扇区水泥胶结测井仪器及应用效果分析

吴琴琴，侯春会，郭庆峰，邵　芳

(大庆钻探工程公司测井公司　黑龙江　大庆　163412)



·仪器设备与应用·

扇区水泥胶结测井仪器及应用效果分析

吴琴琴，侯春会，郭庆峰，邵芳

(大庆钻探工程公司测井公司黑龙江大庆163412)

扇区水泥胶结测井仪器除具备常规水泥胶结测井仪器CBL/VDL的功能外，而且能够识别出水泥环周向的局部缺失、微间隙等固井质量问题，还能判别套管周围全方位的水泥胶结状况，可以更好地满足固井质量评价需要。阐述了自行研制的扇区水泥胶结测井仪的技术原理及现场资料应用情况。现场测井资料与刻度井测井结果分析表明，该仪器能准确地识别第一界面45°以上水泥局部缺失的大小及分布情况，该项技术是准确评价固井质量的有效方法之一。

扇区水泥胶结测井仪；局部缺失；固井质量评价

0　引　言

油井固井质量的好坏是能否充分利用油井的关键，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。以CBL/VDL[1]为代表的水泥胶结测井技术多年来已成为检测和评价固井质量的一种基本方法和手段，在套管井水泥胶结质量检测的生产中发挥了重要作用。但仍存在一些用这一方法和仪器不能很好评价和解释的情况，影响着油田的生产。由于CBL/VDL测井只给出井周的平均胶结状况结果，不能指出井周360°范围内不同角度(扇形)区域内水泥胶结状况，实际情况却常常是一定角度范围内的局部窜槽和水泥缺失。而在固井工艺中小的局部缺失，也可以造成油气的串槽。扇区水泥胶结测井仪是近几年发展起来的新一代固井质量评价测井仪器[2]，它能沿着套管整个圆周纵向、横向测量水泥胶结质量，可以以灰度图的形式形象直观地显示套管和水泥环(第一界面)的胶结情况，准确评价第一界面存在的槽道、孔洞的位置、大小及分布情况；可以精确评价水泥上返高度；可以评价第二界面水泥胶结情况。它既适用于新井的固井质量评价，又适应于老井的固井质量评价，具有广阔的应用前景[3]。

1　仪器设计与特点

1.1技术原理

扇区水泥胶结测井仪的原理是在常规CBL/VDL仪器上增加扇区测井方法。仪器包括电子线路和声系两大部分，其中声系包括2 ft(1 ft=304.8 mm)源距的8个独立扇区以及一个常规(CBL/VDL)发射器和接收器，源距分别为3 ft和5 ft。扇区水泥胶结测井仪具有标准的3 ft声幅和5 ft全波列变密度显示，该仪器还记录2 ft源距的8个扇区声波幅度。对于源距2 ft的8个独立扇区，采用8对收发探头，且一一对应，发射探头发射100 kHz声脉冲，接收探头接收波列中首波幅度，每一组探头探测范围为45度角。根据这8个扇区的声幅可做出套管外水泥分布的剖面图，并可计算8个扇区中的平均声幅、最大声幅、最小声幅，可以直观地显示第一界面存在的孔洞、槽道的位置、大小及分布情况，详细评价第一界面的水泥胶结情况。

1.2仪器指标

仪器外径：70 mm。仪器耐温：150 ℃。耐压：100 MPa。重复测量误差：小于7%。3 ft、5 ft声波幅度误差：小于5%；2 ft扇区幅度误差：小于5%。

1.3资料解释方法

通过扇区声幅曲线，可以判断某个分区的水泥胶结质量。为了更直观地显示水泥环分布信息，我们把8条扇区声幅曲线用图像来表示，以套管周向周围位置为横坐标，以深度为纵坐标，水泥胶结的质量用颜色深浅来代表。图像中每一点的灰度均由对应位置的扇区声幅幅度大小来决定。扇区水泥胶结测井中的灰度等级的解释方法和灰度图例见表1和图1。

表1　灰度等级的解释方法

图1　扇区灰度等级与图例

地面软件设计中，利用二次样条函数对8个扇区声幅数值进行周向插值后再绘制剖面展开图像。这样效果比较好，避免了直接利用周向仅有的8个数据等分绘制出现的台阶；同时对周向、纵向两个方向进行平滑滤波，避免了原始图像中由于测量信号中的噪声干扰带来的毛刺、麻点，这种表示水泥胶结程度的灰度图像，能够直观地显示出套管周围的水泥胶结程度，并可以了解到沟槽的大小、形状和位置。扇区灰度胶结成像图显示，从左边界到右边界为环井筒360°的展开图像，利用5级灰度显示套管外水泥胶结的不同状况[4]。

2　现场应用分析

如图2所示是扇区仪器在大庆地区高xxxx-斜xx井的某井段的测量结果。自由套管井段CBL 曲线均显示为高幅度，扇区最大声幅、最小声幅和平均声幅数值均较大，且三条曲线间差异小，反应仪器的一致性很好。扇区灰度图在自由套管处也均显示为白色；在套管接箍处，声幅曲线数值均为低值，灰度图显示为灰色。VDL变密度图显示出明显的黑白相间的条纹，显示出很强的套管波信号，并在套管接箍处有清楚的人字条纹。胶结好井段，CBL 曲线均显示为低幅度，扇区最大声幅、最小声幅和平均声幅数值均较小，几乎归零，且三条曲线间差异小。扇区灰度图均显示为黑色，测井的VDL变密度图可见地层波显示而没有套管波的显示。以上的测井结果说明了该井的一界面、二界面胶结很好。

如图3所示是大庆地区喇x-PS斜xxxx井的测井成果图。仪器在该井段的测量中，CBL 曲线显示为有一定的幅度的井段，扇区最大声幅、最小声幅和平均声幅数值也有一定的幅度，且三条曲线间有一定的差异，说明水泥有局部未完全胶结。测井的扇区灰度图均显示为灰白色，VDL变密度图上能够显示出套管波和地层波的存在，但幅度都不是很高，以上的测井结果表明水泥与套管是局部胶结。

如图4与图5所示分别是仪器在大庆测井公司声变刻度井二号井与五号井的实际测井成果图[5]。二号刻度井采用外径139.7 mm、厚度7.72 mm套管，G级水泥固井，地层为砂岩，深度为15米，共分为6层，每层为2.5 m。模拟井周22.5°、45°、90°、180°、270°方位上连续2.5 m未胶结层段。在2.5 m井段上有0.1 m、0.2 m、0.4 m水平层状未胶结的层段，主要考察仪器的纵向分辨率和周向分辨率。

2#1层井周22.5°缺失在声幅曲线与灰度图上无法区分，2#2层井周45°缺失在声幅曲线幅值反应不明显，但灰度图反应明显，2#3层井周90°缺失在声幅曲线表现为高幅值，但灰度图显示完全未胶结，分析是固井未固好。2#4层井周180°缺失在声幅曲线和灰度图有很好的对应反应。2#5层2.5 m井段上有0.1 m、0.2 m、0.4 m水平层状未胶结层，声幅曲线无反应，灰度图能反应出夹层，但无法精细区分。2#6层270°缺失在声幅曲线上显示高幅值，扇区灰度图可以清晰反应。

五号刻度井采用外径为139.7 mm、7.72 mm厚度套管，地层为砂岩，用密度1.6 g/cm3水泥固井。5#1层井周22.5°缺失，声幅曲线表现为低值，灰度图显示有局部缺失，5#2层与5#3层井周180°缺失，声幅曲线表现为中等高值，灰度图有明显对应关系，5#4层完全未胶结，声幅曲线表现为高值，灰度图显示完全未胶结，5#5层完全胶结，声幅曲线表现为低值，灰度图显示完全胶结。5#6层井周270°缺失，声幅曲线表现为偏高值，灰度图未显示，由于该井采用密度1.6 g/cm3水泥固井，整条声幅曲线幅值比常规水泥密度的幅值略高。

图2　高xxxx-斜xx井某井段的测量成果图

图3　喇x-PS斜xxxx井某井段测井成果图

3　结　论

1)自行研制的扇区水泥胶结测井仪采用源距为2 ft、频率为100 kHz的8个独立扇区发射、接收探头，记录波列中首波幅度。通过扇区胶结成像图，直观地显示第一界面存在的水泥缺失的位置、大小及分布情况，详细地评价第一界面在井周360°范围内不同角度区域的水泥胶结情况。

2)现场测井资料与刻度井测井结果分析表明：该仪器能够较准确地识别45°以上水泥局部缺失情况。在刻度井中，扇区声幅曲线、灰度图都能与不同角度水泥缺失有很好地对应。此仪器提高了固井质量评价的可信度，

图4　二号刻度井实际仪器测井结果图

图5　五号刻度井实际仪器测井结果图

可以科学指导油井选层射孔、避免水层管外窜槽出水，确保油井高效生产。

3)扇区水泥胶结测井仪器结构精巧、技术先进、方便测井现场施工操作，满足油田进行大规模地推广应用。

[1] 楚泽涵.声波测井[M].北京:石油工业出版社,1986.

[2] 夏竹君,郭栋,蔡霞,等.SBT扇区水泥胶结测井仪在中原油田的应用[J].天然气技术,2007，(02):43-45.

[3] 王爱民.扇区水泥胶结仪器及在套管井的应用[J].测井技术，2003，27(增刊).

[4] 金志宏.扇区水泥胶结测井及信号处理方法[J].石油仪器，2010,24(5):15-17.

[5] 于甦.水泥胶结刻度检测系统研究[Z].大庆钻探工程公司测井公司项目，2013.

Analysis of Sector Cement Bond Logging Tool and Its Application

WU Qinqin, HOU Chunhui, GUO Qingfeng, SHAO Fang

(WirelineLoggingCompany,DaqingOilfieldDrillingEngineeringCompany,Daqing，Heilongjiang163412,China)

Sector Cement Bond Logging Tool (SBT) not only has the conventional CBL/VDL function to evaluate cementing quality, but also can identify the quality problems such as partial loss of cement ring in the casing surrounding, micro gap and so on. It also can provide the full range of cement bond conditions in the casing surrounding, and meet the needs of cementing quality evaluation well. This paper describes the technical principles of the independently-developed SBT and application of the logging data on field. Through analyzing the field well logging data and calibration well logging results, it is concluded that the SBT can accurately identify the size and distribution of the cement partial loss in over 45 degrees azimuth of the first contact surface, and the technology is one of the effective logging methods for cementing quality evaluation.

SBT; partial loss; cementing quality evaluation

吴琴琴，女，1981年生，工程师，2010年毕业于哈尔滨工程大学水声工程专业，现主要从事测井仪器研发和制造工作。E-mail:wuqinqin_613@163.com

TE91

A

2096-0077(2016)04-0064-04

2015-11-04编辑：马小芳)