固井质量评价面临的新问题

第３９卷　第１期２０１５年２月

（）文章编号：００４３３８２０１５０１００１５１１００－－－

测　井　技　术

ＷＥＬＬＬＯＧＧＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　　

Ｖｏｌ．３９　Ｎｏ．１ｅｂ２０１５Ｆ　

固井质量评价面临的新问题及思路

陈向军１，李维彦２，杨顺辉１

（）中国石化石油工程技术研究院，北京１长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉４１．００１０１；２．３００７９摘要：测井解释方法对于准确客观评价固井质量非常关键，常用的测井解释方法在评价特殊条件下的固井质量时存在许多困难，导致解释结果与实际情况差别较大。在现有固井质量测井资料基础上，讨论了一种新的解释思路及方法。利用裸眼井测井资料判断地层，结合Ｖ通过时－频分析区分套管ＤＬ波形并通过软件计算确定开窗时间；分别计算其声波能量，用于评价界面胶结质量。将该方法应用于中国石化在伊朗雅达油田施工井的波与地层波，

解释中，解释结果相对于现用方法与后续生产情况更相符。在双层套管与快速地层的条件下，新方法解释结论更加符合实际情况。

关键词：固井质量；双层套管；快速地层；开窗时间；胶结质量；声波能量中图分类号：Ｐ６３１．８１４　　　　文献标识码：Ａ：／Ｄｏｉ１０．１６４８９．ｉｓｓｎ．１００４３３８．２０１５．０１．００１１－ｊ

ＮＣｅｍｅｎｔＳｈｅａｔｈＥｖａｌｕａｔｉｏｎｅｗＰｒｏｂｌｅｍｓ＆ＭｅａｓｕｒｅｓｉｎＩｎｔｅｒｒｅｔｉｎ　　　　　　ｐｇ　

１２１

，，ＹＡＮＧＣＨＥＬＮ　ＸｉａｎｕｎＩＷｅｉａｎＳｈｕｎｈｕｉ　　　ｇｊｙ

（，；１．１００１０１，ＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳＩＮＯＰＥＣ，Ｂｅｉｉｎ　　　　ｊｇｇｇ　

，Ｗｕ，Ｈ），Ｙｈａｎｕｂｅｉ４３００７９，Ｃｈｉｎａ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＧｅｏｈｓｉｃｓａｎｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍ　ＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔ　　　　　　ｐｙｇｙ

：ＴＡｕａｌｉｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｋｅｔｏｅｔｔｒｕｅａｎｄｏｂｅｃｔｉｖｅｂｓｔｒａｃｔｈｅｃｅｍｅｎｔｓｈｅａｔｈ　　　　　　　　　　　ｑｙｙｇｊ　　

／ｆｏｒｍａｔｉｏｎｄａｔａ．ＴｈｅｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｓｓｔｅｍｏｎＣＢＬＶＤＬｉｓｄｅｆｅｃｔｉｖｅｗｈｉｃｈｄｏｅｓｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅ　　　　　　　　　　　　ｐｙｃｏｍｌｉｃａｔｅｄｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｃａｓｉｎａｎｄｆａｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｃｏｕｌｄｎｏｔ　　　　　　　　　　ｐｇｐ　

，ｗｓｈｏｗｔｈｅｒｅａｌｗｅｌｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ａｎｅｗｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｓｓｔｅｍ　ｗｉｔｈｓｏｆｔｗａｒｅｉｓａｌｉｅｄｈｉｃｈｃａｎ　　　　　　　　　　　ｐｙｐｐａｖｏｉｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｃａｓｉｎｏｒｆａｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｗｅａｎａｌｚｅｔｈｅｏｅｎｈｏｌｅｌｏ　　　　　　　　　　　　ｇｙｐｇ　

ｄａｔａｔｏｆｉｎｄｔｈｅｆａｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｗｉｄｏｗｔｉｍｅａｒｅｄｅｆｉｎｅｄｂｔｈｅＶＤＬｗａｖｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　　　　　　　　　　　　　　　ｙ　ｆｂｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｎｗｅｄｉｆｆｅｒｔｈｅｃａｓｅｗａｖｅａｎｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｖｅｔｈｒｏｕｈｔｉｍｅｒｅｕｅｎｃ－　　　　　　　　　　　ｙｇｑｙ　

，ａｎａｌｓｉｓｆｉｎａｌｌｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｎｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｅｍｅｎｔｉｎｕａｌｉｔ．Ｔｈｅ　　　　　　　ｙｙｇｙｇｑｙ　　　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｉｎＹａｄａｏｉｌｆｉｅｌｄｉｎＩｒａｎ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅａｌｗｅｌｌ　　　　　　　　　　　　　ｐ，，ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｏｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌａｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｎ　　　　　　　　ｙｐｐｐ　，ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｃａｓｉｎａｎｄｆａｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｏｏｄａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　　　　　　　　　　　　ｇｐｇ　ｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　　　

；；ｗ；：；Ｋｅｗｏｒｄｓｃｅｍｅｎｔｓｈｅａｔｈｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｃａｓｉｎｆａｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｄｏｗｔｉｍｅｃｅｍｅｎｔｉｎｕａｌｉｔ　　　　　ｇｇｑｙｙ　

；ａｃｏｕｓｔｉｃｅｎｅｒｕａｌｉｔ　ｇｙｑｙ

绝收井，导致较大的经济损失。固井质量不合格的井一般需要经过补救合格后方可交井，而补救措施一般为射孔挤水泥，不仅费时较长，费用较高，工序复杂，风险较大，而且对于套管的完整性有较大破

０　引　言

固井质量是钻井工程的一项重要考核指标，固井质量不合格的井将会面临着高额扣款甚至会被拒

）基金项目：国家科技重大专项中东富油气区复杂地层井筒关键技术（编号：资助０２０１１ＺＸ０５０３１０４－作者简介：陈向军，男，高级工程师，从事固井技术研究与管理工作。１９７１年生，

坏，对于地层孔隙度较低的井成功率较低。

固井质量解释评价需要准确反映界面胶结情况，尽可能避免或减轻无关信息对固井质量解释的干扰，尤其在双层套管（尾管与上层套管重叠段）出现的外层套管界面反射波，以及快速地层（灰岩声波／／套管声波时差为１出现时差为１５６μｓｍ，８７μｓｍ）

的地层波早到现象等，将严重干扰固井质量评价的准确性。误差过大的解释结论将会严重影响后续作业方案及决策的准确性、合理性，造成不合理的挤水泥及射孔等作业，增加额外的生产成本。

２　在特殊条件下固井质量解释新思路

及方法

　　由于双层套管及快速地层对于套管波首波到达时间的干扰，外层套管反射波或者快速地层的地层波与首波叠加，导致取用的声波信号失真，最终解释出的结果无法真实反映出界面胶结质量。为此，在取用测井数据时必须首先过滤掉信息杂质，抽取准确的套管波及地层波信息，准确评价固井质量。

确定正确的开窗时间是取用准确套管波与地层波的首要条件。结合裸眼井测井资料并比对变密度波形，准确计算开窗时间，利用时－频分析区分套管波与地层波，计算出界面胶结指数，可以有效避免在错误的开窗时间提取错误的声波信息，从而得到更加准确的解释结果。快速地层的固井质量解释可以通过以下３个步骤准确提取套管波及地层波信息。对于双层套管，也可以采用这种思路及方法，只不过将上述的地层换成外层套管即可，从而也可以得到第Ⅱ界面的胶结指数，由此类推可以较准确的第Ⅰ、

第Ⅳ界面的胶结指数。进一步得到第Ⅲ、

２．１　根据裸眼测井资料判断地层是否为快速地层

快速地层的自然伽马、声波时差及变密度波到时与慢速地层有较大的区别，其自然伽马值一般小

＊

，／范围内，声波时差在４于１声波０ＡＰＩ５～５０μｓｆｔ

变密度的地层波相对于慢速地层明显提前到达，并

１　现用固井质量解释方法的缺陷

／ＢＬＶＤＬ测井资料评价固井　　现阶段一般采用Ｃ

质量。对于第Ⅰ界面普遍使用声幅、相对声幅、水泥

１］

，在无自由套管时采用水胶结强度、或胶结比评价［

泥胶结强度及胶结比可在一定程度上回避刻度问

］３２－

。在实际测井解释中一般采用计算机软件处题［

理结合人工纠错方式处理数据；采用ＶＤＬ波形结合Ｃ对于单层ＢＬ资料定性解释第Ⅱ界面胶结情况，套管及慢速地层比较准确。对于存在双层套管及快速地层等特殊情况，只能定性评价第Ⅱ界面，无法实现定量评价的目的。

１．１　对双层套管固井质量解释时未考虑多层界面

对声波的反射叠加作用

并与上层套管重叠　　尾管悬挂于上层套管内，

在重叠段存在２层套管而增加了２个００～２００ｍ，１

新的反射面，导致接收换能器收到更多的声波信息，并与内层套管的套管波信息叠加，使得声波信号增强，导致声幅增加。这种解释方法必然导致固井质量解释结果失真，对于固井质量良好的井段可能会

２］

。得出固井不合格的错误评价［

可根据裸眼测井资料明确不同井段的地层波传播速。）

见图１度及首波到时Ｔ０（

１．２　对快速地层固井质量解释时未考虑地层波提

前到达后的信号失真影响

可能会早于套管波　　快速地层声波传播速度快，

首波到达接收换能器，从而被当作套管波信息予以记录，属于二者叠加的结果。这将导致ＣＢＬ值偏大，造成使用Ｃ界面时出现较大偏差ＢＬ评价第Ⅰ

］［４２－

／图１　ＣＢＬＶＤＬ测井声波发射及接收路径图

。

在裸眼井地层中，声波从换能发射器以一定角度向外发射，声波穿过距离为Ｌｍｏ的钻井液到达地，之后再次穿过钻井层，然后沿地层传播（距离Ｌｆ）液后到达换能接收器，时间为Ｔ０。声波在套管固井

下同１ｆｔ＝１２ｉｎ＝０．３０４８ｍ，＊非法定计量单位，　

在声波变密度测井中，通常利用地层波的能量评价第Ⅱ界面胶结质量。但是在快速地层中，由于地层纵波速度高于套管纵波速度，使套管波和地层波难以区分，因而在评价第Ⅱ界面时采用的信息为失真的地层波，使得解释结果出现较大的偏差。

后的井筒中传播过程是穿过距离为Ｌｍｃ钻井液、距距离离为Ｌ距离为Ｌｃ的套管、ｃｒ的水泥石以及地层（，然后穿过水泥环、套管及钻井液到达换能接收Ｌｆ）器，时间为Ｔｃ。／／（）Ｔ０＝２Ｌｍｏｖｍ＋Ｌｖ１ｆｆ

／／／／）Ｔｃ＝２Ｌｍｃｖｍ＋２ＬｖＬｖｖ２ｃｃ＋２ｃｃｆｆ（ｒｒ＋Ｌ

式中，ｖｍ为声波在已知密度的钻井液传播速度；ｖｃ为声波在套管中的传播速度；ｖｍ与ｖｃ均为已知。ｖｃｒ为声波在胶结质量不同的水泥石中的传播速度，声波在不同胶结质量的水泥中的传播速度有一定差别，但声波在水泥石中经过的路程较短，所以水泥环

５］

。声波在水泥石中的基本上不对全波形产生影响［

］，）地层波频率范围管波与地层波区分开［见图３（ａ应该在（套管波频率范围００～１５０００）Ｈｚ之间，９０　　）Ｈ然后从信号中提取套在（６０００～２２０００ｚ之间；１　　］

。（）管波及地层波的能量［见图３ｂ

传播速度只与其密度有关，且根据室内试验是可知的。根据裸眼井测井可以计算出地层的传播速度，在固井后声波在水泥石与地层耦合带的传播速度与裸眼井地层波传播速度基本相同，

由此可以准确确定地然后确定地层波的开窗时间。层波首波到时Ｔｃ，２　通过不同频率及时－频分析区分出套管波及２．

地层波，并分别得到套管波及地层波能量地层波和套管波信号的主频不同，　　一般情况下，

８］６－

（，见图２）图２中前者频率低，后者频率高［

图３　某深度点实际变密度波形及频率分布图

套管波能量计算第Ⅰ、２．３　通过地层波、Ⅱ界面胶

结指数

进一步地层波能量Ｅ套、Ｅ地，　　分别计算套管波、

得到２个界面的胶结指数。

第Ⅰ界面胶结指数

／（）Ｅｃ－（Ｅｃ，Ｅｃ，Ｅｃ，ＩⅠ＝（３　　Ｂｍｍｍｉｎ）ａｘ－ｉｎ）（

第Ⅱ界面胶结指数

／（（），，，ＥＥＥＥＩⅡ＝（４　　Ｂｆ－ｆｍｆｍｆｍｉｎ）ａｘ－ｉｎ）

式中，Ｅｃ，Ｅｃ，ｍｍｉｎ为完全胶结段套管波能量；ａｘ为自由套管段套管波能量；，Ｅｆｍｉｎ为自由套管段地层波能量；，Ｅｆｍａｘ为完全胶结段地层波能量。

ＴＰＷＡＩＭＥＦＭ为地层波到达时间；ＶＥ为变密度

波形频率谱；ＧＷＦ２为５ｆＲ为自然伽马；ｔ变密度波形。据此设计相应的滤波器并通过时－频分析将套

３　固井质量解释实例

７７．８ｍｍ尾管１　　伊朗雅达油田两层生产尾管（Φ

及Φ的固井质量一直存在极大的１４．３ｍｍ尾管）１争议，在双层套管井段的固井质量解释结果为差；尾管封固井段为碳酸盐地层，以灰岩居多，属于快速地层，固井质量解释结果也为差。３．１　双层套管固井质量解释实例

１１４．３ｍｍ尾管全部位于Φ０９井Φ７７．８ｍｍＦ１套管内，目的是封堵Φ形成了７７．８ｍｍ射孔炮眼，１非常典型的双层套管结构。３．１．１　解释结果比较

考虑到伊朗雅达油田双层套管的解释难度及复

图２　变密度波形频率分布图

杂性，没有解释第Ⅱ界面固井质量，只解释了第Ⅰ界面。结果显示第Ⅰ界面胶结质量非常差，不合格段

长所占比例高达９但使用本文介绍的新方法解５．２％，

。释结果为全井段均达到合格以上，统计结果见表１

表１　Ｆ０９井Φ１１４．３ｍｍ尾管固井质量解释表

现用方

解释界面胶结质量

优

第Ⅰ界面

合格不合格优

第Ⅱ界面

合格不合格

法解释结果／％０　４．８　９５．２　／／／

新方法解释结果／％３．０３６３６．９７０　７．０７２．９３９０

２个方法解释结果差别／％－６３．０３－３２．１７９５．２／／／

的结果更加符合实际情况。

表２　Ｆ０９井射孔情况表

射开井段／ｍ４０５２．２～４０５６．８　　

７２．６～４１０８４０　　

４０５９．７～４０６８　　

结果不窜不窜不窜

射开井段／ｍ４１１５～４１２２　　

８０～４１８３．３４１　　

结果不窜不窜

３．１．３　现用固井质量解释方法产生偏差的原因

在３４０～４２２１ｍ层段存在明显的内外２个８　　。新方法计算出内层套管波套管波（见图５）

，（到达时间约为３外层套管波１４．３ｍｍ）５０μｓ１Φ

，，（时间约为３两者相差２图７７．８ｍｍ）７５μｓ５μｓ１Φ

５中的内外层套管波到时图与理论计算值基本一致。在测井采集和解释中可能忽视内层套管波的存在，如深度为４从变密度看存６０～４１７０ｍ层段，１　　在较强的内层套管波，但测量记录Ｃ相反ＢＬ值低；无内层套管波层段，ＢＬ值反而高。显然现场选择Ｃ外层套管波到达时间作为套管波到达开窗时间，获取的Ｃ所以依据ＣＢＬ信息错误，ＢＬ值评价第Ⅰ界面固井质量有较大偏差，若利用变密度波形重新处理，计算套管波、地层波能量评价固井质量，评价结果更可靠

。

０９井Φ１１４．３ｍｍ尾管固井质量解释　　图４为Ｆ

，常规法采用Ｃ图（５０～４１７０ｍ井段）ＢＬ值评价４１　　部分段甚至超第Ⅰ界面，相对声幅值均超过３０％，主要原因是没有过滤掉外层套管（过５０％，７７．８１Φ

的反射波，该反射波与该层套管（ｍｍ尾管）１４．３１Φ的套管波叠加，从而增大了接收到的声幅ｍｍ尾管）

值，反映到图４中即增大了相对声幅值，常规法评价该段第Ⅰ界面固井质量为差，此外也放弃了对第Ⅱ界面的评价。滤波法对第Ⅰ界面的评价为优－合格，对第Ⅱ界面评价为合格。该评价结果与后续生产情况相吻合，该段上下均射孔测试，未发生层间窜通

。

图５　Ｆ０９井Φ１１４．３ｍｍ尾管固井测井内外层套管波图

３．２　快速地层固井质量解释实例

图４　Ｆ０９井Φ１１４．３ｍｍ尾管固井质量解释对比图

图６为一快速地层固井质量评价结果图，利用对比ＴＢＬ值难以准确评价固井质量，ＩＭＥＦＭ和Ｃ

变密度发现，套管波和地层波到达时间相差不大，从变密度图上难区分套管波和地层波，但从变密度波形的频率谱上能够区分套管波和地层波，因此利用套管波、地层波能量计算的第Ⅰ、第Ⅱ界面胶结指数能够有效反映固井质量。

地层中存在多０９井Φ１７７．８ｍｍ尾管固井时，Ｆ

层段的快速地层。采用新的解释方法重新评价后，

３．１．２　射孔及后续生产情况

０９井Φ１１４．３ｍｍ尾管下入井段为３３９～Ｆ８　

测声幅井段３测量并解４２６２ｍ，３６．７５～４２１２ｍ，８　　　

释评价了绝大部分尾管封固井段。但是通过射孔及后续生产情况证实，生４个界面均未发生窜通现象，产验证结果见表２。这也表明现有的固井质量解释方法不能客观反应固井质量，相对而言，新方法得出

图６　快速地层固井质量解释图

发现第Ⅰ界面不合格比例降低了２第Ⅱ界１．２１％，。新方法的结面不合格比例降低了７．见表３）４％（果显示固井质量更好，也与实际情况更加吻合。

表３　Ｆ０９井Φ１７７．８ｍｍ尾管固井质量解释表

现用方

解释界面

胶结质量

优

第Ⅰ界面

合格不合格优

第Ⅱ界面

合格不合格

法解释结果／％３．１４７　５．３９　２１．４７　８７．５５　２３４．　２２８．　

新方法解释结果／％７２．３０　２７．４０．２６　８８．０５１１．１３０．８２　

两方法差别／％０．８４－２２．０１２１．２１－０．５－６．９７．４

固井质量解释准确性较差，需要从解释方法上改进。（）利用裸眼测井资料准确发现快速地层，计２

算出地层波到时，确定合理的开窗时间，通过时－频分析区别套管波与地层波，计算界面胶结指数，可以定量判断固井质量。

／（）使用Ｃ新方法解释ＢＬＶＤＬ测井解释时，３

结果与后续生产情况反映出的情况更加接近。参考文献：

［］Ｓ］．１　魏涛，王永松，宋周成，等．固井质量评价方法［

／：石油天然气行业标准Ｓ２１ＹＴ６５９２００４５１．－－［］２　齐奉忠，何爱国，唐纯静，等．固井质量评价技术探

讨［００４年固井技术研讨会论文集，固井技术研Ｃ］∥２讨会，贵阳，２００４．北京：石油工业出版社，００５：２４２．３３６３－

［］３　薛梅，楚泽涵，李艳华，等．对固井质量解释评价若

］（）：干问题的探讨［Ｊ．测井技术，２０００，２４６４７０７５．４－［］４Ｍ］．北京：石油工　魏涛．油气井固井质量测井评价［

，业出版社，２０１０：１４１４２２９０．１－

［］５　郭喜纯，王天雨，张光宇，等．利用声波变密度资料

］评价双层套管固井质量［Ｊ．国外测井技术，２０１２，：（）２５８．１９１５２－

［］６　江万哲，章成广，李维彦．快速地层固井质量评价技

］：术研究［Ｊ．工程地球物理学报，２００７，４（３）１７５－

３．３　射孔及后续生产情况

１５井Φ１１４．３ｍｍ尾管下入井段３６３．７３～Ｆ７　

测声幅井段３测量解释评４３０４ｍ，１０～４２５１ｍ，７　　　

价了绝大部分尾管封固井段。通过射孔及后续生产情况证实，地层间未发生窜通现象，生产验证结果见表４。进一步证实现用的固井质量解释方法不能客观反映固井质量，而新方法得出的结果更加符合实际情况。

表４　Ｆ１５井射孔情况表

射开井段／ｍ９５．８～４０９８．６４０　　

４１０２．６～４１１４．８　　４１１９～４１２２．４　　

结果不窜不窜不窜

射开井段／ｍ２４～４１４９４１　　

４１５０．５～４１８４　　４１８７．６～４１９２　　

结果不窜不窜不窜

７９．１

［］７　李维彦，章成广，江万哲，等．影响固井质量评价效

］：果的因素分析［２Ｊ．工程地球物理学报，００６，３（２）１１０３０７．－

［］８　王卫，李永杰，王玉娟．变密度测井能量谱法定量评

］：价固井第Ⅱ界面［Ｊ．测井技术，２０１３，３７（２）２０５－２０８．

（收稿日期：２０１４４７０２　本文编辑　王小宁）－－

４　结论及建议

（）常用的固井质量解释方法不适用特殊情况１

下的固井质量解释，尤其对于双层套管及快速地层的