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1、固井质量评价方法及应用固井质量评价方法及应用 王泽华老师王泽华老师2008年年12月月第一节第一节第一节第一节 前言前言前言前言一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展二、固井质量评价现状二、固井质量评价现状三、固井质量评价存在的问题三、固井质量评价存在的问题四、新疆测井公司固井质量评价技术四、新疆测井公司固井质量评价技术第二节第二节第二节第二节 声波基础知识声波基础知识声波基础知识声波基础知识 一、岩石的声波速度一、岩石的声波速度 二、岩石的声波幅度二、岩石的声波幅度 三、声场中的物理量三、声场中的物理量 四、声波在两种介质界面上的反射和折射四、声波在两种介质界面上的反射和折射第三节第三
2、节第三节第三节 油井的井身结构及井口装置油井的井身结构及井口装置油井的井身结构及井口装置油井的井身结构及井口装置 一、井身结构一、井身结构 二、井口深度及井口装置二、井口深度及井口装置第四节第四节第四节第四节 固井评价测井固井评价测井固井评价测井固井评价测井一、声幅测井（一、声幅测井（CBLCBL）二、声波变密度测井二、声波变密度测井(VDL)(VDL)三、水泥评价测井仪三、水泥评价测井仪(CET)(CET)四、井下超声电视测井四、井下超声电视测井(BHTV(BHTV、CAST)CAST)五、分区水泥胶结测井（五、分区水泥胶结测井（SBTSBT）六、脉冲回声仪（六、脉冲回声仪（PETPET）七
3、、七、MAK-2 MAK-2声波测井声波测井八、八、加压验窜方法加压验窜方法第五节第五节第五节第五节 SY T6592-2004 SY T6592-2004 SY T6592-2004 SY T6592-2004固井质量评价方法固井质量评价方法固井质量评价方法固井质量评价方法 内内 容容 目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程目前复杂的地质条件和井身结构给固井工作造成很大的难度，在一定程度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到
4、度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到度上制约了固井质量的提高。尽管如此，我国每年固井合格率仍然达到98%98%98%98%以以以以上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用上，优质率也很高，但是固井后经常发生油、气、水窜现象，说明单独采用水泥胶结测井（水泥胶结测井（水泥胶结测井（水泥胶结测井（CBLCBLCBLCBL）很容易造成误判。目前，我国固井在外加
5、剂）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂）很容易造成误判。目前，我国固井在外加剂(外掺料外掺料外掺料外掺料)应应应应用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良用、工艺技术发展等方面与国外相比有一定的差距，落后的固井手段与优良的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。的测井评价互相矛盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。的测井评价互相矛
6、盾，应消除标准要求低等人为方面的因素。变密度测井变密度测井变密度测井变密度测井(VDL)(VDL)(VDL)(VDL)记录了声波波列信息记录了声波波列信息记录了声波波列信息记录了声波波列信息,如套管波、地层波、流体波等，如套管波、地层波、流体波等，如套管波、地层波、流体波等，如套管波、地层波、流体波等，这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有这些波列的传播时间长短、强弱以及存在与否等特征，都与水泥胶结情况有关，因此通过对声幅、变密度资料的
7、分析关，因此通过对声幅、变密度资料的分析关，因此通过对声幅、变密度资料的分析关，因此通过对声幅、变密度资料的分析,可以较好地评价第一、第二界面的可以较好地评价第一、第二界面的可以较好地评价第一、第二界面的可以较好地评价第一、第二界面的水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了水泥胶结情况。变密度测井有效地弥补了CBLCBLCBLCBL测井的不足，通过全波列测井图测井的不足，通过全波列测井图测井的不足，通过全波列测井图测井的不足，通过全波列测井图的分析的分析的分析的分析,能很好地解释第二界面的胶结信息，它与能很好地解释第二界面的胶
8、结信息，它与能很好地解释第二界面的胶结信息，它与能很好地解释第二界面的胶结信息，它与CBLCBLCBLCBL测井配对使用，可以更测井配对使用，可以更测井配对使用，可以更测井配对使用，可以更加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。加准确地了解第一界面和第二界面的胶结质量，辨别微间隙和窜槽。尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，但没有完全克服尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，但没有完全克服尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，
9、但没有完全克服尽管声幅、变密度测井明显提高了水泥胶结评价水平，但没有完全克服声幅测井的缺点，没有提高纵向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别，声幅测井的缺点，没有提高纵向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别，声幅测井的缺点，没有提高纵向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别，声幅测井的缺点，没有提高纵向分辨率，对水泥在管外的分布方位无法识别，对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。对第二界面还只能定性评价，固井质量评价结果也会出现偏差。分区水泥胶结测井（分区水泥胶
10、结测井（SBTSBTSBTSBT）测井克服了）测井克服了）测井克服了）测井克服了CBLCBLCBLCBL测井的诸多不足测井的诸多不足测井的诸多不足测井的诸多不足(受微环隙、快受微环隙、快受微环隙、快受微环隙、快速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及速地层、外层套管、水泥环隙、仪器偏心、气侵、钻井液密度和性能变化及刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成像。目刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成
11、像。目刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成像。目刻度不当等因素的影响），采用多信息直观显示尤其是水泥环胶结成像。目前，前，前，前，SBTSBTSBTSBT等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。等先进仪器具有很强的技术优越性，应大力推广应用。第一节第一节 前言前言固井质量评价测井初级阶段固井质量评价测井初级阶段 井温测井：井温测井：2O2O世纪世纪3O3O年代中期采用井温测井方法评年代中期采用井温测井方法评 价固井质量，它是利用水泥水化放热反应的原理价固井质量，它是利
12、用水泥水化放热反应的原理确定水泥返高。确定水泥返高。放射性示踪测井：放射性示踪测井：3O3O年代末期采用放射性示踪法确年代末期采用放射性示踪法确定水泥返高。定水泥返高。声幅测井：声幅测井：出现在出现在6O6O年代的早期，它是利用单发单年代的早期，它是利用单发单收声系接收发射探头发射的声波脉冲，并通过固收声系接收发射探头发射的声波脉冲，并通过固定测量门测量套管滑行波首波幅度，用相对幅度定测量门测量套管滑行波首波幅度，用相对幅度法解释评价水泥固井质量。法解释评价水泥固井质量。一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展固井质量评价测井中级阶段固井质量评价
13、测井中级阶段 CBL-VDLCBL-VDL测井：到了测井：到了7O7O年代，声幅测井得到了较大的年代，声幅测井得到了较大的发展，主要表现在解释方法的改进和增加了声波变密度测发展，主要表现在解释方法的改进和增加了声波变密度测井井(VDL)(VDL)，这种测井技术采用单发双收声系，测量两个参，这种测井技术采用单发双收声系，测量两个参数，一个是前面提到的声幅，另一个是套管、水泥环、地数，一个是前面提到的声幅，另一个是套管、水泥环、地层、流体等波列即全波列，经灰度处理后亦称声波变密度，层、流体等波列即全波列，经灰度处理后亦称声波变密度，这就是油田常用的简称为声变的测井技术。这就是油田常用的简称为声变的
14、测井技术。由于由于VDLVDL的引入和的引入和CBLCBL测井解释的改进，使固井质量评测井解释的改进，使固井质量评价仅从价仅从I I界面，发展到可评价界面，发展到可评价界面，同时对测井质量控界面，同时对测井质量控制、资料解释的符合率都得到了相应的提高。制、资料解释的符合率都得到了相应的提高。一、固井质量评价的发展一、固井质量评价的发展固井质量评价测井高级阶段固井质量评价测井高级阶段 随着随着CBL-VDLCBL-VDL测井的应用，人们发现这种采用测井的应用，人们发现这种采用水泥胶结指数评价固井质量的方法评价的是套管水泥胶结指数评价固井质量的方法评价的是套管周围周围360360o o内固井质量的
15、平均响应，不能识别套管内固井质量的平均响应，不能识别套管外低角度的泥缺失，有时发生在解释为固井质量外低角度的泥缺失，有时发生在解释为固井质量好的井段上出现了窜槽好的井段上出现了窜槽.因此因此,8O,8O年代后期研究出可以识别套管外水泥年代后期研究出可以识别套管外水泥缺失角度的仪器方法，这种方法包括两种主要技缺失角度的仪器方法，这种方法包括两种主要技术，一种是滑行波测量方法分扇区测井技术术，一种是滑行波测量方法分扇区测井技术SBTSBT，另一种是脉冲超声扫描测井法另一种是脉冲超声扫描测井法CAST-VCAST-V。目前，国内大多数油田采用目前，国内大多数油田采用CBL/VDL来检测固井质量，固井
16、质量的解释仍以来检测固井质量，固井质量的解释仍以CBL曲线为主。曲线为主。国内对固井质量的评价标准为：固井声幅相对值国内对固井质量的评价标准为：固井声幅相对值30%(低密度水泥低密度水泥40%)，评价为胶结质量差。随着固井工艺技术和外加剂等技术的发展，评价为胶结质量差。随着固井工艺技术和外加剂等技术的发展，此标准已不能很好地适应当前固井质量评价的需要。此标准已不能很好地适应当前固井质量评价的需要。近十年来，国内各油田的固井质量合格率基本保持在近十年来，国内各油田的固井质量合格率基本保持在98%左右，东部有的油田更是左右，东部有的油田更是连续几年固井质量合格率都达到连续几年固井质量合格率都达到1
17、00%。但是有些合格井甚至。但是有些合格井甚至CBL优质井，经过射孔改优质井，经过射孔改造后，经常发生环空窜流现象，直接反映出第二界面的胶结质量比较差。过去一直认为造后，经常发生环空窜流现象，直接反映出第二界面的胶结质量比较差。过去一直认为只要第一界面胶结好，第二界面胶结必然好，但事实证明，在套管和水泥胶结好时，水只要第一界面胶结好，第二界面胶结必然好，但事实证明，在套管和水泥胶结好时，水泥和地层之间也有可能出现窜槽或胶结差的现象。泥和地层之间也有可能出现窜槽或胶结差的现象。国外在固井质量评价标准方面要求很严格，不单以第一界面国外在固井质量评价标准方面要求很严格，不单以第一界面(CBL测井得出
18、测井得出)的固井情的固井情况来评价固井质量，更主要的是检查第二界面的胶结情况，并且参考投产以后层间是否况来评价固井质量，更主要的是检查第二界面的胶结情况，并且参考投产以后层间是否发生窜流为依据。即使发生窜流为依据。即使CBL测井良好，如果测井良好，如果VDL、SBT检测不好或试油过程中发生窜流检测不好或试油过程中发生窜流,也认为固井质量不好。也认为固井质量不好。由于国外对固井质量的检测要求较高，所以虽然在固井技术、外加剂方面技术实力由于国外对固井质量的检测要求较高，所以虽然在固井技术、外加剂方面技术实力较强，注水泥施工自动化程度较高，但其固井质量合格率与国内相比较低，只有较强，注水泥施工自动化
19、程度较高，但其固井质量合格率与国内相比较低，只有80%左左右。右。二、固井质量评价现状二、固井质量评价现状三、固井质量评价存在的问题三、固井质量评价存在的问题测井仪的多样化导致解释偏差测井仪的多样化导致解释偏差 国内目前用于检查封固质量的仪器有多种国内目前用于检查封固质量的仪器有多种类型类型,各种仪器测井的灵敏度各不相同。即各种仪器测井的灵敏度各不相同。即使是同一种仪器也有性能上的差异。在解使是同一种仪器也有性能上的差异。在解释水泥胶结状况时释水泥胶结状况时,不应忽视这种差异不应忽视这种差异,现现有的固井质量检查往往不太重视这种差异。有的固井质量检查往往不太重视这种差异。三、固井质量评价存在的
20、问题三、固井质量评价存在的问题影响套管波首波幅度的因素简单化 现有的固井解释评价不确定因素较多现有的固井解释评价不确定因素较多,结论存在多解性。主要存在以下结论存在多解性。主要存在以下4 4个的问题个的问题:(1)(1)认为套管与水泥环胶结的质量是影响套管波首波幅度的唯一因素认为套管与水泥环胶结的质量是影响套管波首波幅度的唯一因素,忽视了水泥环的忽视了水泥环的类型类型(低密度、低密度、G G级加砂、纯级加砂、纯G G级级)、厚度、水灰比、套管直径和壁厚及外部地层的声学、厚度、水灰比、套管直径和壁厚及外部地层的声学特性等因素对套管波首波幅度的影响。忽视这些因素的影响特性等因素对套管波首波幅度的影
21、响。忽视这些因素的影响,有可能把胶结不好的层段有可能把胶结不好的层段判断为胶结中等甚至良好判断为胶结中等甚至良好,也有可能把胶结良好的层段判断为胶结中等甚至不好。也有可能把胶结良好的层段判断为胶结中等甚至不好。(2)(2)缺乏定量解释的实验及理论支持缺乏定量解释的实验及理论支持,解释评价模型过于简单解释评价模型过于简单,因此评价胶结程度好坏因此评价胶结程度好坏的概念模糊。的概念模糊。(3)(3)不能准确分辨径向窜槽和纵向窜槽不能准确分辨径向窜槽和纵向窜槽,对于未胶结层段的方位无法作出准确的定位对于未胶结层段的方位无法作出准确的定位,对于厚度小于仪器纵向分辨率的薄层胶结状况无法准确评估对于厚度小
22、于仪器纵向分辨率的薄层胶结状况无法准确评估,薄层水泥环的评价问题一薄层水泥环的评价问题一直没有得到很好解决。直没有得到很好解决。(4)(4)固井质量评价缺乏一致性固井质量评价缺乏一致性,不同油田的地层特点不同不同油田的地层特点不同,难以统一标准。难以统一标准。上述这些问题的存在很容易导致固井质量解释时误差较大或错判。上述这些问题的存在很容易导致固井质量解释时误差较大或错判。四、新疆测井公司固井质量评价技术四、新疆测井公司固井质量评价技术 新疆油田测井公司固井质量评价仪器分新疆油田测井公司固井质量评价仪器分为为2 2个系列：个系列：声波测井系列：声波测井系列：包括声幅、声波变密度、包括声幅、声波
23、变密度、PETPET脉冲回波、脉冲回波、MAK-2MAK-2声波、声波、SBTSBT扇区水泥胶结、扇区水泥胶结、CAST-VCAST-V井周声波扫描测井等井周声波扫描测井等;放射性测井系列：放射性测井系列：伽玛密度测井。伽玛密度测井。纵波（压缩波、纵波（压缩波、P P波）波传播方向和质点振动方向相互一致。波）波传播方向和质点振动方向相互一致。横波（剪切波、横波（剪切波、S S波）波传播方向与质点振动方向相互垂直。波）波传播方向与质点振动方向相互垂直。纵波和横波的传播速度纵波和横波的传播速度 V Vp p,V,Vs s 与弹性参数有如下关系：与弹性参数有如下关系：E:E:杨氏模量杨氏模量 ：泊松
24、比：泊松比 ：物质密度：物质密度 ，：拉梅系数：拉梅系数第二节第二节 声波基础知识声波基础知识一、岩石的声波速度一、岩石的声波速度 声波是物质的一种运动形式，它由物质的机械振动产生，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播。声波的物理特性：速度、幅度、频率等被声波测井利用。声波声波二、岩石的声波幅度二、岩石的声波幅度 图图1-11-1：声波在界面上的反射和折射：声波在界面上的反射和折射Z1=11Z2=22界界 面面1212入射线入射线反射线反射线折射线折射线J0J1J2声波能量与幅度的平方成正比，声幅高低反映声能大小。声波在介质中传播时，一是因为内摩擦原因，造成热能损失，介质吸收声能使声幅衰减
25、，衰减规律为：式中式中 J J0 0:初始声强初始声强 J J：声波经：声波经l l距离后的声强距离后的声强 ：介质吸收系数：介质吸收系数衰减的大小和岩石的密度以及声波的频率有关。密度小声速低，声能衰减大，声波幅度低（声波频率高，声波幅度衰减大）。二是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减。所以通过声波幅度的衰减可以了解岩层的特点或固井质量。声压（p)：声波传播过程中，在介质中某点施加的压力。达因/厘米2。声功率（w)：声波传播过程中，某单位时间内通过波阵面的能量。尔格/秒。声强（J)：声波传播过程中，某单位时间内通过单位波阵面的能量。尔格/秒厘米2 p=vz，z=vp,s w=pvs J=w/
26、s=pv=p2/z 式中v：质点振动速度，vp,s：纵波、横波速度，：介质密度，s：面积声阻抗（z）：就是介质密度和声波在该介质中传播速度的乘积，z=vp,s。声耦合率：两种介质的声阻抗之比z1/z2。介质1和介质2声阻抗差越大，声耦合率越差，声能量就不易从介质1传到介质2中去。通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小。如果两介质声阻抗相近，声耦合的好，声波几乎都形成折射波通过界面在介质2中传播。这时反射波的能量就非常小。三、声场中的物理量三、声场中的物理量 各种介质的声阻抗介质介质声阻抗（声阻抗（x104)/(gcm-2s)介质介质声阻抗（声阻抗（x104)/(gcm-2s)空气(0，1a
27、tm)橡皮淡水海水水石油0.00430.290.6614.615.354013.2钢岩盐砂岩石灰岩泥岩3901006395991082550四、声波在两种介质界面上的反射和折射四、声波在两种介质界面上的反射和折射 图图1-11-1：声波在界面上的反射和折射：声波在界面上的反射和折射Z1=11Z2=22界界 面面1212入射线入射线反射线反射线折射线折射线J0J1J2反射系数：=J1/J0折射系数:=J2/J0=1当=0时，2=0Z1、Z2相差越大，大，小。讨论：1）+=1，或J0=J1+J2，声强守恒定律。2）和 表示声波在两种介质中能量分配关系。图2-1中给出了工程测井常遇到的井身结构示意图
28、。图图2-1 2-1 井身结构示意图井身结构示意图第三节第三节 油井的井身结构及井口装置油井的井身结构及井口装置一、井身结构一、井身结构 井身结构中的所有深度均从钻井时转盘补心面算起。套管下入长度和下入深度不一致，其差值是套管近地面一根的接箍面至转盘补心平面距离，即套管头至补心距；套补距：套管法兰到补心面的的距离；油补距：油管头法兰顶面(套管四通法兰顶面)到补心面的距离。图图2-2 2-2 油套补距及套管头至油套补距及套管头至补心距示意图补心距示意图二、井口深度及井口装置二、井口深度及井口装置 1.井中深度井中深度通常井口装置就是指采油树，如图11-3所示。图图2-3 2-3 井口装置示意图井
29、口装置示意图 11油管压力表；油管压力表；22清蜡闸门；清蜡闸门；44油嘴套；油嘴套；55出油管；出油管；66总闸门；总闸门；77套管闸门；套管闸门；88套管压力表；套管压力表；99套管；套管；1010油管油管 2.井口装置井口装置 固井失败的主要后果是会导致渗透层之间流体的渗流。因此固井质量评价是工程测井中重要的一个作业，发现问题应及时修补。目前用于评价固井质量的测井主要有声幅测量或叫水泥胶结测井CBL（Cement Bond Logging）、声波变密度测井VDL(Variable Density Logging)、水泥评价测井CET（Cement Evaluation Tool）、分区水
30、泥胶结测井SBT(Segmented Bond Tool)。当前，CBL、VDL应用最多。第四节第四节 固井评价测井固井评价测井 声幅测井时记录沿套管传播的声波幅度（滑行波），以此来判断水泥胶结的好坏。固井声幅测井的下井仪器如图3-1所示。接收器接收的典型声幅信号如图3-2所示。图图3-1 3-1 水泥胶结测井水泥胶结测井 图图3-2 3-2 两种典型的声幅信号两种典型的声幅信号 一、声幅测井一、声幅测井 1.基本原理基本原理 CBL下井仪器下井仪器如图如图所示，采用单发单收声系，源距为所示，采用单发单收声系，源距为3ft(0.91m)。可以近似认为，发射换能器发出声波，其中以临。可以近似认为
31、，发射换能器发出声波，其中以临界角入射的声波，在泥浆与套管的界面上折射，产生沿这个界界角入射的声波，在泥浆与套管的界面上折射，产生沿这个界面在套管中传播的滑行波（即套管波），套管波又以临界角折面在套管中传播的滑行波（即套管波），套管波又以临界角折射进入井内泥浆到达接收换能器被接收。射进入井内泥浆到达接收换能器被接收。仪器测量记录套管波的第一峰的幅度值（以仪器测量记录套管波的第一峰的幅度值（以mV为单位），为单位），即水泥胶结测井曲线。这个幅度值的大小除了决定于套管与水即水泥胶结测井曲线。这个幅度值的大小除了决定于套管与水泥胶结程度外，还受套管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居泥胶结程度外，还受套
32、管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居中情况的影响。中情况的影响。若套管与水泥胶结良好，这时套管与水泥环的声阻抗差较若套管与水泥胶结良好，这时套管与水泥环的声阻抗差较小，声耦合较好，套管波的能量容易通过水泥环向外传播。因小，声耦合较好，套管波的能量容易通过水泥环向外传播。因此，套管波能量有较大的衰减，测量记录到的水泥胶结测井值此，套管波能量有较大的衰减，测量记录到的水泥胶结测井值就很小；就很小；若套管与水泥胶结不好，套管外有泥浆存在，套管与管外若套管与水泥胶结不好，套管外有泥浆存在，套管与管外泥浆的声阻抗差很大，声耦合较差，套管波的能量不容易通过泥浆的声阻抗差很大，声耦合较差，套管波的能量不容易通
33、过套管外泥浆传播到地层中去。因此套管波能量衰减较小，水泥套管外泥浆传播到地层中去。因此套管波能量衰减较小，水泥胶结测井值很大，从而利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井胶结测井值很大，从而利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井质量。质量。T3R5R(1)、套管厚度、套管厚度 套管越厚，声幅衰减越小 (2)、水泥环和仪器偏心、水泥环和仪器偏心 水泥的密度越大，水泥的抗压强度越高，其声阻抗与套管的差异就越小，套管波的幅度将变小。在水泥密度一定的条件下，水泥环越厚，声波幅度越小。当厚度大于2 cm时，套管波的幅度将降至最小且保持不变；仪器偏心时，声波沿不同的路径到达接收器，此时记录到的首波到达时间不同，实验
34、表明，当仪器偏离中心0.25英寸时，首波幅度将减小二分之一。因此，测井时应使仪器居中测量。(3)测井时间测井时间 水泥凝固20小时后，水泥抗压强度达到标称值的80%以上，可以进行测井。否则，水泥与套管胶结较差。2.影响声幅的主要因素影响声幅的主要因素3.CBL测井曲线测井曲线（1）在水泥面以上曲线幅度最大，在套管接箍处出现幅度变小的尖峰，这是因为声波在套管接箍处能量损耗增大的缘故。（2）深度由浅变深、曲线首次由高幅度向低幅度变化处为水泥面返高位置。（3）在套管外水泥胶结良好处，曲线幅度为低值。水泥胶结测井已广泛用于检查固井质量，并已总结出一套解释方法，如根据模拟井实验表明，可用声波相对幅度的大
35、小来判断固井质量：声波相对幅度(目的层井段的声波幅度/套管外全是泥浆的井段的声波幅度)x100%通常，相对幅度越小，固井质量越好；反之相对幅度越大，固井质量越差。根据实验结果和实际经验，可将固井质量划分为三个等级：胶结质量良好，相对幅度40%3.CBL测井曲线测井曲线 根据相对幅度定性判断固井质量固然是水泥胶结测井解根据相对幅度定性判断固井质量固然是水泥胶结测井解释的依据，但不能机械地生搬硬套，还要参考井径等曲线，释的依据，但不能机械地生搬硬套，还要参考井径等曲线，同时还要了解固井施工情况，如水灰比、水泥上返速度和使同时还要了解固井施工情况，如水灰比、水泥上返速度和使用的添加剂类型等，必须综合
36、各方面的资料，才能得出准确用的添加剂类型等，必须综合各方面的资料，才能得出准确可靠的判断。可靠的判断。CBL CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此只能解决第一界面取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面）的问题，而水泥环与井壁（水（套管外壁与水泥环的界面）的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间是否胶结良好，即第二界面的问题是无法泥环与地层）之间是否胶结良好，即第二界面的问题是无法解决的。但由于水泥胶结测井方法简单，易于解释，仍然是解决的。但由于水泥胶结测井方法简
37、单，易于解释，仍然是判断固井质量的常用方法。判断固井质量的常用方法。为了消除以上各因素对套管首波的影响，常采用声波幅度相对幅度进行解释，即：引进的CBL仪器把套管的直径、壁厚、水泥抗压强度综合起来利用胶结指数（BI）评价胶结效果，式中为C相对幅度，A为目的层段的声波幅度值，A0为自由套管的声波幅度值，Amin表示100%胶结井段的套管波的首波幅度。解释时通常认为：BI=1 胶结好；1.0 BI 0.8 胶结良好；0.8 BI 0.6 胶结中等；0.6 BI 0.3 胶结不好；BI 0.3 胶结差，出现窜槽。（11-13）（11-16）4.资料分析资料分析套管套管流体流体地层地层水泥水泥自由套管
38、自由套管部分胶结部分胶结胶结差胶结差胶结好胶结好 各种水泥胶结条件下的声波幅度测井响应示意图各种水泥胶结条件下的声波幅度测井响应示意图 反映第一、二界面水泥胶结质量反映第一、二界面水泥胶结质量反映第一、二界面水泥胶结质量反映第一、二界面水泥胶结质量变密度变密度二、声波变密度测井二、声波变密度测井(VDL)1.测井原理测井原理泥浆波泥浆波1.测井原理测井原理 VDL VDL利用单发单收声系进行全波列测量，源距为利用单发单收声系进行全波列测量，源距为5ft(1.52m)5ft(1.52m)，在，在1 1msms的的时间间隔内，能够测量套管波、水泥环波、地层波、泥浆波等。时间间隔内，能够测量套管波、
39、水泥环波、地层波、泥浆波等。在测量时把信号幅度的正半周保留，将负半周去掉，正半周的信号输入在测量时把信号幅度的正半周保留，将负半周去掉，正半周的信号输入到调辉管，将声波幅度的大小转变为光辉度的强弱，信号为零幅度时用灰到调辉管，将声波幅度的大小转变为光辉度的强弱，信号为零幅度时用灰色表示，正幅度用黑色表示，黑色的深浅表示信号幅度的大小；负半周用色表示，正幅度用黑色表示，黑色的深浅表示信号幅度的大小；负半周用白色表示，在照相记录仪上就显示出随深度变化的黑、白相间的条纹，即白色表示，在照相记录仪上就显示出随深度变化的黑、白相间的条纹，即显示为声波信号的强度显示为声波信号的强度时间记录。时间记录。2.
40、曲线分析曲线分析 经过模拟实验发现，在不同的固井质经过模拟实验发现，在不同的固井质量情况下，套管波与地层波的幅度变化有量情况下，套管波与地层波的幅度变化有一定的一定的 规律。如左图规律。如左图:当套管外无水泥，只有泥浆时，此时当套管外无水泥，只有泥浆时，此时第一界面声耦合不好，致使大部分声能量第一界面声耦合不好，致使大部分声能量沿套管传播，极小部分传到地层，甚至传沿套管传播，极小部分传到地层，甚至传不到地层，这是套管波的幅度很大，而地不到地层，这是套管波的幅度很大，而地层波的幅度很小，甚至看不到地层波（层波的幅度很小，甚至看不到地层波（图图a）。）。当水泥环与套管及地层胶结良好时，当水泥环与套
41、管及地层胶结良好时，声耦合好，声波能量基本上传到地层，此声耦合好，声波能量基本上传到地层，此时套管波幅度小，而地层波的幅度较大时套管波幅度小，而地层波的幅度较大（图图b）。）。当第一界面胶结良好，而水泥环与地当第一界面胶结良好，而水泥环与地层胶结不好时，声波大部分能量传到水泥层胶结不好时，声波大部分能量传到水泥环中，由于水泥环吸收强，致使声波幅度环中，由于水泥环吸收强，致使声波幅度明显衰减，此时所有波的幅度都很低（明显衰减，此时所有波的幅度都很低（图图c）。）。当套管偏斜时，一侧与水泥胶结良好，当套管偏斜时，一侧与水泥胶结良好，而另一部分与没有水泥，地层称为窜槽，而另一部分与没有水泥，地层称为
42、窜槽，声波能量一部分沿套管传播，另一部分传声波能量一部分沿套管传播，另一部分传入地层，此时既有地层波的显示，也有套入地层，此时既有地层波的显示，也有套管波的显示管波的显示（图图d）。声波变密度测井组合曲线声波变密度测井组合曲线声波变密度测井组合曲线声波变密度测井组合曲线 CBL CBL、VDLVDL CCL CCL、GRGR 固井质量测井要求固井质量测井要求固井质量测井要求固井质量测井要求1 1、应在、应在、应在、应在注水泥后注水泥后2448h2448h（最佳（最佳测量时间）之间进行测量。测量时间）之间进行测量。2 2、仪器在自由套管井段进行刻度。、仪器在自由套管井段进行刻度。3 3、测至水泥
43、面以上进入自由套管测至水泥面以上进入自由套管至少五个稳定接箍。至少五个稳定接箍。3.固井声幅及变密度测井曲线及要求固井声幅及变密度测井曲线及要求 声幅曲线质量要求声幅曲线质量要求声幅曲线质量要求声幅曲线质量要求 1 1、自自由由套套管管处处幅幅度度在在8cm8cm12cm12cm之之间间，接接箍箍显显示示清清楚楚，接接箍箍信信号的相对幅度大于号的相对幅度大于2cm2cm。2 2、曲线不得出现的负值。曲线不得出现的负值。3 3、曲线重复误差应小于曲线重复误差应小于10%10%。变密度曲线质量要求变密度曲线质量要求变密度曲线质量要求变密度曲线质量要求 1 1、自自由由套套管管处处VDLVDL套套管
44、管波波显显示示清清楚楚，明明暗暗条条纹纹可可辨辨，箍箍处处有有明明显显的的“人人”字形条纹。字形条纹。2 2、VDLVDL显示对比度清晰、适中、明暗变化正常。显示对比度清晰、适中、明暗变化正常。3 3、VDLVDL与与CBLCBL曲线有良好的对应关系。曲线有良好的对应关系。磁性定位曲线磁性定位曲线质量要求质量要求质量要求质量要求 1 1、必须连续记录，干扰信号幅度小于接箍信号幅度的、必须连续记录，干扰信号幅度小于接箍信号幅度的1 13 3。2 2、接箍信号不能出现畸形峰。、接箍信号不能出现畸形峰。3 3、短套管附近、井底、目的层段不得缺失接箍信号。、短套管附近、井底、目的层段不得缺失接箍信号。
45、3.固井声幅及变密度测井曲线及要求固井声幅及变密度测井曲线及要求4.CBL和和VDL评价准则评价准则CBL曲线VDL曲线评价结论0声幅相对值15%套管波弱至无，地层波明显胶结质量优15%声幅相对值30%套管波和地层波均中等胶结质量中等声幅相对值30%套管波明显，地层弱至无胶结质量差CBL曲线VDL曲线评价结论20声幅相对值60%套管波中等，地层波明显存在微环隙，水泥胶结质量优质加压对比分析对套管加压测CBL/VDL，声幅相对值低于20%，地层波明显(1)(1)、自由套管、自由套管 在自由套管井段，大部分声波能量沿套管传播，传到地层中的声波能量非常小。因此在变密度图上出现强套管波信号，声波在套管
46、壁上反复振荡形成前6至8个波全是套管波。传播时间稍有增加，套管波幅度变小，变密度曲线在接箍处有人字纹显示。5.资料解释资料解释(2)(2)、水泥与套管及地层、水泥与套管及地层胶结良好胶结良好 在水泥与地层胶结都好的井段，因为水泥与钢管的声阻抗很接近，大部分声波能量穿过套管及水泥环进入地层传播。因此，在变密度图上套管波信号很弱或不存在，而地层波信号很强。甚至某些快速地层的地层波会出现在套管的位置上。5.资料解释资料解释a good CBLCheck qualityLook at TT curveCheck CBL curveRelatively low amplitudeVerify VDLNo
47、 casing arrivalsFormation arrivals(3)、水泥与地层胶结差，、水泥与地层胶结差，与套管胶结好与套管胶结好 在这种情况下，大部分声波能量穿过套管水泥环界面进入泥环，但传到地层中的声波能量很小，声波能量在水泥环中被衰减损耗。因此在变密度图上套管波信号很弱，以致E1幅度在检测电平之下，使传播时的测量将由触发，使得首波到达时间曲线（TT2）摇摆不定，此波称为周波踊跃。5.资料解释资料解释Check qualityLook at TT curveCheck CBL curveRelatively high amplitudeVerify VDLCasing arriva
48、lsWeak formation arrivals油油层层水水层层7号油号油层层与与 上上临临水水层间层间封固不好，易封固不好，易发发生生窜窜槽。槽。射开射开7号油号油层试层试油，油，结结果日果日产产水水3.5t，不，不产产油油 直接直接检查检查第一胶第一胶结结界面，通界面，通过过分析分析资资料，找出料，找出窜窜槽部位，施槽部位，施工方法工方法简洁简洁明了。可通明了。可通过过加加压压消除微消除微环环空影响，根据水泥胶空影响，根据水泥胶结结指数确定指数确定窜窜槽位置。槽位置。实例：变密度验窜实例：变密度验窜 5.资料解释资料解释5.资料解释资料解释VDL定性解释固井质量的测井特征表固井情况固井情
49、况波列特征波列特征VDL图形特点图形特点套管与水泥环（第一界面）、水泥套管与水泥环（第一界面）、水泥环与地层（第二界面）均胶结良好环与地层（第二界面）均胶结良好套管波弱套管波弱地层波强地层波强左浅左浅右深右深第一界面胶结良好而第二界面未胶第一界面胶结良好而第二界面未胶结结套管波弱套管波弱地层波也弱地层波也弱左浅左浅右浅右浅第一界面未胶结或套管外为泥浆第一界面未胶结或套管外为泥浆套管波强套管波强地层波弱地层波弱左深左深右浅右浅 另外，在另外，在VDL测井图（辉度图）中，套管接箍也有显示，显示出测井图（辉度图）中，套管接箍也有显示，显示出“人字人字形形”的条纹线。的条纹线。CBL或或VDL是反映套
50、管周围水泥胶结的平均状况，不能反映套管周围不是反映套管周围水泥胶结的平均状况，不能反映套管周围不同方位的水泥胶结状况，近年来又发明了研究套管周围同方位的水泥胶结状况，近年来又发明了研究套管周围360方位的水泥胶结方位的水泥胶结情况的测井方法。情况的测井方法。图3-4是CET测量原理结构图。声系有八个声波换能器，采用螺旋式排列，可以对套管进行扫描，在360度的圆周上形成45度的扇形面，超声波换能器可同时发射和接收八个声波信号。图图3-4 3-4 水泥评价测井仪测量原理水泥评价测井仪测量原理三、水泥评价测井仪三、水泥评价测井仪 CET1.测量原理测量原理 CET的仪器中，8个测量晶体纵向排列在2英