井溫測井在檢測砂巖型地浸工藝孔固井質量上的應用

史貴兵+李喜彬

摘 要：隨著我國地浸采鈾技術的蓬勃發展，有關單位探采一體化也不斷深入和發展，對于一些地浸條件較好且已探明的鈾礦，近幾年進行了大量的地浸采鈾生產試驗。其中，固井質量對于保證地浸工藝孔的質量，進而保證鈾礦的順利生產非常重要。在固井過程中，水泥固結會釋放出大量的熱，因此，溫度可以作為固井檢測的基本物理參數，來確定固井的質量。本文以巴彥烏拉鈾礦山的地浸工藝孔為研究對象，闡述了井溫測井檢測水泥固井質量的理論依據，分析了井溫測井曲線的特征，總結了依據井溫曲線對固井質量進行檢測的解釋方法，大量的鉆孔試驗測井證實了井溫測井數據可以作為地浸砂巖型鈾礦工藝孔固井質量檢測的基本依據。

關鍵詞：地浸工藝孔；固井質量；井溫測井

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.008

1 引言

隨著我國地浸采鈾技術的蓬勃發展，有關單位探采一體化也不斷深入和發展，對于一些地浸條件較好且已探明的鈾礦，近幾年進行了大量的地浸采鈾生產試驗。其中，固井質量對于保證地浸工藝孔的質量，進而保證鈾礦的順利生產非常重要。

在石油勘探的鉆孔施工過程中，水泥漿通過套管被注入井下，到達井底后沿套管和地層間的環空上返，經過一段時間，水泥凝固，形成水泥環，這就是固井。固井質量對于保護油氣層和油氣勘探開發安全，保證油氣井生產壽命和油氣田的勘探開發效益與產能建設等，具有十分重要的意義，因而固井質量評價測井被廣泛應用于油氣勘探開發中。其檢測的主要目的是：水泥環是否形成了足夠的剪切膠結力和水力膠結力。目前采取的測井方法主要有：水泥膠結測井CBL、水泥評價測井CET和方位聲波成像測井SBT[1]。

用于砂巖型鈾礦開采的地浸工藝孔固井，測井的目的與方法皆不同于油氣勘探開發中的固井質量評價測井方法。固井測井的主要目的是確定水泥凝固后一定時間內工藝孔的固井水泥下界面以及有無混漿段存在[2]。

另外，固井質量檢測是鈾礦工藝井“成井工序”（鉆機活塞注清水聯動洗孔和空壓機洗孔，洗井至水清砂凈且水量達到驗收標準后，進行成井質量檢查測井并驗收）生產前的必要步驟，一是可以確定沉砂的高度，為下一步工序（拉活塞）提供參考數據；二是可以判別水泥是否進入到過濾管中（在設計水泥下界面附近無明顯溫度變化，溫度變化拐點出現在設計過濾管段），從而及時作出補救措施。

2 地浸工藝孔結構及固井質量檢測原理

鈾礦地浸工藝孔的結構如圖1所示[3]。從圖中可以看出，PVC井管外從孔口至水泥下界面之間為水泥環，之下依次是2m厚的細粒石英砂、粗粒石英砂（過濾管段）和隔水層（沉砂管段）。根據水泥凝固過程中在一定時間內會散發熱量的特性，采用溫度測井理論上能根據溫度曲線的變化情況確定水泥下界面的的位置以及判斷是否存在混漿段。所謂混漿段，僅出現在水泥環段，注漿過程中因壓力控制不精確造成的水、泥、砂和水泥的混合段，理論上會因發熱量小于純粹水泥環而使井溫曲線出現起伏波動，檢測這些溫度波動或異常，可以用來確定固井的質量。

3 井溫測井曲線特征

根據井溫測井的原理[4]，參照工藝孔的結構（圖1），在水泥下界面附近井溫應會發生降低現象。在水泥下界面以上至孔口，由于PVC套管外有水泥環，根據水泥凝固放熱的特性，理論上井溫應變化不大，僅在近地表約10米深度范圍內，井溫受環境溫度的影響會發生變化。實際研究中發現，在進行井溫測井時，由于未進行拉活塞工序，井液主要為外界地表水或泥漿（液面位置高于等于靜水位位置，范圍為1.4～25.4m，平均10.5m），其影響了液面以下井溫的背景值。在井溫探管進入井液之前，測量的井溫受外熱層影響較大，因此工藝孔的井溫在井液液面部位應會發生明顯變化。經整理歸納，研究區內工藝孔的井溫曲線根據其在井液液面位置的溫度變化情況可分為5種形態：（a）明顯降低型、（b）小幅降低型、（c）小幅升高型、（d）明顯升高型、（e）變化不明顯型；根據其在設計水泥下界面附近的溫度降低情況可分為3種形態：（f）快速降低型、（g）緩慢降低型、（h）變化不明顯型（圖2）。

經統計，180個工藝孔的井溫測井曲線中，a類型137個，b類型13個，c類型15個，d類型10個，e類型5個。分析這些溫度測井曲線的形態，其主要影響因素可能是井溫測井時地表環境溫度（晝夜變化、季節變化等）影響了井液液面位置的溫度變化，進而造成了井溫曲線的多形態化，不過對工藝孔成建井的質量并無影響。

另外，f、g、h三種形態對于確定水泥下界面的位置影響較大。首先，在設計的水泥下界面附近井溫發生了降低現象，說明與理論符合，可以根據井溫測井確定水泥下界面位置；其次，井溫曲線在設計水泥下界面附近的形態變化可以確定采取什么方法或準則確定水泥下界面。統計發現，有174個工藝孔在水泥下界面附近的溫度發生了降低現象（f和g形態），水泥下界面附近拐點的溫度一般為14～22℃，過濾管與沉砂管部位對應的溫度一般為5～13℃（80%在7～8℃），存在較大的溫度差異，說明可以在采用溫度測井的基礎上通過合適的方法確定水泥下界面。h形態的工藝孔僅有6個，其井溫曲線在理論水泥下界面附近較平直，基本無溫度變化，無法僅憑井溫測井資料確定水泥下界面。經了解實際情況后分析其原因，一是施工這些工藝孔的機臺的整體施工水平相對較低，其在固井環節，從水泥注漿到注漿結束的時間較長，加上注漿完成后等待水泥冷卻的時間超過了24小時，錯過了水泥發熱的最佳時機，尤其是水泥下界面部位水泥冷卻時間最長，進行溫度測井時，該部位可能已經停止發熱；二是這些鉆孔在進行溫度測井時井液中含有大量泥砂，嚴重影響了溫度測井的準確性。說明是施工的原因導致了無法通過井溫測井確定水泥下界面的個例。

在井液液面以上至孔口以及井液液面以下至水泥下界面部位，理想情況下，如固井質量好，井溫曲線應較平滑；如存在混漿段（僅出現在水泥環段，注漿過程中因壓力控制不精確造成的水、泥、砂和水泥的混合段），理論上會因發熱量小于純粹水泥環而使井溫曲線出現起伏波動。因此，井溫測井曲線的起伏形態理論上應能達到固井測井的另一目的：確定是否存在混漿段，進而評判固井質量。

研究中統計發現，井溫測井曲線的起伏情況與工藝孔最終的質量情況對比如下：井溫曲線形態較為平滑（溫度變化小）的工藝孔僅占約33.89%，多數工藝孔井液液面以下水泥下界面以上部位的溫度（無混漿段存在）都存在一定的起伏變化（圖2）。首先，質量相對較好的125個工藝孔不存在混漿段，質量相對較差的55個工藝孔中有47個工藝孔存在混漿段，說明是否存在混漿段是判斷工藝孔質量好壞的一個重要標志；其次，在質量相對較好的工藝孔中，井溫曲線起伏較小的工藝孔所占比例只有40.56%，質量相對較差的工藝孔中，也存在井溫曲線起伏較小的情況，所占比例為5.00%。所有鉆孔的井溫曲線中，起伏較大的鉆孔所占比例達到了54.44%，說明井溫曲線的起伏情況不能作為判斷工藝孔固井質量好壞的依據。經過分析與對比，認為主要原因有二：一是當井徑不同時（砂巖層會出現因塌陷而擴大，泥巖層會出現因遇水而縮徑的情況）水泥量會有所不同，從而導致井溫曲線有一定起伏；二是即使井徑完全相同，也會存在因水泥攪拌不均勻和注壓不均勻而導致溫度曲線起伏的情況。

4 固井水泥下界面檢測方法

針對井溫測井曲線在設計水泥下界面附近表現出的快速與緩慢降低情況，實際井溫測井研究中，水泥下界面的確定主要通過兩種方法實現：①當水泥下界面附近的溫度變化過程相對較短時（快速降低型），根據設計水泥下界面附近溫度變化的拐點（即拐點法）判定水泥下界面的位置；②當水泥下界面附近的溫度變化過程相對較長時（緩慢降低型），根據設計水泥下界面附近溫度變化的半幅點（即半幅點法）判定水泥下界面的位置。圖3和4分別是根據井溫測井曲線設計水泥下界面附近拐點和異常半幅點解釋水泥下界面的典型類型。

5 結論與建議

本文從原理和實際測井效果分析，認為井溫測井是檢測固井水泥下界面的適宜測井方法，且找到了確定水泥下界面的方法，主要結論如下：

（1）盡管受地表環境溫度的影響，工藝孔的井溫會在井液液面位置發生相對較大的變化，但并不影響固井質量。由于受井徑不同或水泥攪拌不均勻、注壓不均勻等因素影響會導致工藝孔井液液面以下水泥下界面以上的井溫曲線出現起伏情況，但96.7%的工藝孔的井溫在水泥下界面發生了較為明顯的降低現象，說明通過井溫測井用于確定固井水泥下界面是有效的。

（2）水泥下界面的確定方法與設計水泥下界面附近井溫從較高降低到相對平穩過程所對應的垂直深度有關。垂直深度較大時宜用半幅點法確定水泥下界面，較小時宜用拐點法確定水泥下界面。

（3）從圖3和4中可發現，在根據拐點法和半幅點法解釋出的水泥下界面位置，密度和聲波時差曲線都有明顯反應，主要表現在聲波時差數值會升高，密度值一般會降低，規律性較強。建議在測井檢測過程中綜合密度、聲波時差資料綜合確定水泥下界面的位置，以避免出現因施工質量等原因導致的井溫曲線在水泥下界面附近溫度變化不明顯，不易直接通過井溫測井資料確定水泥下界面的情況。

（4）井溫測井能達到解釋固井水泥下界面的目的，不能進行混漿段的組成或成分確定。井溫曲線的波動起伏情況不能作為判定工藝孔質量較差的依據，應該尋找其他方法來確定混漿段的成分。

參考文獻：

[1]魏濤.油氣井固井質量測井評價[M].北京：石油工業出版社，2010.

[2]葉陽，田亮，張琪.某鈾礦床地浸實驗孔成建井工藝研究[J]. 地下水，2014，36（05）：141-142.

[3]劉月樓，張效壽，陳德書.地浸孔的結構及成井工藝[J].West-China Explorion Engineering，1992，04（02）：6-11.

[4]劉向君等.測井原理及工程應用[M].北京：石油工業出版社，2006.