范文同，袁仕俊，韩 闯 （中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒841000）

单交义，艾 勇，田东江

塔里木油田地质构造复杂，库车山前构造上的超深、高压气井的固井工程受到极大挑战[1]。固井作业中，水泥浆注入井筒后，在候凝过程中水泥浆难以保持对高压渗透层的压力，地层流体侵入环空，与入井水泥浆混合，造成水泥浆污染。这种水泥 “混浆”固结后，生成的水泥石中存在大量的自由流体，从而导致窜槽发生。若流体为气体，则更易通过水泥与套管或水泥与地层之间的间隙互窜甚至窜至井口。常规的固井质量评价技术评价这种受地层流体污染的固结水泥环时往往会出现偏差，导致固井质量评价结论不准[2～4]。为此，笔者结合应用实例，与常规固井质量评价技术对比，对最新一代的固井质量评价仪器 （Isolation Scanner，以下简称 “IS评价仪”）在塔里木油田的应用情况进行了综合分析。

1 仪器概述及工作原理

IS评价仪建立在原有超声脉冲回波仪器平台上，旋转探头包括4个换能器[5]：超声波换能器垂直位于仪器一侧，用于生成和检测脉冲回波；另外3个换能器，1个发射2个接收，位于仪器另一侧，并成一定角度排列，用于测量挠曲波的衰减 （图1）。测井时，旋转探头以7.5r/s的速度旋转，超声换能器向套管发射较发散的波束，提供一个5°或10°的方位分辨率，从而在每个深度点产生72或36个独立波形，从信号共振衰减中产生有关水泥声阻抗的方位图像。挠曲波发射器同时发射250kHz的高频脉冲波束，在套管内激发挠曲振动模式，该模式能将声能传入环空，在声阻抗差异的界面发生反射，然后主要以弯曲波的形式由套管传回，通过流体再由2个接收换能器采集这些信号。通过挠曲波衰减和声阻抗交会确定的固－液－气 （S－L－G）相图 （图2），可以确定测量方位上套管外物体的物质形态，从而得到每种物质形态所覆盖的面积，最终生成直观、易懂的固－液－气固井质量评价成果图[6～8]。

2 固井质量评价实例分析

2.1 克拉X井实例分析

塔里木油田的克拉X井 （井孔内径8.5in （1in＝2.54cm），套管外径7in，钻井液密度2.1g/cm3，水泥浆密度2.08g/cm3），于1998年测试后封井，2011年计划求取产能和地层参数，重新测量套后电阻率及用IS评价仪测量。图3为该井IS评价仪固井质量解释成果图，该图主要提供5道信息：第2道为仪器信息；第3道为波阻抗道，颜色越深，指示管外物质波阻抗越大，胶结越好；第4道为挠曲波衰减道，数值越大，表示衰减增大；第5道为S－L－G指示道，浅灰色表示固体，深灰色表示液体，黑色表示气体；第6道为S－L－G比例道，指示了固－液－气3种物质在套后环形空间所占比例。

图1 仪器结构

图2 固－液－气 （S－L－G）相图

采用原有脉冲回波技术进行解释，在储层段上部 （3465～3472m），波阻抗道显示颜色很深，波阻抗值均在4Mrayl（1rayl＝1Pa·s/m）以上，指示环空物质波阻抗很大，水泥胶结质量可定性解释为胶结良好。在储层段下部 （3479.25～3483m），波阻抗道颜色偏浅，指示胶结质量中等；而在3483～3485m，波阻抗增大，则说明该段胶结良好。

图3 克拉X井IS评价仪测井解释成果图

结合挠曲波衰减测量，采用图2所示的挠曲波衰减和声阻抗交会技术解释该井固井质量，可以得到更为精细的固－液－气 （S－L－G）解释结论。在储层段上部 （3465～3472m），S－L－G指示道显示管外环空存在物质主要为固体，见少量零星存在的液体和气体，就其分布来看，不会形成具沟通能力的窜槽，同时在S－L－G比例道，显示该段流体所占比例极小，基本都是固体，综合解释为水泥固结良好。在储层段下部胶结中等段 （3479.25～3483m），S－L－G指示环空有一定量流体存在，并形成纵向窜槽，但该段为非储层，不产地层流体；而在3483～3485m，S－L－G成果图上显示环空物质几乎全部为固体，完全可以封隔2号气层和3号水层。综合以上分析认为，该井气层段存在有效分隔段，固井质量良好，不会发生窜槽。

后期对该井进行了射孔，经酸压测试，1、2号气层产气55.8×104m3/d，无水。测试结论验证了IS评价仪提供的S－L－G固井质量评价结论正确。

2.2 哈得XX井实例分析

图4 套管偏心对固井工程的影响

套管在井筒是否居中，是固井质量好坏的重要影响因素。若套管不居中 （图4），固井作业水泥返高时在环空窄边，水泥浆难以将钻井液驱替干净，极易造成水泥环固结不完整而形成窜槽[5]。IS评价仪将采集到的第2界面回声，结合挠曲波衰减，可对套后环空物质进行成像，得到环空物质的几何形状。结合脉冲回波测量得到的套管信息，可以得到套管在井筒中的居中情况。这种套管与井筒的空间位置可用套管居中度来定量表示，如套管一侧紧贴井壁用0%表示，套管完全居中用100%表示。

以哈得 XX井 （井孔内径8.5in，套管外径5.5in，钻井液密度1.24g/cm3，水泥浆密度1.90 g/cm3）为例，该井5074～5100m储层段的CBL （声波幅度测井）/VDL （声波变密度测井）解释声幅曲线高值，变密度图中套管波指示明显，并带有明显的套管接箍信号，地层波信号不明显，综合解释固井质量差，有窜槽发生，但无法指示窜槽发育位置和大小 （图5）。

对比常规固井，IS评价仪固井质量解释更为精细。如图5所示，在储层段发育多个直立窜槽和部分零星未胶结部位，从S－L－G指示图像上看，未胶结部位均为流体充填。通过第2界面回声分析 （第9～11道），在油层段，套管居中度很低，在5%～40%之间变化 （5074～5082m），综合分析认为，套管严重偏心导致水泥浆在套管外环形空间驱替钻井液不干净，生成了液体充填的窜槽。对比IS评价仪三维成像 （图6），窜槽发育方位刚好位于环空窄边附近，与图4所示情况相符，并且窜槽形态与套管偏心导致的窜槽形状一致，均呈直立条状。综合解释，该井储层段固井质量中等，有窜槽发生，油水层未能有效封隔。

该井经测试 （射孔段为5074～5077m），气举排液，累计产地层水151.67m3，出油28.27m3，测试结论验证了IS评价仪解释正确。

3 结 论

通过对塔里木油田IS评价仪应用实例进行分析，得出以下认识：

1）该仪器可对套管居中情况进行定量测量，这为准确评价固井质量提供了技术支持。

2）采用该仪器测量固井质量，能准确识别套后窜槽发育方位和大小，使固井质量评价更为精细，这也为后续补注水泥、试油作业等提供了可靠依据。

图5 哈得XX井IS评价仪测井解释成果图

3）IS评价仪是新兴的固井测量仪器，其在塔里木油田应用效果良好，可进一步推广于塔里木盆地超深高温高压复杂井的固井质量测量和评价。

图6 哈得XX井套后三维成像成果图

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