套管及環(huán)形水泥對自然伽馬測井曲線的影響

陳曉芬　蓋建賓　高文明

摘 要：自然伽馬測井是通過測量地層的自然伽馬值，從而劃分巖性，進(jìn)行地層對比。自然伽馬測井的優(yōu)點(diǎn)是可以在裸眼井、套管井和高礦化度鉆井液以及干孔中進(jìn)行測量。在已下入套管的井內(nèi)進(jìn)行自然伽馬測井時，影響地層自然伽馬測井曲線的主要因素有套管、環(huán)形水泥等。通過套管段及套管加環(huán)形水泥段分別與裸眼段自然伽馬測井曲線進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)套管對地層放射性的影響比較均勻，與裸眼段相比幅值降低36%左右，不影響地層放射性曲線的整體形態(tài);套管加上環(huán)形水泥后，由于受到第四紀(jì)地層的穩(wěn)定性、分選性以及固井質(zhì)量等因素的影響，難以確定裸眼自然伽馬測井曲線的整體形態(tài)，因此能否利用下套管井測量的自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)恢復(fù)地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質(zhì)量等要素。

關(guān)鍵詞：自然伽馬;裸眼;套管;環(huán)形水泥;測井

Influence of casing and annular cement on gamma ray logging curve

CHEN Xiaofen，GAI Jianbin，GAO Wenming

（Beijing Institute of Geological and Prospecting Engineering，Beijing 100048， China）

Abstract： Natural gamma logging divides lithology by measuring the natural gamma value of formation， carry out stratigraphic correlation. The advantage of natural gamma logging is to measure in open hole， cased well and high salinity drilling fluid and dry hole. When natural gamma logging is carried out in the wells that have been put into the casing， the main factors that affect the formation gamma ray logging curve are casing， annular cement casing packing and so on. This paper compares and analyzes the natural gamma logging curves between casing section and casing plus annular cement section and open hole section. It is found that the casing has a uniform influence on the formation radioactivity， and the amplitude of the casing decreases by 36% compared with the open hole section， which does not affect the overall form of the formation radioactivity curve.? Because of the influence of Quaternary formation stability， formation sorting and cementing quality， it is difficult to determine the overall shape of the open hole natural gamma ray logging curve after casing and annular cement are added. Therefore， whether the formation information can be recovered by using the natural gamma ray logging data measured in cased wells should comprehensively consider the formation condition， well diameter change and cementing quality.

Keywords： natural gamma; open hole; casing; annular cement; logging

自然伽馬測井是以地層自然放射性為基礎(chǔ)，測井時自然伽馬射線探測器沿井眼進(jìn)行測量，記錄伽馬射線強(qiáng)度（徐保慶等，2002）。不同的巖層，放射性物質(zhì)含量不同，因而不同巖層在自然伽馬曲線上就有不同的反映，這是用自然伽馬測井的地質(zhì)地球物理基礎(chǔ)（陸勇，2018;尉中良等，2005）。自然伽馬測井的優(yōu)點(diǎn)是可以在裸眼井、套管井和高礦化度鉆井液以及干孔中進(jìn)行測量（王新杰等，2019）。測量和獲取測井曲線的方法技術(shù)簡單、成本低廉（宋子齊等，2011）。有些鉆孔在當(dāng)時環(huán)境下不具備測井的條件或地層不穩(wěn)定不具備裸眼探測的條件。如果可以通過在套管內(nèi)進(jìn)行自然伽馬測井獲取地層信息，能在很大程度上減少布孔勘察費(fèi)用。對今后工程項(xiàng)目的開展具有一定實(shí)際意義。本文通過對大興區(qū)某項(xiàng)目3眼井的套管段及套管加環(huán)形水泥段分別與裸眼段自然伽馬測井曲線進(jìn)行對比分析，認(rèn)為能否利用下套管井測量的自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)恢復(fù)地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質(zhì)量等要素。

1 實(shí)例分析

北京市大興區(qū)某項(xiàng)目井管設(shè)計(jì)分為3段：第一段（0～80 m）為下泵段及開孔段，井徑Φ560 mm，井管Φ426 mm，管壁厚度10 mm，設(shè)計(jì)采用 42.5 R 硅酸鹽水泥漿封（固）井，該段地層為第四系;第二段（80～350 m）井徑Φ311 mm，井管Φ244.5 mm，管壁厚度8 mm，為開采段，套管為濾水管;第三段（350～510 m）井徑Φ216 mm，井管Φ159 mm，為開采段，套管為濾水管，第二段及第三段地層為石灰?guī)r地層。

測井儀器采用的是北京中地英捷PSJ-2A數(shù)字測井系統(tǒng)，通過三眼井3次的自然伽馬測井曲線進(jìn)行對比。第一次探測范圍是0～80 m，簡稱一開;第二次探測范圍是0～350 m，簡稱二開;第三次探測范圍是0～510 m，簡稱三開。套管加環(huán)形水泥段與裸眼段自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比（30～80 m）：二開套管加環(huán)形水泥段與一開裸眼段自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù);套管段與裸眼段自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比（80～350 m）：三開套管段與二開裸眼段自然伽馬數(shù)據(jù)。采樣率為0.05 m一個點(diǎn)。利用MATLAB軟件的corrcoef 函數(shù)求相應(yīng)兩列數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)r，其計(jì)算的公式為：

其中n為測點(diǎn)數(shù)， 為數(shù)列x的平均值，為數(shù)列y的平均值。|r|的取值與相關(guān)程度見表1。

對比結(jié)果見圖1、圖2、圖3，由于零點(diǎn)的選取存在偏差，對相關(guān)系數(shù)產(chǎn)生一定的影響，所以在相關(guān)系數(shù)圖中，對數(shù)據(jù)在深度上進(jìn)行偏移，以求得零點(diǎn)一致時的相關(guān)性，橫坐標(biāo)偏移距離負(fù)數(shù)為裸眼段數(shù)據(jù)往下偏移，正數(shù)為裸眼段數(shù)據(jù)往上偏移。上下各偏移10 m，對偏移后的數(shù)據(jù)做相關(guān)分析。

2 結(jié)果討論

從自然伽馬曲線圖中可以看出，3眼井的裸眼段的自然伽馬值（藍(lán)色線）均大于下管和固井后測的自然伽馬值，主要是下套管后，套管及環(huán)形水泥對地層自然伽馬有一定的吸收;3眼井在二開（綠色線）30 m左右有個陡降，經(jīng)調(diào)查該深度為靜水位，造成放射性曲線在此處有異常，為了更好分析套管加環(huán)形水泥段與裸眼段的相關(guān)系數(shù)，在相關(guān)系數(shù)圖中，只取30～80 m段進(jìn)行分析。

從相關(guān)系數(shù)圖中可以看出，套管加環(huán)形水泥段與裸眼段自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)性為低度相關(guān)，普遍低于0.4，為極低相關(guān)—低度線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的曲線圖比較雜亂，沒有一定的規(guī)律;套管段與裸眼段自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)性較好，普遍高于0.7，為高度相關(guān)—極高相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的曲線圖比較規(guī)律，大致都在0點(diǎn)處達(dá)到最高值，隨著偏移位置的加大，相關(guān)系數(shù)不斷的對稱減小。

30～80 m套管加環(huán)形水泥段與裸眼段相關(guān)性較差的原因主要有3點(diǎn)：一是第四系穩(wěn)定性差，造成井徑不規(guī)則，導(dǎo)致填充的水泥環(huán)形狀不均勻，從而對地層自然伽馬的吸收不均勻;二是地層的分選性差，地層分界處自然伽馬值沒有很大的變化，加上水泥環(huán)的不均勻吸收，容易掩蓋地層分界信息;三是固井質(zhì)量影響，水泥充填不密實(shí)，局部出現(xiàn)竄槽，加劇地層自然伽馬的不均勻吸收。三點(diǎn)因素的綜合影響，導(dǎo)致套管加環(huán)形水泥段與裸眼段相關(guān)性較差。

在80～350 m開采段，安裝濾水管，套管對地層放射性的吸收很均勻，從表2中可看出，套管段平均自然伽馬值為裸眼段平均自然伽馬值的64%左右。類似對地層的放射性整體進(jìn)行縮放，兩次的探測曲線有很好的一致性。

因此，能否利用下套管井測量的自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)恢復(fù)地層信息，要綜合考慮地層情況、井徑變化、固井質(zhì)量等要素。

大興區(qū)另一項(xiàng)目中，在已有井套管內(nèi)進(jìn)行自然伽馬測井，利用附近測井資料進(jìn)行對比解譯，恢復(fù)了該井的地層信息，后通過井下電視錄井，發(fā)現(xiàn)濾水管位置與砂層位置大體一致。

通過套管內(nèi)自然伽馬測井曲線恢復(fù)地層信息在實(shí)際水文地質(zhì)勘探工作中取得了一定的成果，但也存在一定的不足，單一的物探方法取得的數(shù)據(jù)具有多解性，應(yīng)多收集周邊鉆孔資料進(jìn)行對比分析，建立區(qū)域性井間測井曲線的關(guān)聯(lián)特征，相對準(zhǔn)確的還原地層信息，以滿足我們城市規(guī)劃建設(shè)的需要。

3 結(jié)論

套管對地層放射性的吸收很均勻，與裸眼段相比幅值降低36%左右，不影響地層放射性曲線的整體形態(tài)。在經(jīng)過水泥固井后的套管內(nèi)測量時，由于第四系穩(wěn)定性差，地層分選性差，加上固井質(zhì)量的影響，對地層放射性綜合影響復(fù)雜，看不出裸眼自然伽馬測井曲線的整體形態(tài)。所以在進(jìn)行套管自然伽馬測井前，應(yīng)對地層情況、固井質(zhì)量等進(jìn)行調(diào)查。

當(dāng)無環(huán)形水泥時，套管內(nèi)自然伽馬測井曲線能再現(xiàn)地層信息;當(dāng)有環(huán)形水泥時，如果形狀規(guī)則均勻，類似于只有套管時均勻地吸收地層自然伽馬值，自然伽馬曲線整體形態(tài)不會改變，不影響對地層的解釋。因此，在一定條件下，可以利用套管內(nèi)自然伽馬測井獲得地層信息。

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