胜利油田固井质量评价测井技术现状及发展趋势*

惠 伟，戴荣东，郝金克，肖建洪，王 健，王 锴

(中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院 山东 东营 257000)

0 引 言

胜利油田新钻井主要采取套管固井、筛管以及裸眼三种完井方式，其中需要套管固井的井数占97%，套管固井质量直接影响了油气生产及寿命。固井质量评价测井可获得固井水泥与套管、水泥与地层间的胶结状况，判断层间窜通，可指导窜通层的补挤水泥工艺、为下步试油试采及采油工艺优化设计提供依据。十二五以来，油田新钻井固井质量评价合格率为100%。但在生产过程中，固井质量评价合格的部分井，存在窜层等现象。目前油田主要采用声波变密度(CBL/VDL)测井进行固井质量评价，第一界面定量评价，二界面定性评价，还不能完全满足油田精细开发需求。

1 固井现状

胜利油田开发井占比大，井身结构以长裸眼二开结构为主，少部分为三开及以上井和老井套管侧钻井，如图1所示，技套固井施工少，固井工艺以单级和尾管固井为主， 筛管顶部注水泥固井较多。

图1 胜利油田2017年各开次施工情况

胜利油田固井工艺技术不断完善和提高，在常规水泥浆体系之上发展出5类水泥浆体系：低密度水泥浆体系、韧塑性水泥浆体系、功能性修复水泥浆体系、整体固化工作液、抗腐蚀水泥浆体系。其中低密度水泥浆技术在提高油田水泥浆返高、固井保护套管、防漏发挥了重要作用。“十一五”以来油田进行了大面积推广应用，保障了勘探开发效益，获得了较好的应用效果。2016年共进行固井评价测井中，合格井数占总井数的71.79%，不合格井占总井数的1.57%，2017年上半年固井评价测井宗，合格井数占总井数的71.79%，不合格井占总井数的0.58%。对比近两年固井质量情况，不合格率明显下降，固井质量得到了提高，如图2所示。

图2 胜利油田2016年～2017年(上)固井情况

2 固井质量评价测井现状

利用固井质量评价测井仪器可将地下水泥浆与套管、地层之间的胶结状况转换为信号，经过计算机处理获取相关的信息，有效快捷的评价固井质量。20世纪50年代，采用井温测井曲线来评价固井胶结质量；60年代发展了声波幅度测井(CBL)；90年代，声波变密度测井仪器(CBL/VDL)发展成熟，并在国内各油田进行了推广[1～3]。近年来，为提高固井质量检测水平，有效评价固井胶结质量，国际上多家公司在致力于固井质量评价仪器的改进与研发工作。如阿特拉斯公司和康普乐公司开发了扇区水泥胶结测井评价技术，俄罗斯发展了集成声波测井与水泥密度测井的MAK-Ⅱ固井评价技术，斯伦贝谢公司开发了通过声阻抗和挠曲波衰减成像技术评价一、二界面固井胶结质量的套后成像技术。这些仪器探测范围更大，图像信息更直观清晰，固井质量评价精度和准确性上有了较好的发展。现阶段胜利油田主要应用声波变密度测井仪器(CBL/VDL)进行固井质量评价，重点井应用扇区水泥胶结测井(SBT)进行评价，见表1。

表1 胜利油田固井测井情况表

2.1 声波变密度测井原理

声波幅度测井仪通常采用单发单收声系结构。当发射探头以固有频率(一般为20 kHz)发射声脉冲时，其中以临界角入射的声波在套管内产生“滑行波”叫套管波，折回泥浆的套管波首先到达接收器，所记录的就是套管波的幅度。测井时井内的介质是均匀的，声能在井内的损耗可以认为是一常数不会引起曲线变化，故声幅曲线数值的变化主要取决于管外水泥的分布。

为了防止井壁垮塌和封固油气水层，需把套管和井壁之间的环型空间用水泥封闭，以防止渗透层之间窜通。当水泥环与套管间胶结不好时，声能量大部分沿套管传播而透射到地层中的能量很小，因此所测声波幅度信号很强；反之，当套管与水泥环间胶结良好时，声能量极易透射到地层中去，所测声波幅度微弱。因而，根据反射波能量强弱即声波幅度值，可判定套管与水泥环之间(即第一界面)胶结状况的好坏。

变密度测井使用单发双收的声系，当发射器以固有(20 kHz)频率发射声脉冲时，3 ft(1 ft=304.8 mm)的接收器记录沿套管滑行的首波幅度，5 ft的接收器接收一个时间轴上从200～1 200(或1 400)μs这一组约12～14个声脉冲信号，测井系统把其正半周的幅度转变成正比的灰度信号，那么连续测量就可以记录到整条变密度曲线，根据地层波的强弱，进行二界面胶结质量的评价。

当井下仪器工作时，声波信号可以沿4个途径传播：1)通过泥浆；2)通过套管；3)通过水泥环；4)通过地层。测井时接收记录的就是从以上4个传播路径到达接收器的声波全波列的幅度和到达时间。测井主要关注的是2)、4)的信息—判断确定第一、第二界面胶结状况[4-6]。

2.2 声波变密度测井解释评价

2.2.1 一界面评价

利用声波变密度测井获得的声幅曲线可评价一界面固井质量，一般采用相对幅度法或胶结比法来定量评价水泥与套管胶结质量。

1)CBL相对幅度法

对于声幅测井资料，一般采用相对幅度法评价第一胶结面的固井质量，相对幅度U定义为：

(1)

式中,CBL为计算点的声波幅度值；CBLP为自由套管段的声波幅度值。

该方法可以更方便的进行固井质量评价，但没有考虑到套管壁厚及水泥抗压强度等因素的影响，评价固井质量的偏差较大。

2)水泥胶结比(BR)法

(2)

式中，BR为胶结比；CBL为计算点的声幅值，%或mV；CBLP为自由段套管声幅值，%或mV；CBLmin为当次固井水泥胶结最好井段的声幅值，%或mV。

利用水泥胶结比法评价可消除套管的影响，在常规密度水泥和低密度水泥条件下均可用该方法进行评价，可在薄水泥环或低密度水泥条件下优先选用。

2.2.2 二界面评价

变密度测井根据地层波的强弱，进行二界面胶结质量的评价，为定性解释。分别为一、二界面胶结差；一界面胶结好、二界面胶结差；一、二界面胶结都好；一界面胶结差、二界面胶结好，如图3所示。

现阶段二界面主要是利用声波变密度图像进行“相面法”进行评价，鉴于二界面影响因素比一界面更复杂，变密度图像信息量比反应一界面的声波幅度曲线数据量大，干扰因素多，现只能定性解释。既受到水泥密度、套管偏心、水泥候凝时间等对固井质量的影响。也受到与固井水泥胶结质量无关的(地层岩性、仪器偏心、套管等)干扰因素对水泥胶结测井的影响,其结果是固井评价结果准确性有一定的偏差。

图3 声波变密度测井二界面评价图形事例

3 固井质量评价标准现状

在油田的实际生产中对固井质量总的要求是，达到勘探开发目的及钻井工程要求，能经受合理的钻井、射孔、酸化压裂作业考验，满足正常条件下的采油采气作业、注水作业需要，且要求油气井具有正常寿命。用以下三个方面标准对固井质量进行评定：水泥返高和人工井底标准；固井水泥环质量标准；套管柱试压标准。

胜利油田现行固井质量标准在国内首次定量给出了第一、二界面水泥环胶结合格、优质的封隔标准；分井段给出了不同的封隔要求。固井质量评价测井解释标准与行标一致，一界面定量评价，二界面定性评价。

4 固井质量评价测井需求

目前国内外针对第一界面评价研究的成果较多，固井质量可以进行定量评价。而第二界面研究相对滞后，固井质量二界面评价仍处于人为定性解释阶段，未能实现定量评价，由于受多种因素影响，测井资料易出现多解，常造成对固井质量的误判、错判，一定程度上掩盖了固井存在的问题。例如某采油厂X井射孔井段2 575.1～2 580.2 m，因二界面胶结不好，上部水层水窜，投产含水100%；挤水泥二次固井后日产油10.4 m3，含水44.2%，如图4所示。

为保证胜利东部老油田细分层系开发质量，提高固井施工质量，加强固井综合评价精度，减少人为因素的影响，有必要对声波变密度信息进行研究，通过该项技术的研究，实现固井质量的定量评价，从而准确评价固井质量，为投产措施提供可信度高的决策依据。

图4 X井固井质量评价成果及生产情况示意图

5 结论及建议

1)现阶段声波变密度测井是胜利油田固井质量评价测井的主力军，并在今后一段时期内继续占据油田固井质量评价测井的绝对地位，应大力开展声波变密度测井信息的相关研究。

2)一界面CBL相对幅度法和水泥胶结比(BR)法均是建立在声幅测井曲线基础上，参考变密度图形进行评价，结论有一定的偏差。应在开展定量评价基础上，结合声幅测井曲线与变密度提取的套管波能量幅度进行综合评价，以获得更准确的评价结果。

3)二界面定量评价研究应在充分分析裸眼声波、地层岩性、储层物性与声波变密度信息的相关性的基础上，获得能准确反应二界面胶结质量的定量信息，最终准确评价二界面。