水泥膠結評價測井儀對比及其在固井質量評價中的應用

梁 皓，翟曉鵬，齊健康，柳耀泉 ，申君寶

(1.長江大學石油工程學院，巖石力學研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測技術有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

水泥膠結評價測井儀對比及其在固井質量評價中的應用

梁 皓1，翟曉鵬1，齊健康2，柳耀泉3，申君寶4

(1.長江大學石油工程學院，巖石力學研究室，湖北 武漢 430100；2.河北金鐸檢測技術有限公司，河北 石家莊 050000；3.渤海鉆探第三鉆井公司， 天津 300000；4.渤海鉆探第一鉆井公司， 天津 300000)

目前，常用的測井技術手段有：水泥膠結測井(CBL)和新興的水泥膠結評價測井(CET)。本文主要論述了CET在評價固井質量時，不僅克服了CBL常見的受微間隙和偏心影響，提高了對局部竄槽的測量靈敏度，還利用自身可從方位上識別水泥膠結狀況、探頭可拆卸更換、多層高度測量等優點，在固井質量評價中有更為廣泛的應用。

測井技術手段;水泥膠結評價測井儀(CET);固井質量評價

固井工程是鉆完井工程中一個極為重要的環節，固井質量的好壞直接關系到油氣井壽命和采油氣作業效果，而固井質量評價則是正確使用油井和采取措施保護油井的關鍵[1]。固井質量評價主要是利用聲波測井的方法，對水泥環膠結質量進行檢測，即檢測套管與水泥環(第一界面)、水泥環與地層(第二界面)的膠結情況[2]。在過去的幾十年中，CBL是使用最多的測井手段，但是由于其受微環隙、偏心等因素的影響較大，近幾年新興的CET克服了CBL這些缺點，遂逐漸取代CBL成為最實用的測井手段。

1 固井質量測井評價方法介紹

1.1 水泥膠結測井(CBL)

CBL測井使用單發單收聲系采集水泥膠結信息，通過接收套管波首波來評定膠結情況。采用套管首波判斷第一界面的膠結情況比較可靠，但是不能識別第一界面微環隙和評價第二界面的膠結情況。固井第一界面微環隙是指套管與水泥環之間極小的充滿流體的環形間隙，其厚度一般為0.01mm～0.1mm左右[3]。在聲波測井中，微環井段與竄槽井段的曲線特征相似，均表現為膠結不好，難以區分。然而微環隙既不影響液封，也不影響固井質量，而竄槽恰恰相反。因此，微環隙有可能會導致CBL 的解釋錯誤。

CBL的測量結果是沿套管周邊的平均值，這種類型的測量使得它很難區分以下兩種情況，即圍繞套管低抗壓強度的水泥和套管周圍水泥膠結好但周長中有一小區塊水泥隔離差的情況，并且這種測量類型也不能識別套管外低角度的水泥缺失，這使得CBL出現多解的可能性。同時，它還受到測井時間、水泥環厚度、水泥漿密度、泥漿氣侵、微環隙及儀器偏心等因素的影響。

1.2 水泥膠結評價測井(CET)

21世紀80年代之后迅速發展的水泥膠結評價測井儀(CET)是一種高頻超聲波儀器，采用的是超聲脈沖回聲方法。它共含8個換能器，按照雙螺旋線的形式排列，并依次向井壁發射超聲脈沖，使得套管產生厚度型諧振。此時，膠結好的水泥使諧振減弱，而膠結不好的水泥使諧振增強。采用這種方法時，由于波的運動是垂直于套管壁的，因此消除了CBL對微環隙敏感的弱點，而且環周分辨率也得到很大的提高。經過實驗已知油井水泥的聲阻抗和抗壓強度之間的經驗關系，因此，水泥膠結評價曲線可直接刻度為抗壓強度。每個換能器互成180°的排列方式，使得CET能夠顯示出環繞套管一周的水泥膠結分布情況[4]，提高了對局部串槽的測量靈敏度。CET測井儀結構見圖1，CET實驗現場使用圖見圖2。

圖1 CET測井儀結構示意圖

圖2 CET實驗現場使用圖

2 水泥膠結評價測井(CET)在固井質量評價中的應用

2.1 實驗過程

實驗時，先以一定的沙泥比制作人造環形巖芯[5]，使用CET的空氣探頭在空氣中測井，采錄數據A。將巖芯放入泥餅循環釜中進行泥餅缺陷實驗，再次使用CET的空氣探頭進行測井，采錄數據B。測井結束之后，進行固井。模擬井身制作完成，包含套管-水泥環(第一界面)模型和水泥環-地層(第二界面)模型。待固井水泥候凝24小時后，將模擬井身放入密封釜中，使用CET液體探頭對第一界面(第二界面)進行水中測井，采錄數據C(D)。在密封釜中水力對第一界面(第二界面)加壓，測得水力突破壓力。打壓結束后對第一界面(第二界面)測井，記錄相對聲幅值E(F)[6]。

2.2 實驗討論

實驗中使用的CET探頭可拆卸，測量泥餅厚度時使用的是空氣探頭，這使得CET的應用范圍比CBL更廣泛。利用CET測井可得到模擬井身不同高度上的泥餅分布情況，某一高度上的泥餅厚度為測井數據A中同一高度上的數據減去測井數據B中同一高度上的數據。圖3為某一特定鉆壓、鉆速下的缺陷泥餅實圖，圖4為CET測井后顯示的缺陷泥餅厚度圖。

圖3 實驗中泥餅實圖

圖4 缺陷泥餅厚度

將形成泥餅缺陷的巖芯固井后在水中測井，得到泥餅厚度與聲幅值關系圖如下圖5、6，可知形成泥餅越厚，相對聲幅值越高，水泥膠結越差。

圖5 泥餅厚度圖

圖6 膠結情況圖

受第一界面聲波波幅的影響，第二界面聲幅值變得微弱，《固井質量評價方法》沒有給出第二界面定性和定量的評價標準。因此，使用CET水中測井，研究第二界面膠結強度與聲幅值的數學關系，可彌補《固井質量評價方法》的空白[7]。

相比較CBL而言，CET除了能測出對第一界面(第二界面)打壓前后水泥膠結情況的變化外，還可以利用自身能夠顯示出環繞套管一周的水泥膠結分布情況及多層探頭高度的優勢，測出井中隨高度、方位角變化時水泥膠結狀況好壞的分布，以其中一組實驗中第一界面打壓之后的數據為例，可得到下圖7：

圖7 實驗中密封失效后聲幅值、巖芯高度、角度關系

在關系圖中，不僅可以清晰的看到水力作用時的水流通道，還可以看到不同井身高度時的膠結狀況。通過實驗數據反映出的不同高度上的膠結好壞，可得到有效封隔長度。研究有效封隔長度與水力突破壓力的關系是評價固井質量的新方法，因此利用CET快捷有效的得到第一界面有效封隔長度是固井質量評價的新突破。

3 結論

(1)CBL通過接收套管波首波來評定膠結情況，這種判定方法使得對固井質量的整體評價較為可靠。CET依靠較高的環周分辨率、自身多層高度探頭、能從方位上識別水泥膠結狀況的優點，提高了對局部串槽的測量靈敏度。并且，針對空氣測井、液體測井可進行探頭切換，擴大了測井儀器在評價固井質量時的應用范圍。

(2)在泥餅缺陷實驗中，鉆井液循環前后，分別使用CET空氣探頭測井，利用兩次數據之差，可得到泥餅厚度。使用CET對打壓后的第一界面進行測井，可清晰的看到井身內不同高度、方位上的膠結情況分布，根據膠結情況可得到有效封隔長度。

[1] 張向林，劉新茹.水泥膠結評價測井技術[J].國外測井技術，2007，22(6)：7-12.

[2] 朱江林，許明標，趙碌芳.固井質量評價常用的測井方法[J]. 國外測井技術，2007，22(5)：45-48.

[3] 謝榮華，巢華慶，劉繼生，等.油水井固井質量綜合解釋方法及應用[J].測井技術，2003,27(4)：295-297.

[4] 霍樹義，朱留芳，劉呈冰.水泥膠結評價測井儀的應用[J].石油儀器，1992(S1)：1-5.

[5] 熊 鈺，朱英斌， 周文勝， 等，渤海地區疏松砂巖巖樣制備方法[J].科學技術與工程，2015,11(15)：178-182.

[6] 姚 曉，周 兵，李美平，等.套管試壓對水泥環密封性的影響[J]. 西安石油大學學報 (自然科學版 )，2009，24(3)：31-34.

[7] 石油鉆井專業標準化委員會.SY /T 6592- 2004，固井質量評價方法[S].出版社不祥.2004.

(本文文獻格式：梁 皓，翟曉鵬，齊健康，等.水泥膠結評價測井儀對比及其在固井質量評價中的應用[J].山東化工，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，碩士研究生在讀，巖石力學與石油工程方向。

P631.83

A

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