套管波首波传播时间在固井质量评价中的应用

郭同政 崔 光

(1.中石化胜利石油工程有限公司测井公司 山东 东营 257096 2.中石化西北油田分公司工程监督中心 新疆 轮台 841600)



·试验研究·

套管波首波传播时间在固井质量评价中的应用

郭同政1崔 光2

(1.中石化胜利石油工程有限公司测井公司 山东 东营 257096 2.中石化西北油田分公司工程监督中心 新疆 轮台 841600)

目前，固井质量主要采用声幅变密度(CBL/VDL)进行评价。(CBL/VDL)测井中获得的套管波首波传播时间曲线(SRT)作为辅助曲线进行固井质量评价非常有效。文章介绍了套管波首波传播时间的检测、理论计算方法，并做了误差原因分析。利用SRT进行(CBL/VDL)测井质量监控，辅助快速地层进行固井质量评价等方面进行了阐述。

固井质量评价；刻度；快速地层；套管波首波传播时间

0 引 言

(CBL/VDL)测井在固井质量评价方面已得到广泛的应用，它可以提供给我们3 ft(非法定计量单位,1 ft= 304.8 mm，下同)和5 ft源距的声幅和变密度，以及3 ft和5ft源距的套管波首波传播时间。3 ft源距的声幅主要用于第一界面的胶结评价，5 ft源距的变密度用于第二界面的评价。CBL与VDL的结合评价固井质量的方法已经非常成熟。SRT的应用还有可探讨之处，它是很有用的水泥胶结评价辅助资料，是测井质量控制的重要指标，可为(CBL/VDL)的解释提供辅助。在快速地层固井质量评价中有其特有的优势[1]，丰富了固井质量评价手段。

1 (CBL/VDL)的采集

(CBL/VDL)测井仪采用单发双收声系采集水泥胶结信息,源距分别为3 ft和5 ft,其中3 ft源距接收换能器采用固定门采集套管波首波波峰幅度,经过刻度后就是声幅值；CBL测井的声源主频为20 kHz，套管波主频为12.5 kHz～20 kHz,对应周期为50 μs～80 μs[2]。这就是CBL测量的固定门宽，固定门位置由测井工程师根据自由套管波而定，将探测的波峰放在固定门中间。在该时间门内，检测的首波波峰幅度经刻度后，就是CBL值，CBL用于第一界面的评价。

5 ft源距接收换能器能测量套管波及后续波，在时间轴上是从200 μs～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VDL曲线，VDL用于第二界面的评价。

2 套管波首波传播时间的现场检测

测井现场在测量CBL的同时，还可以检测从发射换能器到接受换能器的SRT。SRT采用浮动门测量，通过对套管波检测电平设置门槛值，门槛值一般为自由套管声幅的2%～10%，既低于自由套管声幅又高于噪音水平，这样，从发射换能器点火到接收到的峰前所经历的时间则为SRT，如图1(b)所示。

图1 套管波首波传播时间检测示意图

3 套管波首波传播时间的理论计算

声波从发射换能器出发，以临界角θ入射到套管内壁，沿套管传播，最后再以临界角返回到井筒内被接收换能器接收，如图1(a)所示。设钻井液声波时差为Δtf(单位为μs/ft),则在临界条件下有：

(1)

临界入射波束在套管内井液中传播的纵向距离为x，则

(2)

令测量源距为L，套管波预测传播时间tcps理论值为：

(3)

套管波首波时间理论计算值与现场测量存在一定差别。

理论计算的SRT是套管壁厚范围内沿套管轴向传播的真正滑行波，其能量是很弱的，也就是测井波列上的初至，而实际测井的套管波是波在套管壁厚范围内一次和二次，三次反射波的叠加，四次以上的反射波到达时间延迟较多。测井现场记录的套管波首波到达时间较理论值大半个(25 μs～40 μs)或一个周期(50 μs～80 μs)。

4 套管波首波传播时间的应用

4.1 质量控制

CBL/VDL测井要求仪器居中和以一定速度平稳运行，刻度是测井资料质量保证的关键，所以，作为刻度时的质量监测曲线SRT显得尤为重要。

当仪器以标准测速正常运行时，SRT一般比较平稳，当SRT小于正常测量状态下的SRT 4 μs时，认为CBL/VDL测量存在质量问题，应当采取措施改进测量。

图2 a井声幅刻度曲线

图2为a井7 in自由套管声幅刻度曲线，此段为典型的自由套管，测量的3 ft的SRT应当在285 μs，由图中可以发现，变密度存在波形叠加，声幅出现周期摆动，SRT在285 μs上下波动，分析原因为仪器在井内出现周期摆动，检查发现测速太快所致，降低测速，测井质量明显改善。所以，作为测井质量控制手段，现场记录套管波首波时间非常必要。

4.2 偏心量的计算和声幅的校正

图3 仪器偏心对SRT和CBL的影响

尽管(CBL/VDL)的测量要求仪器居中，可有些情况还是不能保证居中，比如水平井和大斜度井，由于仪器偏心会对测井资料质量产生影响，这就要求对由于偏心对资料质量的影响有明确的认识。利用SRT可以实现对受偏心影响的声幅校正。

仪器偏心前后如图3所示，图中Δr为偏心距，单位，ft。Δtf为井筒内泥浆时差，Δtcs为套管时差。采用射线法可以导出偏心比居中时，套管波提前到达时间,Δt:

(4)

由公式可见，SRT的减小量与仪器偏心距成正比。仪器偏心会使SRT变短，声幅幅度变小，变密度会出现波列叠加现象。相关资料表明，当偏心距为6.35 mm时，声幅幅度比完全居中时将下降50%；偏心距为25.40 mm时，声幅幅度比完全居中时下降75%。

所以，在实际测井中，根据SRT减小量，即可求出偏心距，根据偏心距可以对声幅进行偏心影响校正，在斜井中，由于仪器常常存在偏心，导致套管波首波时间减小，根据减小量可以判断声幅受到了偏心的影响而减小，如果没有这点认识，往往会出现把固结不好的井段解释为固结好，所以，利用套管波时间的减小对声幅进行校正，这点在斜井固井质量评价中显得非常重要。

图4为一斜井实际测井资料。图中测井井段井斜28度，稳斜。本井为7 in的套管，从变密度看近乎自由套管，此段声幅为30%，按解释标准，固井质量为中等，而变密度资料来看，此段固井质量为差，所以，此段声幅明显测低了，SRT值为273 μs，远小于直井同类套管285 μs的套管波首波时间。显然，声幅低由于仪器在斜井偏心所致。所以，在斜井用声幅解释第一界面胶结程度时，要参考VDL和SRT。

图4 斜井CBL/VDL测井图

4.3 快速地层对SRT的影响

当固井井段出现时差小于套管时差的地层时，我们就定义为快速地层。比如灰岩地层，其声波时差一般为50 μs/ft左右，小于套管的声波时差57 μs/ft。在快速低层CBL/VDL记录采样中地层波首波到达时间与套管波到达时间基本相同甚至超前,使得套管波与地层波相互叠加,表现为声幅值增大,造成第Ⅰ界面胶结质量差的错误判断, 所以传统的以声幅评价固井质量评价方法受到了限制。但对VDL 评价则无较大的影响。

表1 相关介质时差

4.4 利用5 ft与3 ft套管波首波到达时间差进行快速地层评价

本文分析以8.5 in井眼，7 in套管固封灰岩井段的测井实例。利用5 ft和3 ft源距SRT的差值，可以定性评价快速地层固井质量。

图5中6 790 m以下为灰岩地层，地层时差50 μs/ft。实际测量的5 ft源距首波到达时间为280 μs，3 ft源距套管波到达时间380 μs。

对于固结不好的地层，环空被泥浆充填，传递到地层的能量很弱，接受器接受的基本是套管波能量，地层的影响可以不考虑[3]，5 ft与3 ft源距SRT差则为套管时差乘于5 ft源距与3 ft源距差，为114 μs。

对于固结好的地层，3 ft源距SRT(T3)为2倍(泥浆中传播时间+套管壁厚传播时间+水泥环间传播时间)+灰岩地层传播时间t3(设传播路径长为L3)。

5 ft源距SRT(T5)为2倍(泥浆中传播时间+套管壁厚传播时间+水泥环间传播时间)+灰岩地层传播时间T5(设传播路径为长L5)。L5-L3=2 ft。

T5-T3=(L5-L3)×灰岩地层时差=2 ft×50 μs/ft=100 μs。

所以，对于灰岩地层，如果固结很好，5 ft与3 ft源距SRT差基本稳定在100 μs左右，固结不好，5 ft与3 ft源距首波传播时间差基本稳定在114 μs左右。这种判断方法，消除了钻井液、套管、水泥环对传播时间的影响，只是源距差2 ft井段内快地层传播时间的平均，只与地层速度和胶结程度有关。图5中,6 790 m以下,CBL为40%,常规的解释为固结差,综合资料分析,此段为灰岩地层,声幅高为地层波信号超前所致,T5-T3=100 μs，评价固井质量为优。

图5 快速地层实例

5 结论及建议

作为(CBL/VDL)评价固井质量的有力辅助手段，SRT在测井质量监控，偏心影响校正方面都起到了一定的效果，特别是对快地层固井质量评价方面，在传统的解释方法容易出现误解的情况下，利用与套内泥浆传播时间无关的5 ft源距与3 ft源距SRT差判断快地层固结程度更便捷和实用。

建议每次测井都对SRT记录，特别是在快地层，可为测井解释提供尽量多的参考资料。

[1] 齐奉忠，申瑞臣，李 萍.固井质量评价技术探讨[J].石油钻探技术，2005.33(2)：38-39.

[2] 魏 涛.油气井固井质量评价[M].北京：石油工业出版社，2010：127-129.

[3] 王连起.碳酸盐快速地层固井质量评价方法研究[J].测井技术，2005.29(2)：154-155.

The Application of Casing Head Wave Propagation Time in Cementing Quality Evaluation

GUO Tongzheng1CUI Guang2

(1.WellLoggingCompany,ShengliPetroleumEngineeringCO.LTDofSINOPEC,Dongying,Shandong257096,China

2.EngineeringSupervisionCenterNorthwestOilfieldCompanyofSINOPEC，Luntai,Xinjiang841600，China)

The cementation quality evaluation is currently based on acoustic amplitude variable density logging, of which the SRT as an additional curve is very effective. In this paper, the detection and theoretical calculation method of SRT is introduced, and the error analysis is done. Furthermore, the quality monitoring on acoustic amplitude variable density logging and cementing quality evaluation with auxiliary fast formation is also suggested.

cementing quality evaluation，calibration，fast formation，casing head wave propagation time

郭同政，男，1974年生，1997毕业于江汉石油学院地球物理测井专业，现任中石化胜利石油工程有限公司测井公司巴州分公司经理。E-mail:450351869@qq.com

TE256;TB52

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2096-0077(2015)02-0029-04

2014-07-28 编辑：马小芳)