽馬探測器組成，見圖3。利用伽馬測井可以獲得8條水泥密度計數(shù)曲線和套管壁厚曲線、儀器底邊相對方位。提取曲線中的充填介質(zhì)平均密度和套管壁厚，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料進行建模，再代入邊界條件進行求解就可以計算水泥環(huán)的理論充填密度、套管厚度和套管偏心率等參數(shù)。對環(huán)空充填介質(zhì)密度曲線選擇完全膠結(jié)井段數(shù)值為最大值，選擇自由套管段作為最小值，代入理論模型計算得到水泥漿密度充填率，從而判斷水泥石與套管和巖層膠結(jié)是否有接觸型缺陷和體積型缺陷狀況，綜合評價水泥膠結(jié)質(zhì)量好壞。

聲波伽馬密度測井是一種比較先進的測井技術(shù)手段，可以精確測定套管偏心率、水泥環(huán)厚度、水泥漿液面返高、水泥環(huán)密度等原始數(shù)據(jù)，為今后的油氣開采作業(yè)及腐蝕防治工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。盡管聲波伽馬密度測井提高了水泥膠結(jié)評價水平，但依然評價的是套管外管壁表面水泥環(huán)平均膠結(jié)質(zhì)量，對水泥在管外的分布方位無法識別，對固井質(zhì)量評價結(jié)果也會出現(xiàn)偏差，同時沒有認(rèn)可的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對低密度水泥石固井質(zhì)量評價可靠性較低。

3.3 套后成像測井（IBC）

圖3 伽馬密度儀結(jié)構(gòu)圖

IBC 通過組合脈沖回波技術(shù)與新超聲波技術(shù)評價套后固井質(zhì)量，能夠全方位覆蓋整個套管外徑，測量可靠性高，超聲波換能器工作原理如圖4所示。通過測量兩個接收器之間的聲波衰減比率，提供與脈沖回波測量相匹配的獨立響應(yīng)，該響應(yīng)與實驗測得的數(shù)據(jù)庫相比對得到套后效果圖[5]?？梢灾庇^觀察到層間封固效果，保障鉆井、修井、壓裂等作業(yè)順利實施。

圖4 超聲波換能器工作原理

IBC 套后成像測井技術(shù)可對水泥膠結(jié)質(zhì)量和套管腐蝕或磨損進行評價，其配套軟件可對解釋結(jié)果作統(tǒng)計分析，繪制三維成像圖，直觀反映水泥固井質(zhì)量和套管磨損情況。IBC套后成像儀成果中的固—液—氣相圖能直觀顯示套管外物質(zhì)形態(tài)，這是常規(guī)固井質(zhì)量測井解釋無法實現(xiàn)的，此外IBC 資料中擾曲波衰減信號對介質(zhì)密度微小差別的響應(yīng)比較靈敏，對低密度水泥固井質(zhì)量檢查有一定的技術(shù)優(yōu)勢。

4 固井質(zhì)量綜合評價方法

總結(jié)所有的評價固井質(zhì)量的測井方式,發(fā)現(xiàn)均存在一個很大的問題:在油田現(xiàn)場固井時,會根據(jù)井地質(zhì)狀況與施工要求等,對不同的井段可能給出完全不同的水泥漿配方,但是在進行自由套管段聲波儀器刻度之后,各種不同密度或者不同混合材的水泥環(huán)在不同段的測井聲幅曲線在解釋時均參照同一個標(biāo)準(zhǔn)。然而不同密度或不同混合材的水泥石的聲阻抗值并非一樣,而聲阻抗又與CBL衰減率是密切相關(guān)的，常會出現(xiàn)固井質(zhì)量誤判或錯判的情況。

固井質(zhì)量測井響應(yīng)存在多解性，水泥環(huán)層間封隔受多種因素影響，解決測井響應(yīng)多解性的重要方法是固井質(zhì)量綜合評價。通過收集鉆井資料、固井資料、常規(guī)測井資料、常規(guī)解釋成果表、外層套管固井質(zhì)量測井資料，結(jié)合水泥膠結(jié)測井評價結(jié)果，綜合評價固井質(zhì)量。其關(guān)鍵在于根據(jù)現(xiàn)場工程情況對固井質(zhì)量作出預(yù)判，然后結(jié)合測井解釋成果，對出現(xiàn)多解的層位參照預(yù)判結(jié)果，進行深入分析，得出綜合評價結(jié)果。