史贵兵+李喜彬

摘 要：随着我国地浸采铀技术的蓬勃发展，有关单位探采一体化也不断深入和发展，对于一些地浸条件较好且已探明的铀矿，近几年进行了大量的地浸采铀生产试验。其中，固井质量对于保证地浸工艺孔的质量，进而保证铀矿的顺利生产非常重要。在固井过程中，水泥固结会释放出大量的热，因此，温度可以作为固井检测的基本物理参数，来确定固井的质量。本文以巴彦乌拉铀矿山的地浸工艺孔为研究对象，阐述了井温测井检测水泥固井质量的理论依据，分析了井温测井曲线的特征，总结了依据井温曲线对固井质量进行检测的解释方法，大量的钻孔试验测井证实了井温测井数据可以作为地浸砂岩型铀矿工艺孔固井质量检测的基本依据。

关键词：地浸工艺孔；固井质量；井温测井

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.008

1 引言

随着我国地浸采铀技术的蓬勃发展，有关单位探采一体化也不断深入和发展，对于一些地浸条件较好且已探明的铀矿，近几年进行了大量的地浸采铀生产试验。其中，固井质量对于保证地浸工艺孔的质量，进而保证铀矿的顺利生产非常重要。

在石油勘探的钻孔施工过程中，水泥浆通过套管被注入井下，到达井底后沿套管和地层间的环空上返，经过一段时间，水泥凝固，形成水泥环，这就是固井。固井质量对于保护油气层和油气勘探开发安全，保证油气井生产寿命和油气田的勘探开发效益与产能建设等，具有十分重要的意义，因而固井质量评价测井被广泛应用于油气勘探开发中。其检测的主要目的是：水泥环是否形成了足够的剪切胶结力和水力胶结力。目前采取的测井方法主要有：水泥胶结测井CBL、水泥评价测井CET和方位声波成像测井SBT[1]。

用于砂岩型铀矿开采的地浸工艺孔固井，测井的目的与方法皆不同于油气勘探开发中的固井质量评价测井方法。固井测井的主要目的是确定水泥凝固后一定时间内工艺孔的固井水泥下界面以及有无混浆段存在[2]。

另外，固井质量检测是铀矿工艺井“成井工序”（钻机活塞注清水联动洗孔和空压机洗孔，洗井至水清砂净且水量达到验收标准后，进行成井质量检查测井并验收）生产前的必要步骤，一是可以确定沉砂的高度，为下一步工序（拉活塞）提供参考数据；二是可以判别水泥是否进入到过滤管中（在设计水泥下界面附近无明显温度变化，温度变化拐点出现在设计过滤管段），从而及时作出补救措施。

2 地浸工艺孔结构及固井质量检测原理

铀矿地浸工艺孔的结构如图1所示[3]。从图中可以看出，PVC井管外从孔口至水泥下界面之间为水泥环，之下依次是2m厚的细粒石英砂、粗粒石英砂（过滤管段）和隔水层（沉砂管段）。根据水泥凝固过程中在一定时间内会散发热量的特性，采用温度测井理论上能根据温度曲线的变化情况确定水泥下界面的的位置以及判断是否存在混浆段。所谓混浆段，僅出现在水泥环段，注浆过程中因压力控制不精确造成的水、泥、砂和水泥的混合段，理论上会因发热量小于纯粹水泥环而使井温曲线出现起伏波动，检测这些温度波动或异常，可以用来确定固井的质量。

3 井温测井曲线特征

根据井温测井的原理[4]，参照工艺孔的结构（图1），在水泥下界面附近井温应会发生降低现象。在水泥下界面以上至孔口，由于PVC套管外有水泥环，根据水泥凝固放热的特性，理论上井温应变化不大，仅在近地表约10米深度范围内，井温受环境温度的影响会发生变化。实际研究中发现，在进行井温测井时，由于未进行拉活塞工序，井液主要为外界地表水或泥浆（液面位置高于等于静水位位置，范围为1.4～25.4m，平均10.5m），其影响了液面以下井温的背景值。在井温探管进入井液之前，测量的井温受外热层影响较大，因此工艺孔的井温在井液液面部位应会发生明显变化。经整理归纳，研究区内工艺孔的井温曲线根据其在井液液面位置的温度变化情况可分为5种形态：（a）明显降低型、（b）小幅降低型、（c）小幅升高型、（d）明显升高型、（e）变化不明显型；根据其在设计水泥下界面附近的温度降低情况可分为3种形态：（f）快速降低型、（g）缓慢降低型、（h）变化不明显型（图2）。

经统计，180个工艺孔的井温测井曲线中，a类型137个，b类型13个，c类型15个，d类型10个，e类型5个。分析这些温度测井曲线的形态，其主要影响因素可能是井温测井时地表环境温度（昼夜变化、季节变化等）影响了井液液面位置的温度变化，进而造成了井温曲线的多形态化，不过对工艺孔成建井的质量并无影响。

另外，f、g、h三种形态对于确定水泥下界面的位置影响较大。首先，在设计的水泥下界面附近井温发生了降低现象，说明与理论符合，可以根据井温测井确定水泥下界面位置；其次，井温曲线在设计水泥下界面附近的形态变化可以确定采取什么方法或准则确定水泥下界面。统计发现，有174个工艺孔在水泥下界面附近的温度发生了降低现象（f和g形态），水泥下界面附近拐点的温度一般为14～22℃，过滤管与沉砂管部位对应的温度一般为5～13℃（80%在7～8℃），存在较大的温度差异，说明可以在采用温度测井的基础上通过合适的方法确定水泥下界面。h形态的工艺孔仅有6个，其井温曲线在理论水泥下界面附近较平直，基本无温度变化，无法仅凭井温测井资料确定水泥下界面。经了解实际情况后分析其原因，一是施工这些工艺孔的机台的整体施工水平相对较低，其在固井环节，从水泥注浆到注浆结束的时间较长，加上注浆完成后等待水泥冷却的时间超过了24小时，错过了水泥发热的最佳时机，尤其是水泥下界面部位水泥冷却时间最长，进行温度测井时，该部位可能已经停止发热；二是这些钻孔在进行温度测井时井液中含有大量泥砂，严重影响了温度测井的准确性。说明是施工的原因导致了无法通过井温测井确定水泥下界面的个例。

在井液液面以上至孔口以及井液液面以下至水泥下界面部位，理想情况下，如固井质量好，井温曲线应较平滑；如存在混浆段（仅出现在水泥环段，注浆过程中因压力控制不精确造成的水、泥、砂和水泥的混合段），理论上会因发热量小于纯粹水泥环而使井温曲线出现起伏波动。因此，井温测井曲线的起伏形态理论上应能达到固井测井的另一目的：确定是否存在混浆段，进而评判固井质量。

研究中统计发现，井温测井曲线的起伏情况与工艺孔最终的质量情况对比如下：井温曲线形态较为平滑（温度变化小）的工艺孔仅占约33.89%，多数工艺孔井液液面以下水泥下界面以上部位的温度（无混浆段存在）都存在一定的起伏变化（图2）。首先，质量相对较好的125个工艺孔不存在混浆段，质量相对较差的55个工艺孔中有47个工艺孔存在混浆段，说明是否存在混漿段是判断工艺孔质量好坏的一个重要标志；其次，在质量相对较好的工艺孔中，井温曲线起伏较小的工艺孔所占比例只有40.56%，质量相对较差的工艺孔中，也存在井温曲线起伏较小的情况，所占比例为5.00%。所有钻孔的井温曲线中，起伏较大的钻孔所占比例达到了54.44%，说明井温曲线的起伏情况不能作为判断工艺孔固井质量好坏的依据。经过分析与对比，认为主要原因有二：一是当井径不同时（砂岩层会出现因塌陷而扩大，泥岩层会出现因遇水而缩径的情况）水泥量会有所不同，从而导致井温曲线有一定起伏；二是即使井径完全相同，也会存在因水泥搅拌不均匀和注压不均匀而导致温度曲线起伏的情况。

4 固井水泥下界面检测方法

针对井温测井曲线在设计水泥下界面附近表现出的快速与缓慢降低情况，实际井温测井研究中，水泥下界面的确定主要通过两种方法实现：①当水泥下界面附近的温度变化过程相对较短时（快速降低型），根据设计水泥下界面附近温度变化的拐点（即拐点法）判定水泥下界面的位置；②当水泥下界面附近的温度变化过程相对较长时（缓慢降低型），根据设计水泥下界面附近温度变化的半幅点（即半幅点法）判定水泥下界面的位置。图3和4分别是根据井温测井曲线设计水泥下界面附近拐点和异常半幅点解释水泥下界面的典型类型。

5 结论与建议

本文从原理和实际测井效果分析，认为井温测井是检测固井水泥下界面的适宜测井方法，且找到了确定水泥下界面的方法，主要结论如下：

（1）尽管受地表环境温度的影响，工艺孔的井温会在井液液面位置发生相对较大的变化，但并不影响固井质量。由于受井径不同或水泥搅拌不均匀、注压不均匀等因素影响会导致工艺孔井液液面以下水泥下界面以上的井温曲线出现起伏情况，但96.7%的工艺孔的井温在水泥下界面发生了较为明显的降低现象，说明通过井温测井用于确定固井水泥下界面是有效的。

（2）水泥下界面的确定方法与设计水泥下界面附近井温从较高降低到相对平稳过程所对应的垂直深度有关。垂直深度较大时宜用半幅点法确定水泥下界面，较小时宜用拐点法确定水泥下界面。

（3）从图3和4中可发现，在根据拐点法和半幅点法解释出的水泥下界面位置，密度和声波时差曲线都有明显反应，主要表现在声波时差数值会升高，密度值一般会降低，规律性较强。建议在测井检测过程中综合密度、声波时差资料综合确定水泥下界面的位置，以避免出现因施工质量等原因导致的井温曲线在水泥下界面附近温度变化不明显，不易直接通过井温测井资料确定水泥下界面的情况。

（4）井温测井能达到解释固井水泥下界面的目的，不能进行混浆段的组成或成分确定。井温曲线的波动起伏情况不能作为判定工艺孔质量较差的依据，应该寻找其他方法来确定混浆段的成分。

参考文献：

[1]魏涛.油气井固井质量测井评价[M].北京：石油工业出版社，2010.

[2]叶阳，田亮，张琪.某铀矿床地浸实验孔成建井工艺研究[J]. 地下水，2014，36（05）：141-142.

[3]刘月楼，张效寿，陈德书.地浸孔的结构及成井工艺[J].West-China Explorion Engineering，1992，04（02）：6-11.

[4]刘向君等.测井原理及工程应用[M].北京：石油工业出版社，2006.