俄罗斯固井质量测井仪器刻度井群实验数据分析

2010-02-27 00:33何建新

测井技术 2010年2期

何建新

(中国石油西部钻探工程有限公司测井公司,新疆克拉玛依834000)

0 引言

随着油田勘探开发的深入,大部分油田都开始寻找深层油层和复杂油气藏。与此同时也加大钻井工程的难度,这样势必增加井眼的复杂性,给固井工程增加许多难度。在这样的情况下,固井工艺也出现一些需要改进的地方。常用的声幅测井在固井质量评价运用中也出现一些缺陷[1],不能满足油田的固井质量评价的新要求。因此,国内各家测井公司陆续引进了俄罗斯的固井质量评价测井仪。为能更好的运用这种测井仪,充分发挥其优点,必须做好相应的解释研究。

1 声幅测井仪(CBL)的缺陷

固井质量检测主要是使用声幅测井(CBL)和变密度测井(VDL)。声幅测井是用相对幅度法,只是一个统计标准。钻井工艺常造成一些声幅测井无法解决的问题,主要表现在声幅测井无法消除水泥型号、配比及固井时间、套管倾斜、地层岩性等的影响。同时在理论上,水泥胶结测井(CBL)和变密度测井(VDL)还克服不了当水泥环体中有连通的空洞或裂缝时,虽然此时2个界面可能显示为胶结良好,但却极有可能发生窜槽;以及水泥微环、气侵的影响、快速地层、套管厚度及泥浆等因素的影响。

针对以上情况,可以利用俄罗斯固井质量评价测井仪解决其中一些问题。

2 俄罗斯固井质量测井仪的测量原理

2.1 井眼伽马密度-套管壁厚测井仪(SGDT)原理

SGDT伽马密度套管壁厚测井仪是一种用放射性方法检测套管技术状况的组合仪器。该仪器的测量原理与裸眼井密度测井原理相类似。仪器共2个接收探头,①伽马-伽马套管壁厚探头源距为0.21 m,测量套管平均壁厚,检测套管节箍和套管扶正器的位置;②水泥密度测量探头有均匀分布在源距0.42 m的同一平面上的6个接收器,它具有较大的探测深度,用于测量套管与地层之间水泥环的密度。测井时仪器在套管内居中,伽马源向周围介质发射0.66 MeV能量的伽马射线,射线与套管内介质(泥浆或水)、套管、水泥环以及地层中的物质发生康普顿散射、瑞利散射和光电吸收等作用。2个源距的探头分别接收经散射后能量下降的伽马射线从而得到不同探头的原始记数率曲线。通过记数率曲线可计算水泥环的密度。根据计算密度与施工时设计的水泥浆密度可以评价环形空间水泥的充填状况。

2.2 MAK-Ⅱ(声波变密度)测井原理

该仪器为单发双收声系,发射探头(T)是磁质伸缩探头,接收探头(R1和R2)是压电陶瓷探头。T和R1之间的距离是1 m,R1和R2之间的距离是0.5 m。测井时,发射探头 T发射20 kHz的声脉冲,R1和R2接收经套管、水泥环、地层、泥浆传播声信号,从而得到2个全波列声波图。处理后将2个全波列声波图转变成2个相应的黑(灰)白相间条带的变密度灰度图。显然,MA K-II声波测井的原理与变密度测井原理基本一致。在套管中传播的弹性波动力学和运动学特性取决于:①水泥与套管和地层的接触状况;②套管、水泥和地层的声阻抗比以及波长与套管壁厚的比。在没有水泥环缺陷的情况下,套管波能量随着水泥强度、波长与套管壁厚比的增大而减小,随着声波发射频率的降低而减小。所不同的是,MA K-II声波测井不提取首波绝对幅度的大小,而是研究首波的幅度衰减和时间特性。

3 俄罗斯固井质量测井仪的实验数据分析

对8口水泥胶结刻度井分别用俄罗斯的2种仪器进行多次测井,对所测数据用常用的解释方法进行解释。用SGDT计算出D ENC平均密度值,用于套管外、地层内环形空间水泥充填均匀程度的评价,密度值越大,并且接近实际水泥密度,则固井质量越好。而MA K-Ⅱ是从接收到的2个全波列声波波形中提取6条参数曲线,①t1为首波到达R1的时间;②t2为首波到达R2的时间;③Δt为首波时差;④dk1为R1记录的首波衰减系数;⑤dk2为 R2记录的首波衰减系数;⑥αk为首波的衰减系数。再将这6个参数与刻度数值进行比较分析,给出第Ⅰ、Ⅱ界面的水泥固井质量评价结果。用SGDT计算出的套管壁厚、水泥环平均密度和水泥环充填率以及用MA K-Ⅱ计算出的首波衰减率、首波到时和变密度曲线与实际井况进行对比分析。

3.1 首波衰减率与第Ⅰ界面未胶结的关系

首先对3、4号井的解释数据进行分析。3号井套管直径Ф139.7 mm,套管壁厚7.72 mm,模拟钻头尺寸Ф216 mm,模拟地层为砂岩,水泥环厚度38 mm。固结情况:第Ⅰ界面360°、180°、90°、45°、22.5°等5种未胶结状况,底层2 m的100%完全胶结及套管偏心情况;第Ⅱ界面处顶上2 m未胶结外,其余100%胶结;所用水泥密度为1.89 g/cm3(见图1);4号井是用水泥密度为1.20 g/cm3的矿渣水泥固的井,其他结构与3号井都一样。

对3、4号井的MA K-II声波测井资料进行分析可以看出,随着第Ⅰ界面未固结角度的增大,其首波衰减率减小;角度增大到一定程度时,其减小幅度变小(见图2)。不论水泥密度是大还是小,都有同样的规律。在第Ⅰ界面未固结角度不大时可以看到,首波衰减率出现双解现象,在水泥密度大时,表现不明显,而水泥密度小时就特别明显。有些文献认为是仪器分辨率造成的双解现象。但是从图2看出不完全是仪器分辨率的影响。如果是分辨率的影响,水泥密度的大小就不会出现那么大的不同。

绘3、4号井的首播衰减率与第Ⅰ界面胶结情况对比图(见图3)。从图3可以看出,随着水泥密度的降低,MA K-II声波测井首波幅度衰减率明显减小,这是由于水泥密度不同,其声阻抗不同造成的。当水泥密度小时其声阻抗小,声波首波幅度就大,与声幅测井一致。但MA K-II声波测井是用首波衰减率来评价水泥固结的好坏,其效果比声幅测井效果好。

图1 3、4号井的井身结构

图2 3、4号井第Ⅰ界面未固结角度与首波幅度衰减率的关系

图3 3、4号井第Ⅰ界面未固结角度与首波幅度衰减率关系对比

对3、4号井的声幅(CBL)与MA K-II声波测井的首波衰减率对比(见图4),MA K-II声波测井在区分水泥第Ⅰ界面胶结时,比声幅测井在小角度未胶结时分辨率要高,所以用MA K-II声波测井可以识别微环。从图4可以看出,低密度水泥固井评价固井质量好坏时MA K-II声波测井优于声幅测井。加上SGDT测井效果更好。

3.2 第Ⅰ界面未胶结与SGDT测井计算的水泥平均密度的关系

针对俄罗斯的井眼伽马密度-套管壁厚测井仪(SGDT)的测井资料,对水泥密度不同的水泥胶结情况进行分析(见图5)。从图5中看出,由于水泥密度小,SGDT对水泥胶结的反映不明显,是因为水泥密度与井液密度差别太小造成的,可以用水泥充填率评价水泥固结情况。

对于水泥充填率,SGDT测井在通常情况下用于单层套管井固井质量,所计算的介质充填密度在自由套管处应该有最小值ρc,min,在完全胶结情况下应该有最大值ρc,max,可以定义水泥充填率为

通过用式(1)对3、4号井的计算,绘出图6。从图6中看出,充填率随着第Ⅰ界面水泥胶结的越多,其充填率越大。正好可以反映出水泥固结的情况,再结合MA K-II声波测井分析,就可以找出第Ⅰ界面的微环。

图5中3、4号井计算出的水泥平均密度与胶结体积相比,应该是随着胶结体积增大而增大。3号井最上面1个点有异常,是因为套管偏心和地层岩性影响造成的。而4号井的异常,除了与3号井有相同的2个原因外,还与井身结构有关。因为用钢坯分隔水泥,所以影响比较大。

3.3 首波幅度衰减率与固井水泥密度的关系

水泥密度的大小对声波影响比较大,水泥密度越大,其声阻抗越大,声波首波幅度衰减就越大(见图7)。图7是7号井所测的数据关系,第Ⅰ界面固结好,只是固井水泥密度不同,正好反映了这一特征。其首波幅度衰减率随水泥密度的增大而增大。如果只用声幅衰减率评价固井质量的好坏,可能把低密度水泥固结好的井段,认为固结不好。