水泥胶结评价测井仪对比及其在固井质量评价中的应用

梁 皓，翟晓鹏，齐健康，柳耀泉 ，申君宝

(1.长江大学石油工程学院，岩石力学研究室，湖北 武汉 430100；2.河北金铎检测技术有限公司，河北 石家庄 050000；3.渤海钻探第三钻井公司， 天津 300000；4.渤海钻探第一钻井公司， 天津 300000)

水泥胶结评价测井仪对比及其在固井质量评价中的应用

梁 皓1，翟晓鹏1，齐健康2，柳耀泉3，申君宝4

(1.长江大学石油工程学院，岩石力学研究室，湖北 武汉 430100；2.河北金铎检测技术有限公司，河北 石家庄 050000；3.渤海钻探第三钻井公司， 天津 300000；4.渤海钻探第一钻井公司， 天津 300000)

目前，常用的测井技术手段有：水泥胶结测井(CBL)和新兴的水泥胶结评价测井(CET)。本文主要论述了CET在评价固井质量时，不仅克服了CBL常见的受微间隙和偏心影响，提高了对局部窜槽的测量灵敏度，还利用自身可从方位上识别水泥胶结状况、探头可拆卸更换、多层高度测量等优点，在固井质量评价中有更为广泛的应用。

测井技术手段;水泥胶结评价测井仪(CET);固井质量评价

固井工程是钻完井工程中一个极为重要的环节，固井质量的好坏直接关系到油气井寿命和采油气作业效果，而固井质量评价则是正确使用油井和采取措施保护油井的关键[1]。固井质量评价主要是利用声波测井的方法，对水泥环胶结质量进行检测，即检测套管与水泥环(第一界面)、水泥环与地层(第二界面)的胶结情况[2]。在过去的几十年中，CBL是使用最多的测井手段，但是由于其受微环隙、偏心等因素的影响较大，近几年新兴的CET克服了CBL这些缺点，遂逐渐取代CBL成为最实用的测井手段。

1 固井质量测井评价方法介绍

1.1 水泥胶结测井(CBL)

CBL测井使用单发单收声系采集水泥胶结信息，通过接收套管波首波来评定胶结情况。采用套管首波判断第一界面的胶结情况比较可靠，但是不能识别第一界面微环隙和评价第二界面的胶结情况。固井第一界面微环隙是指套管与水泥环之间极小的充满流体的环形间隙，其厚度一般为0.01mm～0.1mm左右[3]。在声波测井中，微环井段与窜槽井段的曲线特征相似，均表现为胶结不好，难以区分。然而微环隙既不影响液封，也不影响固井质量，而窜槽恰恰相反。因此，微环隙有可能会导致CBL 的解释错误。

CBL的测量结果是沿套管周边的平均值，这种类型的测量使得它很难区分以下两种情况，即围绕套管低抗压强度的水泥和套管周围水泥胶结好但周长中有一小区块水泥隔离差的情况，并且这种测量类型也不能识别套管外低角度的水泥缺失，这使得CBL出现多解的可能性。同时，它还受到测井时间、水泥环厚度、水泥浆密度、泥浆气侵、微环隙及仪器偏心等因素的影响。

1.2 水泥胶结评价测井(CET)

21世纪80年代之后迅速发展的水泥胶结评价测井仪(CET)是一种高频超声波仪器，采用的是超声脉冲回声方法。它共含8个换能器，按照双螺旋线的形式排列，并依次向井壁发射超声脉冲，使得套管产生厚度型谐振。此时，胶结好的水泥使谐振减弱，而胶结不好的水泥使谐振增强。采用这种方法时，由于波的运动是垂直于套管壁的，因此消除了CBL对微环隙敏感的弱点，而且环周分辨率也得到很大的提高。经过实验已知油井水泥的声阻抗和抗压强度之间的经验关系，因此，水泥胶结评价曲线可直接刻度为抗压强度。每个换能器互成180°的排列方式，使得CET能够显示出环绕套管一周的水泥胶结分布情况[4]，提高了对局部串槽的测量灵敏度。CET测井仪结构见图1，CET实验现场使用图见图2。

图1 CET测井仪结构示意图

图2 CET实验现场使用图

2 水泥胶结评价测井(CET)在固井质量评价中的应用

2.1 实验过程

实验时，先以一定的沙泥比制作人造环形岩芯[5]，使用CET的空气探头在空气中测井，采录数据A。将岩芯放入泥饼循环釜中进行泥饼缺陷实验，再次使用CET的空气探头进行测井，采录数据B。测井结束之后，进行固井。模拟井身制作完成，包含套管-水泥环(第一界面)模型和水泥环-地层(第二界面)模型。待固井水泥候凝24小时后，将模拟井身放入密封釜中，使用CET液体探头对第一界面(第二界面)进行水中测井，采录数据C(D)。在密封釜中水力对第一界面(第二界面)加压，测得水力突破压力。打压结束后对第一界面(第二界面)测井，记录相对声幅值E(F)[6]。

2.2 实验讨论

实验中使用的CET探头可拆卸，测量泥饼厚度时使用的是空气探头，这使得CET的应用范围比CBL更广泛。利用CET测井可得到模拟井身不同高度上的泥饼分布情况，某一高度上的泥饼厚度为测井数据A中同一高度上的数据减去测井数据B中同一高度上的数据。图3为某一特定钻压、钻速下的缺陷泥饼实图，图4为CET测井后显示的缺陷泥饼厚度图。

图3 实验中泥饼实图

图4 缺陷泥饼厚度

将形成泥饼缺陷的岩芯固井后在水中测井，得到泥饼厚度与声幅值关系图如下图5、6，可知形成泥饼越厚，相对声幅值越高，水泥胶结越差。

图5 泥饼厚度图

图6 胶结情况图

受第一界面声波波幅的影响，第二界面声幅值变得微弱，《固井质量评价方法》没有给出第二界面定性和定量的评价标准。因此，使用CET水中测井，研究第二界面胶结强度与声幅值的数学关系，可弥补《固井质量评价方法》的空白[7]。

相比较CBL而言，CET除了能测出对第一界面(第二界面)打压前后水泥胶结情况的变化外，还可以利用自身能够显示出环绕套管一周的水泥胶结分布情况及多层探头高度的优势，测出井中随高度、方位角变化时水泥胶结状况好坏的分布，以其中一组实验中第一界面打压之后的数据为例，可得到下图7：

图7 实验中密封失效后声幅值、岩芯高度、角度关系

在关系图中，不仅可以清晰的看到水力作用时的水流通道，还可以看到不同井身高度时的胶结状况。通过实验数据反映出的不同高度上的胶结好坏，可得到有效封隔长度。研究有效封隔长度与水力突破压力的关系是评价固井质量的新方法，因此利用CET快捷有效的得到第一界面有效封隔长度是固井质量评价的新突破。

3 结论

(1)CBL通过接收套管波首波来评定胶结情况，这种判定方法使得对固井质量的整体评价较为可靠。CET依靠较高的环周分辨率、自身多层高度探头、能从方位上识别水泥胶结状况的优点，提高了对局部串槽的测量灵敏度。并且，针对空气测井、液体测井可进行探头切换，扩大了测井仪器在评价固井质量时的应用范围。

(2)在泥饼缺陷实验中，钻井液循环前后，分别使用CET空气探头测井，利用两次数据之差，可得到泥饼厚度。使用CET对打压后的第一界面进行测井，可清晰的看到井身内不同高度、方位上的胶结情况分布，根据胶结情况可得到有效封隔长度。

[1] 张向林，刘新茹.水泥胶结评价测井技术[J].国外测井技术，2007，22(6)：7-12.

[2] 朱江林，许明标，赵碌芳.固井质量评价常用的测井方法[J]. 国外测井技术，2007，22(5)：45-48.

[3] 谢荣华，巢华庆，刘继生，等.油水井固井质量综合解释方法及应用[J].测井技术，2003,27(4)：295-297.

[4] 霍树义，朱留芳，刘呈冰.水泥胶结评价测井仪的应用[J].石油仪器，1992(S1)：1-5.

[5] 熊 钰，朱英斌， 周文胜， 等，渤海地区疏松砂岩岩样制备方法[J].科学技术与工程，2015,11(15)：178-182.

[6] 姚 晓，周 兵，李美平，等.套管试压对水泥环密封性的影响[J]. 西安石油大学学报 (自然科学版 )，2009，24(3)：31-34.

[7] 石油钻井专业标准化委员会.SY /T 6592- 2004，固井质量评价方法[S].出版社不祥.2004.

(本文文献格式：梁 皓，翟晓鹏，齐健康，等.水泥胶结评价测井仪对比及其在固井质量评价中的应用[J].山东化工，2016，45(04)：85-87.)

Comparison of Cement Bond Evaluation Logging Tool and Its Application in Cementing Quality Evaluation

Liang Hao1，Zhai Xiao Peng1，Liu Yao Quan2，Shen Jun Bao3

(1. College of Petroleum Engineering，Yangtze University, Laboratory of Rock mechanics, Wuhan Hubei 430100, China；2.Hebei Jinduo detection technology Co. Limited，Shijiazhuang 050000，China；3. The third drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China;4. The first drilling company of The bohai drilling，Tianjin 300000,China)

Nowadays，Cement Bond Log (CBL) and Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET) are the most common logging tools. This thesis mainly discusses that microgap and eccentricity have no influence on CET. And this advantage makes CET have more sensitive than CBL in terms of measuring local channeling. CET has many other advantages in primary cement evaluation, such as all angle measurement, replacement of the probe and full height measurement. CET has a wide range of application in primary cement evaluation with all of its advantages.

logging tools; Cement Bond Evaluation Logging Tool (CET);primary cement evaluation

2016-01-17

梁 皓(1990—)，女，河北辛集人，硕士研究生在读，岩石力学与石油工程方向。

P631.83

A

1008-021X(2016)04-0085-03