川渝区块页岩气井固井质量评价方法应用现状

田 进，许明标，鲜若琨，王 越，胡 顺

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉430100；2.非常规油气湖北省协同创新中心<长江大学>，湖北武汉430100；3.荆州嘉华科技有限公司，湖北荆州434000）

1 概述

在页岩气工业技术的不断推进下，川渝区块页岩气勘探工作的重心已逐渐向更深层的页岩气储层迈进，同时也将对现有的钻完井技术提出更加系统全面的优化要求，而其中提高深层页岩气井的固井质量，必然是工作的重中之重[1]。

2 固井质量评价初级阶段

2.1 声幅—变密度测井（CBL/VDL）

声幅—变密度测井基本原理是声波测井仪器发射出去的声波，在经过套管、水泥以及地层之后，一部分能量衰减掉了，接收器接收到的套管波与地层波的能量小于发射时的声波能量，而套管波与地层波的清晰程度或强弱程度就依赖于接收器接收到的套管波与地层波的能量。声波在套管、水泥与地层中传播时能量衰减的越多，套管波就越弱或看不到显示，地层波就越清晰；反之传播过程中能量衰减的越少，则套管波越强，地层波越不清晰甚至看不到显示[2]。

2.2 CBL/VDL评价方法优缺点

声幅—变密度测井直观记录了井内各种声波波列信息，这些波列的声源强度、传输时间、标记点间距、接收到的声波强度都与水泥环胶结质量密切相关，因此分析CBL/VDL测井资料，可以较好地评价第一、第二界面的水泥胶结情况。变密度测井较为有效地弥补了单声幅测井的不足。通过全波列测井图（VDL）的分析，能很好地解释第二界面的胶结信息。它与CBL测井配对使用，可提供两个界面胶结资料的信息。这样可以更加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别窜槽，从而更加有利于合理设计和分析射孔试气结论等[3]。

3 固井质量评级中级阶段

压力测试、地层连通性测试、CBL/VDL技术落后，只能判别固井质量的好坏，不能判断水泥环裂缝的位置和大小，所以现在油田大都引进国外先进仪器。例如早期俄罗斯的声波伽马密度测井、MAK-II和СГДТ-НВ固井质量综合检测技术。斯伦贝谢公司的套后成像技术开始应用于国内各油田，它可以更为精细解释水泥环封固质量，分析水泥环内部是否存在窜槽或微裂隙，是目前川渝区块页岩气井使用最多的固井解释方法。

3.1 分扇区胶结测井（SBT）

SBT 由六个推臂组成，每条推臂上配置有声波发射器和声波接收器，两者间距为1.5m。在下放SBT测井仪器时，推臂将两个换能器推靠至套管内壁，进行测井作业，如图1 所示。六条推臂将井筒等分为六个扇区，每个扇区配置有双发双收补偿测量系统，这种补偿系统减少了换能器的震动对测井结果的不利影响。并且SBT 测井仪器被紧靠套管内壁，所以套管的居中度对仪器的测量结果基本无影响[4]。

图1 SBT仪器结构图

SBT系统均匀分布在整个井眼内侧评价水泥与套管以及地层间的胶结质量，与标准的CBL 测井工具类似，接收器测量从套管返回的超声波振幅，并利用相邻两条推臂上的不同声波发射器和声波接收器进行组合补偿测量。声波在主推臂上与两条补偿推臂上传播存在能量损失，损失的能量对应SBT解释成果图中的衰减比率，如图2所示，SBT图可直观显示固井第一界面的胶结状况，固井第二界面胶结质量评价方法与CBL/VDL相同。

图2 SBT解释成果图

3.2 声波伽马密度测井

伽马密度测井仪由伽马铯137发生源、套管壁厚探测器、水泥环密度探测器，8 个不同方位均匀排列的探头以及自然伽马探测器组成，见图3。利用伽马测井可以获得8条水泥密度计数曲线和套管壁厚曲线、仪器底边相对方位。提取曲线中的充填介质平均密度和套管壁厚，结合相关地质资料进行建模，再代入边界条件进行求解就可以计算水泥环的理论充填密度、套管厚度和套管偏心率等参数。对环空充填介质密度曲线选择完全胶结井段数值为最大值，选择自由套管段作为最小值，代入理论模型计算得到水泥浆密度充填率，从而判断水泥石与套管和岩层胶结是否有接触型缺陷和体积型缺陷状况，综合评价水泥胶结质量好坏。

声波伽马密度测井是一种比较先进的测井技术手段，可以精确测定套管偏心率、水泥环厚度、水泥浆液面返高、水泥环密度等原始数据，为今后的油气开采作业及腐蚀防治工作提供基础数据。尽管声波伽马密度测井提高了水泥胶结评价水平，但依然评价的是套管外管壁表面水泥环平均胶结质量，对水泥在管外的分布方位无法识别，对固井质量评价结果也会出现偏差，同时没有认可的统一标准，对低密度水泥石固井质量评价可靠性较低。

3.3 套后成像测井（IBC）

图3 伽马密度仪结构图

IBC 通过组合脉冲回波技术与新超声波技术评价套后固井质量，能够全方位覆盖整个套管外径，测量可靠性高，超声波换能器工作原理如图4所示。通过测量两个接收器之间的声波衰减比率，提供与脉冲回波测量相匹配的独立响应，该响应与实验测得的数据库相比对得到套后效果图[5]。可以直观观察到层间封固效果，保障钻井、修井、压裂等作业顺利实施。

图4 超声波换能器工作原理

IBC 套后成像测井技术可对水泥胶结质量和套管腐蚀或磨损进行评价，其配套软件可对解释结果作统计分析，绘制三维成像图，直观反映水泥固井质量和套管磨损情况。IBC套后成像仪成果中的固—液—气相图能直观显示套管外物质形态，这是常规固井质量测井解释无法实现的，此外IBC 资料中扰曲波衰减信号对介质密度微小差别的响应比较灵敏，对低密度水泥固井质量检查有一定的技术优势。

4 固井质量综合评价方法

总结所有的评价固井质量的测井方式,发现均存在一个很大的问题:在油田现场固井时,会根据井地质状况与施工要求等,对不同的井段可能给出完全不同的水泥浆配方,但是在进行自由套管段声波仪器刻度之后,各种不同密度或者不同混合材的水泥环在不同段的测井声幅曲线在解释时均参照同一个标准。然而不同密度或不同混合材的水泥石的声阻抗值并非一样,而声阻抗又与CBL衰减率是密切相关的，常会出现固井质量误判或错判的情况。

固井质量测井响应存在多解性，水泥环层间封隔受多种因素影响，解决测井响应多解性的重要方法是固井质量综合评价。通过收集钻井资料、固井资料、常规测井资料、常规解释成果表、外层套管固井质量测井资料，结合水泥胶结测井评价结果，综合评价固井质量。其关键在于根据现场工程情况对固井质量作出预判，然后结合测井解释成果，对出现多解的层位参照预判结果，进行深入分析，得出综合评价结果。