固井質(zhì)量評價(jià)方法及應(yīng)用(一)

固井質(zhì)量評價(jià)方法及應(yīng)用(一)第一頁，共76頁。第一節(jié)前言 一、固井質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展 二、固井質(zhì)量評價(jià)現(xiàn)狀 三、固井質(zhì)量評價(jià)存在的問題 四、新疆測井公司固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)第二節(jié)聲波基礎(chǔ)知識

一、巖石的聲波速度二、巖石的聲波幅度三、聲場中的物理量四、聲波在兩種介質(zhì)界面上的反射和折射第三節(jié)油井的井身結(jié)構(gòu)及井口裝置

一、井身結(jié)構(gòu)二、井口深度及井口裝置第四節(jié)固井評價(jià)測井

一、聲幅測井（CBL） 二、聲波變密度測井(VDL) 三、水泥評價(jià)測井儀(CET) 四、井下超聲電視測井(BHTV、CAST) 五、分區(qū)水泥膠結(jié)測井（SBT） 六、脈沖回聲儀（PET） 七、MAK-2聲波測井 八、加壓驗(yàn)竄方法第五節(jié)SYT6592-2004固井質(zhì)量評價(jià)方法內(nèi)容第二頁，共76頁。

目前復(fù)雜的地質(zhì)條件和井身結(jié)構(gòu)給固井工作造成很大的難度，在一定程度上制約了固井質(zhì)量的提高。盡管如此，我國每年固井合格率仍然達(dá)到98%以上，優(yōu)質(zhì)率也很高，但是固井后經(jīng)常發(fā)生油、氣、水竄現(xiàn)象，說明單獨(dú)采用水泥膠結(jié)測井（CBL）很容易造成誤判。目前，我國固井在外加劑(外摻料)應(yīng)用、工藝技術(shù)發(fā)展等方面與國外相比有一定的差距，落后的固井手段與優(yōu)良的測井評價(jià)互相矛盾，應(yīng)消除標(biāo)準(zhǔn)要求低等人為方面的因素。變密度測井(VDL)記錄了聲波波列信息,如套管波、地層波、流體波等，這些波列的傳播時(shí)間長短、強(qiáng)弱以及存在與否等特征，都與水泥膠結(jié)情況有關(guān)，因此通過對聲幅、變密度資料的分析,可以較好地評價(jià)第一、第二界面的水泥膠結(jié)情況。變密度測井有效地彌補(bǔ)了CBL測井的不足，通過全波列測井圖的分析,能很好地解釋第二界面的膠結(jié)信息，它與CBL測井配對使用，可以更加準(zhǔn)確地了解第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量，辨別微間隙和竄槽。盡管聲幅、變密度測井明顯提高了水泥膠結(jié)評價(jià)水平，但沒有完全克服聲幅測井的缺點(diǎn)，沒有提高縱向分辨率，對水泥在管外的分布方位無法識別，對第二界面還只能定性評價(jià)，固井質(zhì)量評價(jià)結(jié)果也會出現(xiàn)偏差。分區(qū)水泥膠結(jié)測井（SBT）測井克服了CBL測井的諸多不足(受微環(huán)隙、快速地層、外層套管、水泥環(huán)隙、儀器偏心、氣侵、鉆井液密度和性能變化及刻度不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀?，采用多信息直觀顯示尤其是水泥環(huán)膠結(jié)成像。目前，SBT等先進(jìn)儀器具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)越性，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。第一節(jié)前言第三頁，共76頁。固井質(zhì)量評價(jià)測井初級階段

井溫測井：2O世紀(jì)3O年代中期采用井溫測井方法評價(jià)固井質(zhì)量，它是利用水泥水化放熱反應(yīng)的原理確定水泥返高。放射性示蹤測井：3O年代末期采用放射性示蹤法確定水泥返高。聲幅測井：出現(xiàn)在6O年代的早期，它是利用單發(fā)單收聲系接收發(fā)射探頭發(fā)射的聲波脈沖，并通過固定測量門測量套管滑行波首波幅度，用相對幅度法解釋評價(jià)水泥固井質(zhì)量。一、固井質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展第四頁，共76頁。一、固井質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展固井質(zhì)量評價(jià)測井中級階段

CBL-VDL測井：到了7O年代，聲幅測井得到了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在解釋方法的改進(jìn)和增加了聲波變密度測井(VDL)，這種測井技術(shù)采用單發(fā)雙收聲系，測量兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是前面提到的聲幅，另一個(gè)是套管、水泥環(huán)、地層、流體等波列即全波列，經(jīng)灰度處理后亦稱聲波變密度，這就是油田常用的簡稱為聲變的測井技術(shù)。 由于VDL的引入和CBL測井解釋的改進(jìn)，使固井質(zhì)量評價(jià)僅從I界面，發(fā)展到可評價(jià)Ⅱ界面，同時(shí)對測井質(zhì)量控制、資料解釋的符合率都得到了相應(yīng)的提高。第五頁，共76頁。一、固井質(zhì)量評價(jià)的發(fā)展固井質(zhì)量評價(jià)測井高級階段

隨著CBL-VDL測井的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)這種采用水泥膠結(jié)指數(shù)評價(jià)固井質(zhì)量的方法評價(jià)的是套管周圍360o內(nèi)固井質(zhì)量的平均響應(yīng)，不能識別套管外低角度的泥缺失，有時(shí)發(fā)生在解釋為固井質(zhì)量好的井段上出現(xiàn)了竄槽. 因此,8O年代后期研究出可以識別套管外水泥缺失角度的儀器方法，這種方法包括兩種主要技術(shù)，一種是滑行波測量方法分扇區(qū)測井技術(shù)SBT，另一種是脈沖超聲掃描測井法CAST-V。第六頁，共76頁。

目前，國內(nèi)大多數(shù)油田采用CBL/VDL來檢測固井質(zhì)量，固井質(zhì)量的解釋仍以CBL曲線為主。國內(nèi)對固井質(zhì)量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：固井聲幅相對值<15%，評價(jià)為膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)等；聲幅相對值15%~30%(低密度水泥15%~40%)，評價(jià)為膠結(jié)質(zhì)量中等；聲幅相對值>30%(低密度水泥>40%)，評價(jià)為膠結(jié)質(zhì)量差。隨著固井工藝技術(shù)和外加劑等技術(shù)的發(fā)展，此標(biāo)準(zhǔn)已不能很好地適應(yīng)當(dāng)前固井質(zhì)量評價(jià)的需要。近十年來，國內(nèi)各油田的固井質(zhì)量合格率基本保持在98%左右，東部有的油田更是連續(xù)幾年固井質(zhì)量合格率都達(dá)到100%。但是有些合格井甚至CBL優(yōu)質(zhì)井，經(jīng)過射孔改造后，經(jīng)常發(fā)生環(huán)空竄流現(xiàn)象，直接反映出第二界面的膠結(jié)質(zhì)量比較差。過去一直認(rèn)為只要第一界面膠結(jié)好，第二界面膠結(jié)必然好，但事實(shí)證明，在套管和水泥膠結(jié)好時(shí)，水泥和地層之間也有可能出現(xiàn)竄槽或膠結(jié)差的現(xiàn)象。國外在固井質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面要求很嚴(yán)格，不單以第一界面(CBL測井得出)的固井情況來評價(jià)固井質(zhì)量，更主要的是檢查第二界面的膠結(jié)情況，并且參考投產(chǎn)以后層間是否發(fā)生竄流為依據(jù)。即使CBL測井良好，如果VDL、SBT檢測不好或試油過程中發(fā)生竄流,也認(rèn)為固井質(zhì)量不好。由于國外對固井質(zhì)量的檢測要求較高，所以雖然在固井技術(shù)、外加劑方面技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，注水泥施工自動化程度較高，但其固井質(zhì)量合格率與國內(nèi)相比較低，只有80%左右。二、固井質(zhì)量評價(jià)現(xiàn)狀第七頁，共76頁。三、固井質(zhì)量評價(jià)存在的問題測井儀的多樣化導(dǎo)致解釋偏差

國內(nèi)目前用于檢查封固質(zhì)量的儀器有多種類型,各種儀器測井的靈敏度各不相同。即使是同一種儀器也有性能上的差異。在解釋水泥膠結(jié)狀況時(shí),不應(yīng)忽視這種差異,現(xiàn)有的固井質(zhì)量檢查往往不太重視這種差異。第八頁，共76頁。三、固井質(zhì)量評價(jià)存在的問題影響套管波首波幅度的因素簡單化

現(xiàn)有的固井解釋評價(jià)不確定因素較多,結(jié)論存在多解性。主要存在以下4個(gè)的問題:(1)認(rèn)為套管與水泥環(huán)膠結(jié)的質(zhì)量是影響套管波首波幅度的唯一因素,忽視了水泥環(huán)的類型(低密度、G級加砂、純G級)、厚度、水灰比、套管直徑和壁厚及外部地層的聲學(xué)特性等因素對套管波首波幅度的影響。忽視這些因素的影響,有可能把膠結(jié)不好的層段判斷為膠結(jié)中等甚至良好,也有可能把膠結(jié)良好的層段判斷為膠結(jié)中等甚至不好。(2)缺乏定量解釋的實(shí)驗(yàn)及理論支持,解釋評價(jià)模型過于簡單,因此評價(jià)膠結(jié)程度好壞的概念模糊。(3)不能準(zhǔn)確分辨徑向竄槽和縱向竄槽,對于未膠結(jié)層段的方位無法作出準(zhǔn)確的定位,對于厚度小于儀器縱向分辨率的薄層膠結(jié)狀況無法準(zhǔn)確評估,薄層水泥環(huán)的評價(jià)問題一直沒有得到很好解決。(4)固井質(zhì)量評價(jià)缺乏一致性,不同油田的地層特點(diǎn)不同,難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。上述這些問題的存在很容易導(dǎo)致固井質(zhì)量解釋時(shí)誤差較大或錯判。第九頁，共76頁。四、新疆測井公司固井質(zhì)量評價(jià)技術(shù)

新疆油田測井公司固井質(zhì)量評價(jià)儀器分為2個(gè)系列：聲波測井系列：包括聲幅、聲波變密度、PET脈沖回波、MAK-2聲波、SBT扇區(qū)水泥膠結(jié)、CAST-V井周聲波掃描測井等;放射性測井系列：伽瑪密度測井。第十頁，共76頁?？v波（壓縮波、P波）波傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動方向相互一致。橫波（剪切波、S波）波傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向相互垂直?？v波和橫波的傳播速度Vp,Vs與彈性參數(shù)有如下關(guān)系：E:楊氏模量σ：泊松比ρ：物質(zhì)密度λ，μ：拉梅系數(shù)第二節(jié)聲波基礎(chǔ)知識一、巖石的聲波速度

聲波是物質(zhì)的一種運(yùn)動形式，它由物質(zhì)的機(jī)械振動產(chǎn)生，通過質(zhì)點(diǎn)間的相互作用將振動由近及遠(yuǎn)的傳播。聲波的物理特性：速度、幅度、頻率等被聲波測井利用。聲波第十一頁，共76頁。二、巖石的聲波幅度

圖1-1：聲波在界面上的反射和折射Z1=ρ1ν1Z2=ρ2ν2界面12θθ1θ2入射線反射線折射線J0J1J2聲波能量與幅度的平方成正比，聲幅高低反映聲能大小。聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，一是因?yàn)閮?nèi)摩擦原因，造成熱能損失，介質(zhì)吸收聲能使聲幅衰減，衰減規(guī)律為：式中J0:初始聲強(qiáng)J：聲波經(jīng)l距離后的聲強(qiáng)α：介質(zhì)吸收系數(shù)衰減的大小和巖石的密度以及聲波的頻率有關(guān)。密度小聲速低，聲能衰減大，聲波幅度低（聲波頻率高，聲波幅度衰減大）。二是由于波前擴(kuò)展或界面反射造成的聲能衰減。所以通過聲波幅度的衰減可以了解巖層的特點(diǎn)或固井質(zhì)量。第十二頁，共76頁。聲壓（p)：聲波傳播過程中，在介質(zhì)中某點(diǎn)施加的壓力。達(dá)因/厘米2。聲功率（w)：聲波傳播過程中，某單位時(shí)間內(nèi)通過波陣面的能量。爾格/秒。聲強(qiáng)（J)：聲波傳播過程中，某單位時(shí)間內(nèi)通過單位波陣面的能量。爾格/秒·厘米2p=v·z，z=ρ·vp,sw=p·v·sJ=w/s=p·v=p2/z式中v：質(zhì)點(diǎn)振動速度，vp,s：縱波、橫波速度，ρ：介質(zhì)密度，s：面積聲阻抗（z）：就是介質(zhì)密度和聲波在該介質(zhì)中傳播速度的乘積，z=ρ·vp,s。聲耦合率：兩種介質(zhì)的聲阻抗之比z1/z2。介質(zhì)1和介質(zhì)2聲阻抗差越大，聲耦合率越差，聲能量就不易從介質(zhì)1傳到介質(zhì)2中去。通過界面在介質(zhì)2中傳播的折射波的能量就越小。如果兩介質(zhì)聲阻抗相近，聲耦合的好，聲波幾乎都形成折射波通過界面在介質(zhì)2中傳播。這時(shí)反射波的能量就非常小。

三、聲場中的物理量

各種介質(zhì)的聲阻抗介質(zhì)聲阻抗（x104)/(g·cm-2·s)介質(zhì)聲阻抗（x104)/(g·cm-2·s)空氣(0℃，1atm)橡皮淡水海水水石油0.00430.29~0.6614.615.35~4013.2鋼巖鹽砂巖石灰?guī)r泥巖39010063~9599~10825~50第十三頁，共76頁。四、聲波在兩種介質(zhì)界面上的反射和折射

圖1-1：聲波在界面上的反射和折射Z1=ρ1ν1Z2=ρ2ν2界面12θθ1θ2入射線反射線折射線J0J1J2反射系數(shù)β：β=J1/J0折射系數(shù)α:α=J2/J0θ=θ1當(dāng)θ=0時(shí)，θ2=0Z1、Z2相差越大，β大，α小。討論：1）α+β=1，或J0=J1+J2，聲強(qiáng)守恒定律。2）α和β表示聲波在兩種介質(zhì)中能量分配關(guān)系。第十四頁，共76頁。圖2-1中給出了工程測井常遇到的井身結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-1井身結(jié)構(gòu)示意圖第三節(jié)油井的井身結(jié)構(gòu)及井口裝置一、井身結(jié)構(gòu)

第十五頁，共76頁。井身結(jié)構(gòu)中的所有深度均從鉆井時(shí)轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心面算起。

套管下入長度和下入深度不一致，其差值是套管近地面一根的接箍面至轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心平面距離，即套管頭至補(bǔ)心距；套補(bǔ)距：套管法蘭到補(bǔ)心面的的距離；油補(bǔ)距：油管頭法蘭頂面(套管四通法蘭頂面)到補(bǔ)心面的距離。圖2-2油套補(bǔ)距及套管頭至補(bǔ)心距示意圖二、井口深度及井口裝置

1.井中深度第十六頁，共76頁。通常井口裝置就是指采油樹，如圖11-3所示。圖2-3井口裝置示意圖1—

油管壓力表；2—清蠟閘門；4—油嘴套；5—出油管；6—總閘門；7—套管閘門；8—套管壓力表；9—套管；10—油管2.井口裝置第十七頁，共76頁。固井失敗的主要后果是會導(dǎo)致滲透層之間流體的滲流。因此固井質(zhì)量評價(jià)是工程測井中重要的一個(gè)作業(yè)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。目前用于評價(jià)固井質(zhì)量的測井主要有聲幅測量或叫水泥膠結(jié)測井CBL（CementBondLogging）、聲波變密度測井VDL(VariableDensityLogging)、水泥評價(jià)測井CET（CementEvaluationTool）、分區(qū)水泥膠結(jié)測井SBT(SegmentedBondTool)。 當(dāng)前，CBL、VDL應(yīng)用最多。第四節(jié)固井評價(jià)測井第十八頁，共76頁。聲幅測井時(shí)記錄沿套管傳播的聲波幅度（滑行波），以此來判斷水泥膠結(jié)的好壞。固井聲幅測井的下井儀器如圖3-1所示。接收器接收的典型聲幅信號如圖3-2所示。圖3-1水泥膠結(jié)測井圖3-2兩種典型的聲幅信號一、聲幅測井

第十九頁，共76頁。1.基本原理CBL下井儀器如圖所示，采用單發(fā)單收聲系，源距為3ft(0.91m)?？梢越普J(rèn)為，發(fā)射換能器發(fā)出聲波，其中以臨界角入射的聲波，在泥漿與套管的界面上折射，產(chǎn)生沿這個(gè)界面在套管中傳播的滑行波（即套管波），套管波又以臨界角折射進(jìn)入井內(nèi)泥漿到達(dá)接收換能器被接收。儀器測量記錄套管波的第一峰的幅度值（以mV為單位），即水泥膠結(jié)測井曲線。這個(gè)幅度值的大小除了決定于套管與水泥膠結(jié)程度外，還受套管尺寸、水泥環(huán)強(qiáng)度和厚度以及儀器居中情況的影響。若套管與水泥膠結(jié)良好，這時(shí)套管與水泥環(huán)的聲阻抗差較小，聲耦合較好，套管波的能量容易通過水泥環(huán)向外傳播。因此，套管波能量有較大的衰減，測量記錄到的水泥膠結(jié)測井值就很??；若套管與水泥膠結(jié)不好，套管外有泥漿存在，套管與管外泥漿的聲阻抗差很大，聲耦合較差，套管波的能量不容易通過套管外泥漿傳播到地層中去。因此套管波能量衰減較小，水泥膠結(jié)測井值很大，從而利用水泥膠結(jié)測井曲線值可以判斷固井質(zhì)量。T3’R5’R第二十頁，共76頁。(1)、套管厚度套管越厚，聲幅衰減越小(2)、水泥環(huán)和儀器偏心水泥的密度越大，水泥的抗壓強(qiáng)度越高，其聲阻抗與套管的差異就越小，套管波的幅度將變小。在水泥密度一定的條件下，水泥環(huán)越厚，聲波幅度越小。當(dāng)厚度大于2cm時(shí)，套管波的幅度將降至最小且保持不變；儀器偏心時(shí)，聲波沿不同的路徑到達(dá)接收器，此時(shí)記錄到的首波到達(dá)時(shí)間不同，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)儀器偏離中心0.25英寸時(shí)，首波幅度將減小二分之一。因此，測井時(shí)應(yīng)使儀器居中測量。(3)測井時(shí)間水泥凝固20小時(shí)后，水泥抗壓強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)稱值的80%以上，可以進(jìn)行測井。否則，水泥與套管膠結(jié)較差。2.影響聲幅的主要因素第二十一頁，共76頁。3.CBL測井曲線（1）在水泥面以上曲線幅度最大，在套管接箍處出現(xiàn)幅度變小的尖峰，這是因?yàn)槁暡ㄔ谔坠芙庸刻幠芰繐p耗增大的緣故。（2）深度由淺變深、曲線首次由高幅度向低幅度變化處為水泥面返高位置。（3）

在套管外水泥膠結(jié)良好處，曲線幅度為低值。水泥膠結(jié)測井已廣泛用于檢查固井質(zhì)量，并已總結(jié)出一套解釋方法，如根據(jù)模擬井實(shí)驗(yàn)表明，可用聲波相對幅度的大小來判斷固井質(zhì)量：聲波相對幅度＝(目的層井段的聲波幅度/套管外全是泥漿的井段的聲波幅度)x100%通常，相對幅度越小，固井質(zhì)量越好；反之相對幅度越大，固井質(zhì)量越差。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可將固井質(zhì)量劃分為三個(gè)等級： ①膠結(jié)質(zhì)量良好，相對幅度<20% ②膠結(jié)質(zhì)量中等，相對幅度介于20%～40% ③膠結(jié)質(zhì)量不好，相對幅度>40%第二十二頁，共76頁。3.CBL測井曲線根據(jù)相對幅度定性判斷固井質(zhì)量固然是水泥膠結(jié)測井解釋的依據(jù)，但不能機(jī)械地生搬硬套，還要參考井徑等曲線，同時(shí)還要了解固井施工情況，如水灰比、水泥上返速度和使用的添加劑類型等，必須綜合各方面的資料，才能得出準(zhǔn)確可靠的判斷。CBL測量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要取決于水泥與套管外壁的膠結(jié)程度，因此只能解決第一界面（套管外壁與水泥環(huán)的界面）的問題，而水泥環(huán)與井壁（水泥環(huán)與地層）之間是否膠結(jié)良好，即第二界面的問題是無法解決的。但由于水泥膠結(jié)測井方法簡單，易于解釋，仍然是判斷固井質(zhì)量的常用方法。第二十三頁，共76頁。為了消除以上各因素對套管首波的影響，常采用聲波幅度相對幅度進(jìn)行解釋，即：

引進(jìn)的CBL儀器把套管的直徑、壁厚、水泥抗壓強(qiáng)度綜合起來利用膠結(jié)指數(shù)（BI）評價(jià)膠結(jié)效果，

式中為C相對幅度，A為目的層段的聲波幅度值，A0為自由套管的聲波幅度值，Amin表示100%膠結(jié)井段的套管波的首波幅度。解釋時(shí)通常認(rèn)為：BI=1膠結(jié)好；1.0>BI>0.8膠結(jié)良好；0.8>BI>0.6膠結(jié)中等；0.6>BI>0.3膠結(jié)不好；BI<0.3膠結(jié)差，出現(xiàn)竄槽。（11-13）

（11-16）

4.資料分析第二十四頁，共76頁。套管流體地層水泥自由套管部分膠結(jié)膠結(jié)差膠結(jié)好

各種水泥膠結(jié)條件下的聲波幅度測井響應(yīng)示意圖

第二十五頁，共76頁。?反映第一、二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量變密度二、聲波變密度測井(VDL)

1.測井原理泥漿波第二十六頁，共76頁。1.測井原理VDL利用單發(fā)單收聲系進(jìn)行全波列測量，源距為5ft(1.52m)，在1ms的時(shí)間間隔內(nèi)，能夠測量套管波、水泥環(huán)波、地層波、泥漿波等。在測量時(shí)把信號幅度的正半周保留，將負(fù)半周去掉，正半周的信號輸入到調(diào)輝管，將聲波幅度的大小轉(zhuǎn)變?yōu)楣廨x度的強(qiáng)弱，信號為零幅度時(shí)用灰色表示，正幅度用黑色表示，黑色的深淺表示信號幅度的大??；負(fù)半周用白色表示，在照相記錄儀上就顯示出隨深度變化的黑、白相間的條紋，即顯示為聲波信號的強(qiáng)度—時(shí)間記錄。第二十七頁，共76頁。2.曲線分析經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同的固井質(zhì)量情況下，套管波與地層波的幅度變化有一定的規(guī)律。如左圖:當(dāng)套管外無水泥，只有泥漿時(shí)，此時(shí)第一界面聲耦合不好，致使大部分聲能量沿套管傳播，極小部分傳到地層，甚至傳不到地層，這是套管波的幅度很大，而地層波的幅度很小，甚至看不到地層波（圖a）。當(dāng)水泥環(huán)與套管及地層膠結(jié)良好時(shí)，聲耦合好，聲波能量基本上傳到地層，此時(shí)套管波幅度小，而地層波的幅度較大（圖b）。當(dāng)?shù)谝唤缑婺z結(jié)良好，而水泥環(huán)與地層膠結(jié)不好時(shí)，聲波大部分能量傳到水泥環(huán)中，由于水泥環(huán)吸收強(qiáng)，致使聲波幅度明顯衰減，此時(shí)所有波的幅度都很低（圖c）。當(dāng)套管偏斜時(shí)，一側(cè)與水泥膠結(jié)良好，而另一部分與沒有水泥，地層稱為竄槽，聲波能量一部分沿套管傳播，另一部分傳入地層，此時(shí)既有地層波的顯示，也有套管波的顯示（圖d）

。

第二十八頁，共76頁。?聲波變密度測井組合曲線CBL、VDLCCL、GR?固井質(zhì)量測井要求1、應(yīng)在注水泥后24—48h（最佳測量時(shí)間）之間進(jìn)行測量。2、儀器在自由套管井段進(jìn)行刻度。3、測至水泥面以上進(jìn)入自由套管至少五個(gè)穩(wěn)定接箍。

3.固井聲幅及變密度測井曲線及要求第二十九頁，共76頁。?聲幅曲線質(zhì)量要求

1、自由套管處幅度在8cm～12cm之間，接箍顯示清楚，接箍信號的相對幅度大于2cm。2、曲線不得出現(xiàn)的負(fù)值。3、曲線重復(fù)誤差應(yīng)小于10%。?變密度曲線質(zhì)量要求

1、自由套管處VDL套管波顯示清楚，明暗條紋可辨，箍處有明顯的“人”字形條紋。2、VDL顯示對比度清晰、適中、明暗變化正常。3、VDL與CBL曲線有良好的對應(yīng)關(guān)系。?磁性定位曲線質(zhì)量要求

1、必須連續(xù)記錄，干擾信號幅度小于接箍信號幅度的1／3。2、接箍信號不能出現(xiàn)畸形峰。3、短套管附近、井底、目的層段不得缺失接箍信號。3.固井聲幅及變密度測井曲線及要求第三十頁，共76頁。4.CBL和VDL評價(jià)準(zhǔn)則CBL曲線VDL曲線評價(jià)結(jié)論0≤聲幅相對值≤15%套管波弱至無，地層波明顯膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)15%＜聲幅相對值≤30%套管波和地層波均中等膠結(jié)質(zhì)量中等聲幅相對值＞30%套管波明顯，地層弱至無膠結(jié)質(zhì)量差CBL曲線VDL曲線評價(jià)結(jié)論20≤聲幅相對值≤60%套管波中等，地層波明顯存在微環(huán)隙，水泥膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)質(zhì)加壓對比分析對套管加壓測CBL/VDL，聲幅相對值低于20%，地層波明顯第三十一頁，共76頁。(1)、自由套管在自由套管井段，大部分聲波能量沿套管傳播，傳到地層中的聲波能量非常小。因此在變密度圖上出現(xiàn)強(qiáng)套管波信號，聲波在套管壁上反復(fù)振蕩形成前6至8個(gè)波全是套管波。傳播時(shí)間稍有增加，套管波幅度變小，變密度曲線在接箍處有人字紋顯示。5.資料解釋第三十二頁，共76頁。(2)、水泥與套管及地層膠結(jié)良好在水泥與地層膠結(jié)都好的井段，因?yàn)樗嗯c鋼管的聲阻抗很接近，大部分聲波能量穿過套管及水泥環(huán)進(jìn)入地層傳播。因此，在變密度圖上套管波信號很弱或不存在，而地層波信號很強(qiáng)。甚至某些快速地層的地層波會出現(xiàn)在套管的位置上。5.資料解釋agoodCBLCheckqualityLookatTTcurveCheckCBLcurveRelativelylowamplitudeVerifyVDLNocasingarrivalsFormationarrivals第三十三頁，共76頁。(3)、水泥與地層膠結(jié)差，與套管膠結(jié)好在這種情況下，大部分聲波能量穿過套管水泥環(huán)界面進(jìn)入泥環(huán)，但傳到地層中的聲波能量很小，聲波能量在水泥環(huán)中被衰減損耗。因此在變密度圖上套管波信號很弱，以致E1幅度在檢測電平之下，使傳播時(shí)的測量將由觸發(fā)，使得首波到達(dá)時(shí)間曲線（TT2）搖擺不定，此波稱為周波踴躍。5.資料解釋CheckqualityLookatTTcurveCheckCBLcurveRelativelyhighamplitudeVerifyVDLCasingarrivalsWeakformationarrivals第三十四頁，共76頁。油層水層7號油層與上臨水層間封固不好，易發(fā)生竄槽。射開7號油層試油，結(jié)果日產(chǎn)水3.5t，不產(chǎn)油

直接檢查第一膠結(jié)界面，通過分析資料，找出竄槽部位，施工方法簡潔明了?？赏ㄟ^加壓消除微環(huán)空影響，根據(jù)水泥膠結(jié)指數(shù)確定竄槽位置。實(shí)例：變密度驗(yàn)竄

5.資料解釋第三十五頁，共76頁。5.資料解釋VDL定性解釋固井質(zhì)量的測井特征表固井情況波列特征VDL圖形特點(diǎn)套管與水泥環(huán)（第一界面）、水泥環(huán)與地層（第二界面）均膠結(jié)良好套管波弱地層波強(qiáng)左淺右深第一界面膠結(jié)良好而第二界面未膠結(jié)套管波弱地層波也弱左淺右淺第一界面未膠結(jié)或套管外為泥漿套管波強(qiáng)地層波弱左深右淺另外，在VDL測井圖（輝度圖）中，套管接箍也有顯示，顯示出“人字形”的條紋線。CBL或VDL是反映套管周圍水泥膠結(jié)的平均狀況，不能反映套管周圍不同方位的水泥膠結(jié)狀況，近年來又發(fā)明了研究套管周圍360°方位的水泥膠結(jié)情況的測井方法。第三十六頁，共76頁。圖3-4是CET測量原理結(jié)構(gòu)圖。聲系有八個(gè)聲波換能器，采用螺旋式排列，可以對套管進(jìn)行掃描，在360度的圓周上形成45度的扇形面，超聲波換能器可同時(shí)發(fā)射和接收八個(gè)聲波信號。圖3-4水泥評價(jià)測井儀測量原理三、水泥評價(jià)測井儀CET1.測量原理第三十七頁，共76頁。CET的儀器中，8個(gè)測量晶體縱向排列在2英尺的距離上，每個(gè)探頭的外徑為4英寸或3.375英寸，另外還有第九個(gè)晶體裝在最下部，它把傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換成距離（精度0.1mm），由此可以確定儀器的相對方位，并得出相距45°的8個(gè)視半徑值，并進(jìn)一步計(jì)算出4個(gè)套管直徑和一條平均井徑，最后計(jì)算其橢圓度（最大直徑和最小直徑的比值），作為衡量套管變形、損壞、崩塌的一個(gè)較靈敏的指標(biāo)。(1)、儀器測量的特點(diǎn)a、減小微裂環(huán)的影響b、天然氣效應(yīng)識別(2)、與CBL、VDL相比，CET有以下優(yōu)點(diǎn)：a、用八個(gè)換能器可以進(jìn)行沿徑向的水泥膠結(jié)評價(jià)；b、確定管外流體的抗壓強(qiáng)度；c、可以消除微環(huán)的影響；d、可以消除環(huán)境影響：快速地層到達(dá)波、天然氣效應(yīng)、雙套管等。e、可以確定井眼的幾何信息：套管橢圓度；損壞程度等。2.現(xiàn)場測量與資料處理第三十八頁，共76頁。若沒有CET儀器，必須采用CBL、VDL儀器時(shí)，需要采用加壓的辦法進(jìn)行測試。微裂縫是指套管外壁與水泥之間存在極小的環(huán)空間，一般只有0.1mm厚。產(chǎn)生微環(huán)空的原因有以下三種：(1)熱致微環(huán)空：在水泥凝固時(shí)釋放熱量，使套管受熱膨脹。固井后，溫度降低，套管收縮，從而導(dǎo)致的環(huán)空間隙，這就是熱致微環(huán)空。(2)工程致微環(huán)空：它分兩種情況，一是在固井過程中由于某種原因需要加壓作業(yè)，完工后，壓力取消，出現(xiàn)微環(huán)空；二是固井后，由于再次鉆井，水泥環(huán)受振動而產(chǎn)生微環(huán)空。(3)次生微環(huán)空：由于固井前后靜液柱壓力變化產(chǎn)生的微環(huán)空。3.裂縫的加壓測試第三十九頁，共76頁。井下超聲電視測井又稱三維井壁超聲成像測井，是利用超聲波的傳播物和井壁對超聲波的反射性質(zhì)研究井身剖面的。既可用于裸眼井，又可用于套管井。測井結(jié)果以圖像形式給出。利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對回波幅度及時(shí)間信息進(jìn)行處理，可以以三維、二維方式顯示出套管的立體圖、縱橫截面圖，并可同時(shí)測出聲波井徑曲線。儀器的核心是一個(gè)壓電晶體換能器，測井時(shí)向井臂發(fā)射2MHz的超聲波換能器，同時(shí)接收套管反射的回波，同時(shí)探頭沿井柱旋轉(zhuǎn)掃描。四、井下超聲電視測井第四十頁，共76頁。射孔孔眼節(jié)箍主要應(yīng)用在套管井中用于檢測套管變形、腐蝕、泄漏與破損等質(zhì)量情況，識別射孔孔眼檢查射孔質(zhì)量等。輪南202井射孔密度為米16孔/米。從左側(cè)的原始振幅圖像上可以清晰的看到每一孔眼的位置，射孔孔眼排列整齊，說明其射孔質(zhì)量良好。超聲波井壁成像測井（CAST）第四十一頁，共76頁。五、分區(qū)水泥膠結(jié)測井SBT及資料解釋阿特拉斯公司的5700系列扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀（SBT）是該公司20世紀(jì)90年代推出的一種新式固井質(zhì)量評價(jià)測井儀。SBT儀器有6個(gè)極板，每個(gè)極板上有1個(gè)發(fā)射探頭和1個(gè)接收探頭，共計(jì)6個(gè)發(fā)射探頭和6個(gè)接收探頭，分別用于發(fā)射聲波和接收聲波；測井時(shí)SBT安裝的6個(gè)動力推靠臂各把一塊發(fā)射和接收換能器滑板貼在套管內(nèi)壁上，6個(gè)極板上的12個(gè)高頻定向換能器不斷的發(fā)射和接收聲波信號，由于測井時(shí)同時(shí)測量6個(gè)極板分屬的6個(gè)區(qū)域信息，因而可得到6條分區(qū)的套管水泥膠結(jié)評價(jià)曲線，故該儀器稱為“分區(qū)水泥膠結(jié)測井儀”或“扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀”。1.測量原理第四十二頁，共76頁。1.測量原理SBT測量系統(tǒng)以環(huán)繞方式在包括整個(gè)井眼的6個(gè)角度區(qū)塊定量測量水泥膠結(jié)情況。聲波換能器裝在相隔60°的稱為T1-T6的極板上，支撐滑板與套管內(nèi)壁接觸，進(jìn)行聲波補(bǔ)償衰減測量。當(dāng)發(fā)射器在每個(gè)區(qū)塊上發(fā)射時(shí)，兩相鄰極板上的接收器測量聲波幅度，這兩個(gè)幅度分別為遠(yuǎn)、近接收器所接收。聲波經(jīng)過兩接收之間空間的能量損失，可直接作為衰減測量，由此可推導(dǎo)出套管外這一60°范圍內(nèi)的水泥膠結(jié)質(zhì)量。SBT聲波滑板陣列360°展開圖如下圖所示。第四十三頁，共76頁。在對應(yīng)的SBT分區(qū)中，利用4個(gè)鄰近滑板上的2個(gè)發(fā)射器和2個(gè)接收器組成的聲系可從兩個(gè)方向來測量聲波衰減。當(dāng)發(fā)射器T1發(fā)射時(shí)，接收器R2和R3測量其下行聲幅，定義為A12和A13，如圖所示。由于使用同一發(fā)射測量兩個(gè)幅度值，而且衰減測量只取決于幅度比。因此，下行衰減不受發(fā)射強(qiáng)度的影響，其結(jié)果僅取決于接收器的靈敏度。于是套管波的衰減率為：α1＝（10/d）lg(A12/A13)1.測量原理第四十四頁，共76頁。同理，當(dāng)發(fā)射器T4發(fā)射，由接收器R2和R3測量其聲幅，定義為A42和A43。同樣，該衰減值也不受T4發(fā)射強(qiáng)度的影響，而僅僅取決于接收器的靈敏度。套管波的衰減率為：α2＝（10/d）lg(A43/A42)1.測量原理第四十五頁，共76頁。兩次測量結(jié)果組合在一起可求出補(bǔ)償后的衰減值：ATC1=α1+α2=(10/d)lg［(A12×A43)/(A13×A42)]因而所得結(jié)果消除了接收器靈敏度的影響。這種測量過程在6個(gè)分區(qū)中的每一個(gè)都進(jìn)行著重復(fù)。這樣，對于六個(gè)區(qū)塊的每一個(gè)，在整個(gè)25分貝/英尺的范圍內(nèi)，衰減測量結(jié)果得到完全的補(bǔ)償。發(fā)射器和接收器的排列也同時(shí)補(bǔ)償了套管表面不平和套管內(nèi)壁有殘留水泥的影響。1.測量原理第四十六頁，共76頁。由于該儀器從縱向、橫向（沿套管周圍）兩個(gè)方向測量固井膠結(jié)質(zhì)量，同時(shí)該儀器設(shè)計(jì)考慮的短源距補(bǔ)償使衰減測量結(jié)果基本上不受快地層的影響，因而該儀器能用于各種流體的井內(nèi)，包括重泥漿和含氣井液等。由于SBT是貼井壁測量，測井時(shí)只要保持滑板與套管內(nèi)壁接觸，一般的偏心不影響測量結(jié)果。1.測量原理第四十七頁，共76頁。（1）聲波衰減率；（2）最小衰減率；（3）平均聲幅；（4）相對方位；（5）五英尺源距的變密度。2.SBT的測量內(nèi)容SBT能詳細(xì)評價(jià)第Ⅱ界面的固井質(zhì)量,避免了聲波變密度解釋的多解性和不確定性;而聲波變密度在Ⅰ界面膠結(jié)好的情況下用于評價(jià)第Ⅱ界面的膠結(jié)狀況。第四十八頁，共76頁。3.SBT的優(yōu)點(diǎn)提供全井眼覆蓋的水泥膠結(jié)定性分析。不受井中氣體、快地層或重泥漿條件的影響。一次測井就能在4.6-16in(114-406mm)套管中有效反映均勻膠結(jié)段和水泥通道或環(huán)空。對儀器中度偏心不敏感。不受溫度和壓力變化的影響。不受發(fā)射器輸出和接收器靈敏度的影響。定位水泥環(huán)空或竄槽與井眼底邊的夾角。整個(gè)測量范圍完全補(bǔ)償。第四十九頁，共76頁。SBT分區(qū)水泥膠結(jié)測井變密度圖SBT測井顯示一口氣侵井的水泥膠結(jié)圖，平均和最小衰減道之間的陰影間隔為2dB或更小，顯示出沒有竄槽。這種情況反映了套管周圍分布著低阻抗材料。第五十頁，共76頁。SBT分區(qū)水泥膠結(jié)測井成果圖好串槽部分串槽和水泥膠結(jié)差第五十一頁，共76頁。（1）SBT的刻度簡易，靈活可靠，只需在測井之前將套管參數(shù)與水泥參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)即可,提供全井眼覆蓋的水泥膠結(jié)定性分析。（2）SBT有六個(gè)推靠臂，每臂推靠力為50磅，儀器收臂，下井通暢；上提測量時(shí)張臂，可在內(nèi)徑為4.5～16英寸套管中測量，而不存在偏心影響，在井斜達(dá)45°時(shí)仍可取得合格資料。（3）SBT能夠確定水泥竄槽的有無，大小和方位，有較高的周向分辨率,定位水泥環(huán)空或竄槽。（4）SBT測井與井內(nèi)泥漿性質(zhì)無關(guān),不受井中氣體、快地層或重泥漿條件的影響。不受溫度和壓力變化的影響。（5）由于SBT的源距、間距小，在這個(gè)距離內(nèi)地層波始終趕不上套管波，故首波總是套管波。所以，SBT的測量結(jié)果不受快地層的影響。3.SBT的優(yōu)點(diǎn)第五十二頁，共76頁。耐溫：350℉(177℃)耐壓：20000PSI(137.9Mpa)最小套管直徑：4.5IN.最大套管直徑：16IN.儀器直徑：3.38IN最大測井速度：10.7m/min套管斜度：60°動態(tài)范圍：0～25db/ft衰減測量精度：±1.0dB/ft垂直分辨率：0.25ft(7.62cm)探測深度：2in.(5.08cm)電纜要求：單芯或7芯電纜4.儀器性能參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)第五十三頁，共76頁。5.分區(qū)水泥膠結(jié)測井資料解釋應(yīng)用(1)能對套管與水泥、地層與水泥膠結(jié)膠結(jié)情況準(zhǔn)確評價(jià)。（2）能有效地在大直徑套管中使用，而且能在一個(gè)單趟中測得不同尺寸套管的數(shù)據(jù)。（3）一次測井就能反映均勻膠結(jié)段和水泥通道或環(huán)空第五十四頁，共76頁。5.分區(qū)水泥膠結(jié)測井資料解釋套管壁厚inSBT測井可直接用衰減曲線來評價(jià)水泥膠結(jié)質(zhì)量，根據(jù)測量的平均衰減率曲線ATAV，套管壁厚，就可以用圖版進(jìn)行水泥膠結(jié)質(zhì)量的評價(jià)。

第五十五頁，共76頁。根據(jù)SBT提供的資料求膠結(jié)比BR：

用下式可將聲波衰減率轉(zhuǎn)換為膠結(jié)比：BR=(A－Afp)/(Ag－Afp)式中：A---計(jì)算點(diǎn)的衰減率，dB/ft；Ag—當(dāng)次固井水泥膠結(jié)最好井段的衰減率；dB/ft；Afp—自由套管的衰減率。dB/ft；根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用BR判斷水泥膠結(jié)為：BR≥0.8為膠結(jié)優(yōu)；0.5≤BR＜0.8為膠結(jié)中等（合格）；BR＜0.5為膠結(jié)差（不合格）

5.分區(qū)水泥膠結(jié)測井資料解釋第五十六頁，共76頁。水泥膠結(jié)強(qiáng)度對于SBT測井，水泥膠結(jié)強(qiáng)度由下式求?。篠mm=48.5×【（T＋0.1）（Amm－Afp）】2.5式中：T—套管壁厚，in；Amm—計(jì)算深度點(diǎn)的最小衰減率（即ATMN）dB/ft；Afp—自由套管的衰減率，dB/ft；Smm—最小水泥膠結(jié)強(qiáng)度，psi。5.分區(qū)水泥膠結(jié)測井資料解釋第五十七頁，共76頁。第五十八頁，共76頁。六、脈沖回聲儀（PET）

PET儀器是從哈里伯頓公司引進(jìn)的,通過以雙螺旋結(jié)構(gòu)的8個(gè)探頭,按1、3、5、7、2、4、6、8的順序以直徑成對的形式安裝,每個(gè)探頭既是發(fā)射器又是接收器,可發(fā)射中心頻率為500kHz的短脈沖,在套管上產(chǎn)生反射波和共振波。在8個(gè)探頭的下面安裝有第9個(gè)探頭,用于測量聲波在流體中的傳播時(shí)間。通過對反射波、共振波和傳播時(shí)間的處理可以得到充填介質(zhì)的抗壓縮強(qiáng)度和聲阻抗,覆蓋360°的第Ⅰ界面膠結(jié)成像圖、聲波接箍、平均厚度、偏心率、套管橢圓度等。PET適于較詳細(xì)地評價(jià)第Ⅰ界面水泥膠結(jié)狀況,探測竄槽方位,檢查套管厚度,檢查套管內(nèi)徑和橢圓度,探測相對方位和傾斜度,探測流體傳播時(shí)間。1.測量原理第五十九頁，共76頁。PET是一種超聲脈沖水泥膠結(jié)測井評價(jià)儀。其井下儀上有8個(gè)探頭。每個(gè)探頭即是發(fā)射器又是接收器，發(fā)射器向套管內(nèi)壁垂直發(fā)射500KHz的超聲脈沖。每個(gè)探頭所發(fā)射和接收的超聲波覆蓋套管壁的45°區(qū)域。通過對8個(gè)探頭所接收到的超聲回波信號進(jìn)行分析，可對套管四周360°區(qū)域每一部分的水泥膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行分區(qū)評價(jià)和對套管質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。1.測量原理六、脈沖回聲儀（PET）第六十頁，共76頁。PET超聲脈沖組合測井可同時(shí)記錄自然伽瑪曲線（GR）、磁性定位曲線（CCL）、聲波節(jié)箍曲線（ACCL）、泥漿傳播時(shí)間曲線（FTT）、儀器方位曲線（RB）、井斜曲線（DEVI）、套管橢圓度曲線（OVAL）、儀器在套管中的偏心度曲線（ECTY）、8條水泥抗壓強(qiáng)度曲線（CS1……CS8）或8條聲阻抗曲線（Z1……Z8）、平均抗壓強(qiáng)度曲線（AVCN）、最大抗壓強(qiáng)度曲線（MXCN）、最小抗壓強(qiáng)度曲線（MNCN）、平均聲阻抗曲線（AVZ）、最大聲阻抗曲線（MXZ）和最小聲阻抗曲線（MNZ）等。2.測井記錄曲線第六十一頁，共76頁。優(yōu)點(diǎn)PET測井的八個(gè)探頭能提供第一界面0-360度區(qū)域水泥阻抗（或抗壓強(qiáng)度）展開圖。測井不受微環(huán)間隙、快地層、巖性、儀器偏心等環(huán)境因素的影響。應(yīng)用對水泥與套管的膠結(jié)情況進(jìn)行更精確的評價(jià)測量的井徑和方位曲線，可以準(zhǔn)確地判斷竄槽、孔洞的相對方位用于套管質(zhì)量評價(jià)，如井斜曲線、套管內(nèi)徑、套管壁厚、套管的橢圓度等測井資料3.優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用第六十二頁，共76頁。CBL/VDL與PET對比圖第六十三頁，共76頁。壁厚變化評價(jià)圖第六十四頁，共76頁。聲阻抗變化評價(jià)圖第六十五頁，共76頁。莫005井PET與CBL、VDL測井對比平均抗壓強(qiáng)度曲線最小抗壓強(qiáng)度曲線最大抗壓強(qiáng)度曲線抗壓強(qiáng)度成像展開圖井斜曲線變密度圖聲幅曲線第六十六頁，共76頁。儀器性能及記錄曲線序號測井項(xiàng)目儀器技術(shù)指標(biāo)測量記錄曲線1聲幅最高耐溫：150℃最高耐壓：60Mpa單聲幅曲線2CBL/VDL最大耐溫：176℃最大耐壓：136MpaGR、CCL、聲幅、VDL、CTT33PET最大耐溫：175℃最大耐壓：136MpaACCL、OVAL、DEVI、ECTY、CS1—CS8、Z1—Z2、MXCN、MNCN、AVCN、MXZ、MNZ、AVZ、RB、R1—R8、TH1—TH、MSCN、ZFIXP4SBT最大耐溫：177℃最大耐壓：137.9MPa套管內(nèi)徑：101.6—393.7mmGR、CCL、ATC1