测井评价固井质量的方法与技术.pptx
SWPI-中海油技术服务中海油技术服务首先请同志们思考下列两个问题首先请同志们思考下列两个问题：1)1)目前油田现场在利用测井手段评价固井目前油田现场在利用测井手段评价固井质量时有哪些常规方法或新方法？有哪些质量时有哪些常规方法或新方法？有哪些比较流行的评价软件？比较流行的评价软件？如何确定窜槽位置如何确定窜槽位置( (挤水泥）？挤水泥）？2)2)固井质量好的井段固井质量好的井段声波幅度声波幅度值值 ? ? , , 固井质固井质量差的井段声波幅度值量差的井段声波幅度值 ? ? , ,在调辉记录的在调辉记录的VDLVDL图图上，左边套管波条纹清晰、右边地层波条纹消上，左边套管波条纹清晰、右边地层波条纹消失，则意味着第一胶结面胶结失，则意味着第一胶结面胶结？，第二胶结面，第二胶结面胶结胶结？，SBTSBT是什么测井？是什么测井？固井质量测井评价方法的种类及固井质量测井评价方法的种类及发展状况发展状况水泥胶结测井水泥胶结测井( (CBL)CBL)方法原理及应用方法原理及应用声波变密度测井声波变密度测井( (VDL)VDL)方法原理及应用方法原理及应用水泥评价测井水泥评价测井( (CET)CET)的方法原理及应用的方法原理及应用超声成象测井超声成象测井( (USI)USI)同位素示踪同位素示踪( (RTS)RTS)测井方法及应用测井方法及应用WATCHWATCH软件演示及现场应用分析软件演示及现场应用分析结论与建议结论与建议 从最早的从最早的CBLCBL到目前先进的到目前先进的USI,USI,记录了记录了评价固井质量的声测井方法和仪器的发展评价固井质量的声测井方法和仪器的发展历程历程 ！CBLCBL VDL VDLCET/SBTCET/SBT USI,CBIL,UBIUSI,CBIL,UBI水泥水泥套管套管套套管管波波V泥浆泥浆 V套管套管地面仪地面仪TR地层地层 套管和水泥环胶结好，套管和水泥环胶结好，R接接收到信号幅度低收到信号幅度低(套管与水泥环套管与水泥环差别小，界面上的声耦合好，差别小，界面上的声耦合好，当套管波在当套管波在C上传播时，大部分上传播时，大部分E被偶合到水泥环中去了，仅有被偶合到水泥环中去了，仅有小小E折回井中被记录）；反之，折回井中被记录）；反之，R接收到信号幅度高。接收到信号幅度高。R收到的声信收到的声信号为滑行纵号为滑行纵波（套管波）波（套管波）其幅度与套其幅度与套管内外介质管内外介质的性质及分的性质及分布有关布有关1)测井时，由接收探头接收由套管波引起的折射波的幅度测井时，由接收探头接收由套管波引起的折射波的幅度(通常是测量其第一个波峰的幅度通常是测量其第一个波峰的幅度)，由测量线路把声波幅，由测量线路把声波幅度转换成与之成正比的电压大小，并由地面照相记录仪记度转换成与之成正比的电压大小，并由地面照相记录仪记录。测量是在井内自下而上连续进行，便得到一条随不同录。测量是在井内自下而上连续进行，便得到一条随不同深度的固井质量而变化的声幅曲线。深度的固井质量而变化的声幅曲线。 2)测量井段从井底到水泥面以上测量井段从井底到水泥面以上50-10050-100m m处，测井时把井处，测井时把井下仪器放到预计水泥上返高度之上下仪器放到预计水泥上返高度之上200-300m处的纯泥浆处的纯泥浆段段(自由套管井段自由套管井段),调节仪器调节仪器(检流计光点检流计光点),使曲线偏转使曲线偏转8-10cm,这是全井段最大值，然后下到井底，上提测井！这是全井段最大值，然后下到井底，上提测井！3)CBL曲线的横向比例为曲线的横向比例为50mv/Cm,深度比例为深度比例为1:200。4)具体解释时在参考具体解释时在参考GR,CAL曲线时，首先确定纯泥浆段，曲线时，首先确定纯泥浆段，然后确定混浆带，最后根据相对幅度来判定固井质量。然后确定混浆带，最后根据相对幅度来判定固井质量。CBLCBL具体的测井过程及曲线解释具体的测井过程及曲线解释CBLCBL测井解释实例测井解释实例0_500mv固井声幅固井声幅CBLCBL测井曲线实例测井曲线实例固井声幅固井声幅CBLCBL测井曲线实例测井曲线实例固井声幅固井声幅CBLCBL测井曲线实例测井曲线实例固井声幅测井曲线固井声幅测井曲线自然电位测井曲线自然电位测井曲线 CBL测井测得声幅曲线测井测得声幅曲线(首波滑行纵波的幅度）首波滑行纵波的幅度） 声幅固井评价。由于首波幅度对套管井中套声幅固井评价。由于首波幅度对套管井中套管与水泥胶结情况反应比较明显，因此只能评价管与水泥胶结情况反应比较明显，因此只能评价第一界面第一界面(套管与水泥界面套管与水泥界面)的胶结程度的胶结程度(对第二界面无对第二界面无能为力能为力)。 国内对利用国内对利用CBL资料判断固井质量采用相对幅资料判断固井质量采用相对幅度度A和归一化值和归一化值CBL3两个概念两个概念( (评价指标评价指标）：）：A=目的井段曲线幅度目的井段曲线幅度/ /自由套管曲线幅度自由套管曲线幅度*100% A 20% 胶结好；胶结好； 20% A 40% 胶结差胶结差 各地区的固井质量评价标各地区的固井质量评价标准差别较大。例如固井质量差准差别较大。例如固井质量差的相对幅度的相对幅度(A)，江汉油江汉油田定为大于田定为大于40%，四川地，四川地区定为大于区定为大于70%，而在南，而在南海湛江一般定为多大呢？海湛江一般定为多大呢？ 利用利用CBL曲线时确定固井曲线时确定固井质量时，还应参考井径曲质量时，还应参考井径曲线和自然伽马曲线或自然线和自然伽马曲线或自然电位曲线电位曲线(用于确定用于确定h)，此此外务必了解固井施工情况。外务必了解固井施工情况。 CBL3胶结指数胶结指数评价指标是利用评价指标是利用CBLCBL所测得的声幅曲线所测得的声幅曲线进行归一化处理，从而得到套管井中水泥胶结情况的评价进行归一化处理，从而得到套管井中水泥胶结情况的评价结论结论( (CBL3CBL3越小越小, ,第一界面的胶结程度越高第一界面的胶结程度越高, ,固井质量越好固井质量越好) )。 CBL3=1 CBL*Lmax/Cmax式中式中 Cmax-自由套管的最大声幅值；自由套管的最大声幅值； CBL-目的井段声幅曲线值；目的井段声幅曲线值； Lmax-计算得到计算得到的胶结好的的胶结好的最大值最大值(常取为常取为1）；）； CBL3-归一化后的胶结指数值；归一化后的胶结指数值；Note 当当CBL31时，则时，则CBL3=1; 当当CBL3 2cm，对套管波衰减为定值；对套管波衰减为定值； h2cm，水泥环越薄水泥环越薄(h越小越小)对套管波的衰减越小，对套管波的衰减越小，测得的声幅值越高，有时容易把胶结好的井段判断为测得的声幅值越高，有时容易把胶结好的井段判断为胶结差！解释时应参考井径曲线，对泥饼相对较厚胶结差！解释时应参考井径曲线，对泥饼相对较厚(h越小越小)的井段要注意！此外，水泥环较薄时，硬地层的的井段要注意！此外，水泥环较薄时，硬地层的地层波地层波(信号较强信号较强)将掩盖套管波，造成误解释。将掩盖套管波，造成误解释。3)气侵泥浆气侵泥浆: 使声波的衰减很大，声幅测值降低使声波的衰减很大，声幅测值降低；4)套管厚度套管厚度 hcase：6-18mm, 套管越薄，对声波衰套管越薄，对声波衰减越大，声幅低值；对应套管接箍处减越大，声幅低值；对应套管接箍处低低CBL值。值。5)微环微环: 套管与水泥之间出现的微小环形间隙，一套管与水泥之间出现的微小环形间隙，一般厚度般厚度 V V泥浆泥浆 ；V V套管套管 V V水泥水泥 ； V V地层地层 V V水泥水泥（VmVmVcVc VpVp) )=全波列波形识别全波列波形识别套管波套管波 地层波（纵波、地层波（纵波、横波、视瑞利波组合而成，幅横波、视瑞利波组合而成，幅度值较高）度值较高） 泥浆波（到达泥浆波（到达时间最晚，稳定，频率低，幅时间最晚，稳定，频率低，幅度变化不大）度变化不大）STST斯通利波斯通利波（仅随泥浆波之后）（仅随泥浆波之后） 地面仪地面仪TR水泥水泥套管套管地层地层泥泥浆浆波波调辉记录的变密度全波列波形图调辉记录的变密度全波列波形图 VDL是是现场检查固井质量的常用方法，其优现场检查固井质量的常用方法，其优点是简单、信息量大，它在每一深度采样点上输点是简单、信息量大，它在每一深度采样点上输出一个反映该点所在层段的声波全波列图，该波出一个反映该点所在层段的声波全波列图，该波列图上既有反映第列图上既有反映第I界面的套管波，还有反映第界面的套管波，还有反映第II界面的水泥环波及地层波。界面的水泥环波及地层波。 在处理在处理VDL资料时，通常将地层波的幅度作资料时，通常将地层波的幅度作为判断为判断第第II界面界面胶结状况的标准。在对地层波解胶结状况的标准。在对地层波解释时，最好应用谱分析法，在时间域和频率域内释时，最好应用谱分析法，在时间域和频率域内从相当速度、幅度方面综合解释。从相当速度、幅度方面综合解释。 记录方式：记录方式：调辉记录和调宽记录调辉记录和调宽记录调辉记录调辉记录:以颜色深浅变化反映声波能量的变化以颜色深浅变化反映声波能量的变化( (主要使用主要使用) )；调宽记录调宽记录:以记录条带宽度的变化反映声波能量的变化；以记录条带宽度的变化反映声波能量的变化； 经模拟实验和现场表明，在各种水泥胶结情况下，套经模拟实验和现场表明，在各种水泥胶结情况下，套管波与地层波的幅度变化有一定的规律：管波与地层波的幅度变化有一定的规律： 1)自由套管时，套管信号强，地层信号弱自由套管时，套管信号强，地层信号弱(如图如图a); 2)固井质量好时，套管信号弱，地层信号强固井质量好时，套管信号弱，地层信号强(如图如图b); 3)水泥与套管胶结好，水泥与地层胶结不好时，套管水泥与套管胶结好，水泥与地层胶结不好时，套管与地层信号都弱与地层信号都弱(如图如图c)。 不同固井情况下的套管波与地层波如下不同固井情况下的套管波与地层波如下地面仪地面仪TR水泥水泥套管套管地层地层（1）自由套管波）自由套管波套管外无水泥而是泥浆套管外无水泥而是泥浆泥泥浆浆波波V泥浆泥浆 V泥浆泥浆 ，V套管套管 V水泥水泥 V地层地层 V水泥（水泥（VmVcVp)=在全波列波形如何判断：在全波列波形如何判断： 套管波弱，地层波强，套管波弱，地层波强，在在VDLVDL密度上左边的条纹模密度上左边的条纹模糊或几乎消失，与右边的糊或几乎消失，与右边的条纹条纹即地层波即地层波反差大，反差大，地地层波象裸眼井测的一样层波象裸眼井测的一样 ！泥泥浆浆波波（2 2）第第I I界面界面和第和第IIII界界面胶面胶结都结都好好地地层层波波3）第第I界面胶结好，第界面胶结好，第II界面胶结差界面胶结差：套管波很弱，套管波很弱，地层波也弱或消失；套管波和地层波左右条纹模糊、信号地层波也弱或消失；套管波和地层波左右条纹模糊、信号很弱很弱（CBLCBL曲线低值，对此无能为力甚至误判。油田不少曲线低值，对此无能为力甚至误判。油田不少井因水泥环与地层胶结不好而发生串槽）井因水泥环与地层胶结不好而发生串槽）4)I界面胶结差界面胶结差，IIII界面胶结好：界面胶结好：套管波很强，地层信套管波很强，地层信号中等显示；左边条纹明显号中等显示；左边条纹明显, ,右边也有显示。右边也有显示。注意注意( (地层疏地层疏松或井眼很大或水泥与套管空隙很大，使地层波信号变弱。松或井眼很大或水泥与套管空隙很大，使地层波信号变弱。5)第第I界面和第界面和第II界面胶结都差：界面胶结都差：套管波明显，条套管波明显，条纹、多幅度大，有的井段套管信号占据了地层波纹、多幅度大，有的井段套管信号占据了地层波或泥浆波的位置，与自由套管时的套管波类似！或泥浆波的位置，与自由套管时的套管波类似！地层波微弱甚至消失，泥浆波条纹由于受套管波地层波微弱甚至消失，泥浆波条纹由于受套管波的影响而出现波浪形！的影响而出现波浪形！ 关于第关于第I和和第第II界面胶结质量在界面胶结质量在VDLVDL图的特点总结图的特点总结： 1)第一界面胶结好时，第一界面胶结好时，在在VDL图上，图上，其套管波其套管波一般为弱信号，条纹模糊或消失。一般为弱信号，条纹模糊或消失。反之亦然。反之亦然。 2)第二界面胶结好时第二界面胶结好时，在，在VDL图上，图上，其地层波其地层波一般都为强到中等信号显示，条纹粗而明显，颜一般都为强到中等信号显示，条纹粗而明显，颜色深。色深。反之亦然。注意特殊情况！反之亦然。注意特殊情况！ 3)VDL资料判别胶结好坏的资料判别胶结好坏的一般规则一般规则:好好好好弱弱强强 , 好差好差弱弱，差好弱弱，差好强强强强, 差差差差强弱强弱/强强强强 4)通常将通常将套管波的套管波的幅度作为判别第幅度作为判别第I界面胶结状界面胶结状况的标准况的标准(套管波与第套管波与第I界面偶合状况的关系较简单界面偶合状况的关系较简单)，而，而将将地层波的幅度作为判别第地层波的幅度作为判别第II界面胶结状况的标准界面胶结状况的标准(井内记录到的地层波与井内流体的声速及密度，套管及井内记录到的地层波与井内流体的声速及密度，套管及水泥环的厚度、声速和密度及地层的声学特性水泥环的厚度、声速和密度及地层的声学特性有关有关)！ 5)波列上按传播时间区分套管波、地层波、泥波列上按传播时间区分套管波、地层波、泥浆波：浆波：例如在例如在7ft的长源距声波全波列测井图中的长源距声波全波列测井图中: 378400392us , 928 1088us, 1728us 56us/ft , 135 155us/ft ，247us/ft5ftVDL的的地层波到达时间地层波到达时间：Tb=180+5*0.3048*tc讨论讨论:图图a第第I+II界面胶结差，图界面胶结差，图b第第I+II界面胶结好界面胶结好100 s 1000100 s 1000For Example:For Example: 某井段下了双层套管，外层套管下某井段下了双层套管，外层套管下深为深为121.45121.45米，在长源距的米，在长源距的VDLVDL图上，套图上，套管波很强，看不见地层波，但套管波中管波很强，看不见地层波，但套管波中的第的第1 1，第，第2 2两个黑色条纹两个黑色条纹( (相线相线) )缺失，缺失，表明内层套管外有水泥而外层套管外无表明内层套管外有水泥而外层套管外无水泥，内层套管水泥胶结好，外层套管水泥，内层套管水泥胶结好，外层套管外水泥胶结差。外水泥胶结差。 表表1 高密度水泥固井质量定量评价标准高密度水泥固井质量定量评价标准 I界面定量评价标准界面定量评价标准 II界面定量评价标准界面定量评价标准 胶结情况胶结情况CBL测井测井 BII(环空胶结率环空胶结率) EI (能量参数能量参数) EII(能量参数能量参数) 评价结论评价结论80% 8% 30% 25% 80% 差差 表表2 低密度水泥固井低密度水泥固井 I 界面定量评价标准界面定量评价标准CBL测井测井 BII(环空胶结率环空胶结率) EI (能量参数能量参数) 胶结情况胶结情况评价结论评价结论70% 40% 35% 差差声幅曲线与平均能量法计算套管波能量对比声幅曲线与平均能量法计算套管波能量对比第第I-III-II界面胶结都好时的声幅变密度处理成果图界面胶结都好时的声幅变密度处理成果图第第I-III-II界面胶结都好时的声幅变密度处理成果图界面胶结都好时的声幅变密度处理成果图三、三、CET扇区扇区水泥胶结测井水泥胶结测井 CBL和和VDL两种测井的测量值是一平均概念，两种测井的测量值是一平均概念，局限性在于不能显示某方位水泥胶结质量，而局限性在于不能显示某方位水泥胶结质量，而CET不仅反映套管井中不仅反映套管井中2个声学界面的胶结情况，个声学界面的胶结情况，而且对管外水泥具有圆周而且对管外水泥具有圆周(径向径向)分辨率和纵向分辨分辨率和纵向分辨率，提供水泥抗压强度的测量，以高灵敏度声波率，提供水泥抗压强度的测量，以高灵敏度声波井径反映各方位的套管内径，指示套管变形、腐井径反映各方位的套管内径，指示套管变形、腐蚀及磨损情况等。提高了定量评价水泥胶结的精蚀及磨损情况等。提高了定量评价水泥胶结的精度，且容易解释！度，且容易解释！ 1)CET/SBT下井仪器由下井仪器由8个声波换能器和一个个声波换能器和一个参考换能器组成。参考换能器组成。8个换能器个换能器(高垂直分辨率的传高垂直分辨率的传感器感器)是逐个测量的，按螺旋形排列是逐个测量的，按螺旋形排列(相邻两个之相邻两个之间夹角为间夹角为45。),各探测套管的各探测套管的45度空间，即可以探度空间，即可以探测井周的测井周的8个不同方位上的扇形空间的胶结质量。个不同方位上的扇形空间的胶结质量。它们纵向排列长度大约为它们纵向排列长度大约为2ft ( 0.6米）。米）。 2)每个换能器采用脉冲每个换能器采用脉冲- -回波方式工作，既是回波方式工作，既是声波发射器又是声波接收器，对着套管壁的方向声波发射器又是声波接收器，对着套管壁的方向发射声脉冲，脉冲在套管内外界面之间反射谐振，发射声脉冲，脉冲在套管内外界面之间反射谐振，此时换能器可得到衰减形式的谐振回波信号。此时换能器可得到衰减形式的谐振回波信号。 超声波成像测井超声波成像测井(USI，UBI, 优于优于BHTV) 1)与与CET工作原理相同，测量沿径向向套管工作原理相同，测量沿径向向套管发射的超声波脉冲的发射的超声波脉冲的回波回波，可提供连续的全井眼，可提供连续的全井眼回波信号；回波信号； 2）由地面的）由地面的MAXIS-500仪器系统执行分析仪器系统执行分析，产生，产生4个参数：个参数：水泥声阻抗水泥声阻抗Z(评价胶结情况评价胶结情况)、套管内径和厚度、谐振回波、回波幅度；套管内径和厚度、谐振回波、回波幅度；输出输出2种成果图：种成果图：水泥评价图和套管腐蚀评价图。水泥评价图和套管腐蚀评价图。 4 4超声成像测井超声成像测井( (USIUSI）测井仪器测井仪器 USI有两种操作状态，即标准测量和流体测量。有两种操作状态，即标准测量和流体测量。逆时针旋转为面向套管和井壁的标准测量方式，逆时针旋转为面向套管和井壁的标准测量方式，顺时针旋转将使换能器在总成内旋转顺时针旋转将使换能器在总成内旋转180，这样可，这样可以测量井内流体的特性。以测量井内流体的特性。 USI使用的是不聚焦的换能器，将使用的是不聚焦的换能器，将USI面向平面面向平面的换能器换成高分辨率聚焦的裸眼换能器，的换能器换成高分辨率聚焦的裸眼换能器，USI就就变成了变成了UBI测井仪。测井仪。 为了从为了从USI采集的资料中得到可靠的信息，现采集的资料中得到可靠的信息，现已开发出一种称为已开发出一种称为T3的处理新技术。的处理新技术。USI数据的这数据的这种处理技术为了测出下列参数：套管的内半径，种处理技术为了测出下列参数：套管的内半径，套管内表面的粗糙度、套管厚度和水泥的声阻抗。套管内表面的粗糙度、套管厚度和水泥的声阻抗。可以直接从基本的谐振响应得到声阻抗。可以直接从基本的谐振响应得到声阻抗。 水泥胶结评价水泥胶结评价CET的测量原理与的测量原理与USI的测量原理相的测量原理相似，都可以提供具有方位分辨能力的测量结果，以探测似，都可以提供具有方位分辨能力的测量结果，以探测各个方位上的水泥胶结质量。但各个方位上的水泥胶结质量。但CET有有8个换能器，它个换能器，它们呈螺旋状排列，方位上彼此相差们呈螺旋状排列，方位上彼此相差45度，并且每个换能度，并且每个换能器只探测到一小段的套管。器只探测到一小段的套管。 USI测井仪只有一个旋转换能器，它能探测整测井仪只有一个旋转换能器，它能探测整个套管。个套管。 超声波成象测井采用旋转式超声换能超声波成象测井采用旋转式超声换能器对井周进行扫描，并记录回波波形信号，将测器对井周进行扫描，并记录回波波形信号，将测量到的反射波幅度和传播时间等信息进行一系列量到的反射波幅度和传播时间等信息进行一系列处理，把结果按井周处理，把结果按井周360方位显示成象，可以得方位显示成象，可以得到整个井壁的高分辨率成象。到整个井壁的高分辨率成象。一、测量原理一、测量原理 反射波能量，取决于井内流体与井壁介质的声阻抗反射波能量，取决于井内流体与井壁介质的声阻抗 1)1个换能器兼作发射和接收探头；个换能器兼作发射和接收探头； 2)换能器以固定速率旋转换能器以固定速率旋转 测量方式：测量方式：换能器向井壁作螺旋状连续扫描换能器向井壁作螺旋状连续扫描二、测井图特征及应用二、测井图特征及应用 井壁声阻抗大，反射波强；井壁声阻抗小，反射波井壁声阻抗大，反射波强；井壁声阻抗小，反射波弱，颜色暗。弱，颜色暗。 评价井壁介质的状况评价井壁介质的状况1、确定井壁裂缝位置和方位、确定井壁裂缝位置和方位2、鉴别岩性、鉴别岩性; 3、检查套管内壁、检查套管内壁 井下超声电视（井下超声电视（BHTV)
