吳銘德, 喬文孝, 魏濤, 李長(zhǎng)文, 何峰江, 劉青昕

(1.中國(guó)石油咨詢中心, 北京 100724; 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京), 北京 102249; 3.中海油田服務(wù)股份有限公司, 北京 101149; 4.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710077; 5.格威石油儀器有限公司, 陜西 西安 710077; 6.中國(guó)石油大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

對(duì)于油氣井封固性,在國(guó)際上有不同的定義。筆者認(rèn)為,由井口裝置、油管及井下工具、套管及管外水泥環(huán)等組成一個(gè)完整、完好的系統(tǒng),使得從地層產(chǎn)出的流體或是向地層注入的流體只能在該系統(tǒng)所限定的流通通道中流動(dòng),而不發(fā)生任何形式的泄漏或竄槽,使油氣井在整個(gè)生命周期中處于安全良好的狀態(tài)。油氣井的這一特性就是油氣井封固性。油氣井封固性有3個(gè)要素:①完整性;②完好性;③具有使流體在限定的流通通道內(nèi)流動(dòng)的功能。

油氣井封固性測(cè)井(Well Integrity Logging)是檢測(cè)油氣井封固性的一種測(cè)井技術(shù)。油氣井在進(jìn)行固井作業(yè)中下入套管和注水泥以后,必須進(jìn)行固井質(zhì)量測(cè)井。固井以后,在對(duì)下部井段的鉆井以及在油氣井開(kāi)采過(guò)程和注水井的注入過(guò)程中,各種因素都可能對(duì)油氣井封固性造成傷害,如井下流體對(duì)油管和套管的腐蝕,鉆具及井下工具起下過(guò)程中對(duì)管柱的磨損和撞擊,射孔(高能氣體壓裂)、壓裂、酸化、油井出砂、地層蠕變或油田注水等導(dǎo)致地下應(yīng)力不平衡的種種因素。當(dāng)油氣井的傷害到了一定程度,油氣井和注入井的正常生產(chǎn)受到影響,就需要進(jìn)行封固性測(cè)井。又如在儲(chǔ)氣庫(kù)中,要求隔一定時(shí)間就要對(duì)氣井進(jìn)行封固性測(cè)井。因此,對(duì)油氣井封固性測(cè)井的需求延續(xù)到油氣井的整個(gè)生命周期。

油氣井以及注入井封固性破壞是造成油氣井減產(chǎn)、注入效率降低、油氣井和注入井停產(chǎn)甚至報(bào)廢的重要因素之一。封固性測(cè)井能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并判定井下管柱和水泥環(huán)出現(xiàn)的問(wèn)題,使人們能夠采取相應(yīng)的技術(shù)措施,保持油氣井產(chǎn)量及注入井的注入量,延長(zhǎng)井的生命周期,阻止油氣向地下“賊層”流失。封固性測(cè)井能及時(shí)發(fā)現(xiàn)井下存在的問(wèn)題和事故隱患,對(duì)于提高油氣田開(kāi)發(fā)效益、防止井下事故、防止環(huán)境污染有重要意義。

進(jìn)入21世紀(jì),封固性測(cè)井越來(lái)越受到石油公司的重視。經(jīng)分析,幾次造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失的惡性油氣井事故,是封固性存在問(wèn)題造成的。鑒于對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高,已有幾個(gè)國(guó)家制訂了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和法規(guī)[1],要求對(duì)某些類(lèi)型的井必須進(jìn)行封固性測(cè)井。海上油氣資源、深部油氣資源、頁(yè)巖油氣、致密油氣等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)等也對(duì)封固性測(cè)井提出了更高的要求。

在涉及油氣井封固性的幾個(gè)環(huán)節(jié)中,從測(cè)井角度,人們所關(guān)注的主要是井下管柱和水泥環(huán)這2個(gè)環(huán)節(jié)。因此,可以將油氣井封固性測(cè)井分為套損檢測(cè)和固井質(zhì)量測(cè)井2類(lèi)。按照測(cè)量原理,油氣井封固性測(cè)井通常采用機(jī)械、電磁、聲波、放射性、光學(xué)等物理方法。

1 套損檢測(cè)技術(shù)

套損檢測(cè)技術(shù)是確定套管損傷井段并對(duì)套管腐蝕和破裂情況進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)的技術(shù),套損檢測(cè)技術(shù)是油氣井封固性測(cè)井技術(shù)的重要內(nèi)容之一。習(xí)慣上所說(shuō)的套損檢測(cè)也包括對(duì)油管等其他井下管串和工具的檢測(cè)。機(jī)械測(cè)量和電磁測(cè)量技術(shù)在套損檢測(cè)中占有重要地位,超聲回波測(cè)量也有一定的應(yīng)用。

1.1 機(jī)械力學(xué)檢測(cè)技術(shù)

1.1.1 多臂井徑成像測(cè)井儀

多臂井徑成像測(cè)井儀可以探測(cè)油管和套管上的腐蝕坑、小孔和細(xì)小損傷以及套管上的射孔孔眼等,對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行處理,可以繪制出套管檢測(cè)成像圖。這是一種簡(jiǎn)單直觀、可信度高的管柱內(nèi)壁檢測(cè)儀器。這種測(cè)井方法在套損檢測(cè)中應(yīng)用廣泛[2]。但是,該儀器檢測(cè)結(jié)果無(wú)法反映套管外壁的腐蝕和損傷情況,也不能反映套管壁厚的變化情況。當(dāng)套管有嚴(yán)重結(jié)垢或結(jié)臘時(shí),測(cè)井結(jié)果會(huì)受到影響。

1.1.2 套管應(yīng)力磁記憶測(cè)井儀

磁記憶檢測(cè)的基本原理:處于地磁環(huán)境下的鐵制構(gòu)件受外部載荷作用時(shí),其內(nèi)部會(huì)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向,并在應(yīng)力與變形集中區(qū)形成最大的漏磁場(chǎng)變化。通過(guò)漏磁場(chǎng)法向分量的測(cè)定,可以準(zhǔn)確推斷工件的應(yīng)力集中部位[3]。

在一些老油田,有批量油井的套管在某些層段發(fā)生變形和損傷。為了掌握套管受力情況,中國(guó)石油大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司根據(jù)磁記憶檢測(cè)原理開(kāi)發(fā)出套管應(yīng)力磁記憶測(cè)井儀,該儀器用8個(gè)推靠臂將傳感器推向套管內(nèi)壁,可測(cè)定8個(gè)方向上的套管所受應(yīng)力情況。套管應(yīng)力磁記憶測(cè)井儀與多臂井徑成像測(cè)井儀組合應(yīng)用,可以在套管未變形或已經(jīng)變形情況下測(cè)量套管的磁記憶響應(yīng)異常區(qū)域,并可以指示出套管受力方向。如果套管應(yīng)力磁記憶測(cè)井資料上有異常而多臂井徑成像測(cè)井資料上沒(méi)有異常,說(shuō)明套管已受到異常外力,但還未發(fā)生變形。如果兩種測(cè)井資料上同時(shí)顯示出異常,說(shuō)明套管已受到異常外力,而且已經(jīng)發(fā)生變形。這些信息為油田套損預(yù)警及防治提供了重要依據(jù)。套管應(yīng)力磁記憶測(cè)井儀分辨率為地磁場(chǎng)強(qiáng)度的1/40,該技術(shù)判斷套管異常應(yīng)力集中區(qū)的準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

1.2 電磁套損檢測(cè)儀

電磁套損檢測(cè)儀器在套損檢測(cè)中占有重要地位,按照其應(yīng)用的具體方法劃分,有漏磁通測(cè)量、渦流測(cè)量和脈沖渦流測(cè)量等3種。

1.2.1 磁測(cè)井儀

早期的電磁測(cè)厚儀(也稱磁測(cè)井儀)發(fā)射較低頻率(如16 Hz)的電磁波,可根據(jù)接收信號(hào)的相位移計(jì)算出套管厚度[2]。

1.2.2 漏磁通類(lèi)測(cè)井儀器

Baker Hughes公司的管子剖面測(cè)井儀Vertilog[4]同時(shí)應(yīng)用漏磁通測(cè)量和近場(chǎng)渦流測(cè)量,儀器將幾個(gè)極板推靠到套管壁,儀器極板一側(cè)的激勵(lì)線圈產(chǎn)生10 kHz的電磁場(chǎng),在套管內(nèi)壁上產(chǎn)生渦流,測(cè)量信號(hào)主要反映套管內(nèi)壁約1 mm深度范圍內(nèi)的腐蝕或損傷;極板另一側(cè)為漏磁通測(cè)量線圈,其測(cè)量信號(hào)同套管損傷的深度成正比。該類(lèi)儀器可以測(cè)量管柱內(nèi)壁和外壁的腐蝕和損傷。

Baker Hughes公司的管子剖面測(cè)井儀已經(jīng)形成系列,可適應(yīng)各種不同井下條件的測(cè)井需求,如大直徑、小直徑管和對(duì)腐蝕損傷情況進(jìn)行精細(xì)描述等。該儀器對(duì)于沿著儀器運(yùn)動(dòng)方向有顯著變化的套管損傷的反映能力較強(qiáng),而對(duì)于沿著儀器運(yùn)動(dòng)方向變化不明顯的腐蝕和損傷(如套管上的軸向破損、管柱機(jī)械變形和套管均勻腐蝕等)反映能力有所降低。

1.2.3 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流類(lèi)套損檢測(cè)儀

Schlumberger公司的電磁管子掃描測(cè)井儀(EM Pipe Scanner)[5],以遠(yuǎn)場(chǎng)渦流和近場(chǎng)渦流進(jìn)行套損檢測(cè)。在儀器上部裝有18個(gè)弓形彈簧片,全部收攏時(shí)的直徑為2.3 in*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,彈簧片上裝有測(cè)量傳感器。在儀器上部的芯軸位置裝有8 kHz高頻發(fā)射線圈Txh;在儀器中部裝有8.5～70 Hz的低頻發(fā)射線圈Txl,在其上下方各裝有1對(duì)低頻接收線圈;在儀器下部,裝有1個(gè)發(fā)射線圈Txc和1對(duì)接收線圈,采用100 Hz～100 kHz之間的3個(gè)頻率測(cè)量套管電磁特性。

(1) 遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。利用低頻發(fā)射線圈Txl和上下2對(duì)接收線圈,在較大源距的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流測(cè)量狀態(tài)下,測(cè)得套管平均總厚度;利用低頻發(fā)射線圈Txl和18個(gè)極板上的傳感器測(cè)得套管厚度成像。

(2) 近場(chǎng)測(cè)量。利用高頻發(fā)射線圈Txh和18個(gè)極板上的傳感器測(cè)量高分辨率套管內(nèi)壁成像,將近場(chǎng)測(cè)量得到的二維套管高分辨率成像和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量得到的二維套管厚度成像對(duì)比,可以區(qū)分出套管腐蝕損傷發(fā)生在外表面還是在內(nèi)表面;利用儀器下部的發(fā)射線圈和1對(duì)接收線圈測(cè)量套管的電磁特性。

該類(lèi)儀器的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)內(nèi)層管柱的內(nèi)壁、外壁和金屬總厚度等進(jìn)行較為精細(xì)的定量評(píng)價(jià)。但是,對(duì)外層管柱只能進(jìn)行定性描述。

1.2.4 脈沖渦流類(lèi)測(cè)井儀

格威石油儀器有限公司生產(chǎn)的電磁探傷測(cè)井儀采用脈沖渦流測(cè)量技術(shù)(PEC,或稱瞬變電磁測(cè)量技術(shù))。儀器采用2組探頭,長(zhǎng)探頭用于探測(cè)內(nèi)、外層套管,短探頭僅僅探測(cè)內(nèi)層套管。

向發(fā)射線圈通以可編程控制的直流電流,在井內(nèi)及各層管柱中建立起恒定的磁場(chǎng)。關(guān)斷發(fā)射電流后,各層管柱中會(huì)產(chǎn)生感生電流,繼而產(chǎn)生二次場(chǎng)。在接收線圈中檢測(cè)到感生電動(dòng)勢(shì)ε[6]

(1)

式中,I(ω)為激勵(lì)電流的頻域;C為儀器常數(shù);Z(ω,r,σ,μ)為系統(tǒng)的傳輸函數(shù)。該傳輸函數(shù)與電流的頻率ω、管柱半徑r、材料的電導(dǎo)率σ和磁導(dǎo)率μ有關(guān)。在發(fā)射截止后1 ms開(kāi)始進(jìn)行采集,測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍約為100 dB;在多層套管情況下,反映外層套管的信號(hào)很微弱,需降低噪聲,提高信噪比。

通過(guò)對(duì)雙套管模型的理論仿真,接收信號(hào)在不同時(shí)刻對(duì)內(nèi)外層套管厚度變化的敏感性不同。定性解釋根據(jù)接收信號(hào)中異常信號(hào)出現(xiàn)的位置確定套管的減薄或腐蝕是發(fā)生在內(nèi)層套管上還是外層套管上。定量評(píng)價(jià)采用反演方法,探頭響應(yīng)可表示為

(2)

式中,σ為套管電導(dǎo)率;μ為套管磁導(dǎo)率;h1、h2分別為內(nèi)外層套管的厚度變化量;tn為采樣時(shí)間;I為供電電流。構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)

(3)

圖1是某井應(yīng)用實(shí)例。井下管串為3.5 in油管和7 in套管,儀器在油管中對(duì)油管和套管進(jìn)行探傷。圖1中第1道為電磁探傷測(cè)井變密度圖。第2道為管柱厚度曲線,EMmisfit和Thickmisfit是電磁和厚度反演的目標(biāo)函數(shù)值,為相對(duì)量;Eμ是套管相對(duì)磁導(dǎo)率;Eσ是套管電導(dǎo)率;CSGthickness是實(shí)測(cè)套管厚度;CSGnom,thick是套管厚度標(biāo)稱值。第3道為伽馬曲線和管柱腐蝕示意圖。從第1道的變密度顯示圖上可以定性確定,管柱腐蝕主要發(fā)生在7 in套管;第2道右側(cè)的藍(lán)色直線為7 in套管厚度標(biāo)稱值,紅色曲線為7 in套管厚度計(jì)算值?？梢钥闯?在一些井段,7 in套管有嚴(yán)重腐蝕。

圖1 某井2層管柱損傷反演的示例成果圖

實(shí)測(cè)資料顯示,該電磁探傷測(cè)井儀能夠有效發(fā)現(xiàn)多層套管的損傷情況并進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

電磁探傷測(cè)井儀器與多臂井徑成像測(cè)井儀組合,以多臂井徑成像測(cè)井精細(xì)描述套管變形和內(nèi)壁腐蝕損傷,以電磁探傷測(cè)井重點(diǎn)反映套管外壁損傷、管壁厚度變化以及外層套管損傷,在套損檢測(cè)中可起到很好的效果。

1.3 聲波套損檢測(cè)儀

1.3.1 超聲成像測(cè)井儀

超聲成像測(cè)井儀基于超聲脈沖反射測(cè)量方法,根據(jù)超聲波回波幅度和旅行時(shí)間對(duì)套管內(nèi)壁腐蝕變形進(jìn)行成像,探頭工作頻率0.5～1.5 MHz。超聲成像測(cè)井采用短余振寬帶探頭和全波形信號(hào)采集可以進(jìn)一步分析套管厚度變化和套管外壁腐蝕變形情況,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)套管三維成像。超聲成像測(cè)井儀的優(yōu)點(diǎn)是所測(cè)圖像的分辨率很高,其缺點(diǎn)是當(dāng)井內(nèi)為重泥漿以及井內(nèi)流體含氣時(shí),測(cè)井質(zhì)量大受影響。

1.3.2 幾種新型超聲測(cè)井儀

(1) 超聲前視測(cè)井儀的概念性樣機(jī)。中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司的超聲前視測(cè)井儀概念性樣機(jī)將超聲探頭置于測(cè)井儀器前端,向儀器前方發(fā)射超聲波脈沖,并采用相控陣聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲掃描,可以對(duì)儀器前方異常情況(套管擠壓變形、井下落物魚(yú)頂)進(jìn)行探測(cè)。與光學(xué)套損檢測(cè)儀相比,超聲前視測(cè)井儀可以在井液為不透明的鉆井泥漿等條件下進(jìn)行測(cè)井。

(2) 相控陣聲波防砂篩管檢測(cè)儀樣機(jī)。國(guó)外研制出相控陣聲波防砂篩管檢測(cè)儀樣機(jī)。在采用繞絲防砂篩管的油井內(nèi),外部的繞絲受出砂沖刷,容易受損。研究應(yīng)用相控陣聲波技術(shù)探測(cè)管外繞絲的受損情況。

1.4 其他套損檢測(cè)儀

(1) 套管陰極保護(hù)測(cè)井儀。Schlumberger公司的套管陰極保護(hù)測(cè)井儀對(duì)套管腐蝕情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)以判斷陰極保護(hù)的效果,確定是否需要采取補(bǔ)救措施。儀器將4組帶電極的推靠器推靠到井壁進(jìn)行測(cè)量。

(2) 光學(xué)套損檢測(cè)儀。光學(xué)套損檢測(cè)儀利用井下攝像儀在井下攝像,通過(guò)電纜或光纜將信號(hào)傳輸?shù)降孛?處理后得到井下圖像。鏡頭焦距可調(diào),采用不沾油涂層和光源后置技術(shù)使圖像更清晰,廣角鏡頭在水中視角可達(dá)55°。光學(xué)套損檢測(cè)儀有的用電纜,有的用鋼絲繩,有的用光纜進(jìn)行測(cè)井,將其同其他測(cè)井儀器相組合進(jìn)行套損檢測(cè),可取得更好效果。當(dāng)井內(nèi)流體不透明時(shí),這種儀器無(wú)法應(yīng)用。

2 固井質(zhì)量測(cè)井技術(shù)

2.1 聲波固井質(zhì)量測(cè)井儀

套管外的水泥環(huán)必須滿足支撐套管和達(dá)到層間水力封隔這2項(xiàng)基本要求[7]。聲波固井質(zhì)量測(cè)井技術(shù)可分為水泥膠結(jié)類(lèi)測(cè)井和水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井2大類(lèi)。首先問(wèn)世的是利用在套管中傳播的蘭姆波對(duì)稱模式探測(cè)水泥環(huán)質(zhì)量的水泥膠結(jié)類(lèi)測(cè)井,繼而是水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井。為解決輕質(zhì)水泥固井評(píng)價(jià)難題,近年來(lái)又發(fā)展了超聲斜入射基于蘭姆波反對(duì)稱模式的過(guò)套管聲波成像測(cè)井。

2.1.1 聲幅測(cè)井儀

聲幅測(cè)井是最早的聲波水泥膠結(jié)測(cè)井[8],出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代中期,發(fā)射頻率20 kHz左右,但不久就發(fā)現(xiàn)聲幅測(cè)井曲線受快速地層和儀器偏心等因素的影響。

2.1.2 聲波/變密度測(cè)井儀

20世紀(jì)60年代推出聲波/變密度(CBL/VDL)測(cè)井,既測(cè)量聲幅CBL,又將全波列記錄成變密度圖VDL。這種測(cè)井方法在大多情況下可以有效地對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)并估算出水泥膠結(jié)強(qiáng)度;在水泥環(huán)同套管膠結(jié)良好的前提下,從VDL圖上的地層波分析中可以間接推測(cè)水泥環(huán)同地層的膠結(jié)情況。從聲波/變密度測(cè)井技術(shù)面世到現(xiàn)在,它一直是中國(guó)油田固井質(zhì)量檢測(cè)的主要測(cè)井方法,也一直是評(píng)價(jià)固井質(zhì)量是否合格、是否優(yōu)質(zhì)的重要依據(jù)。應(yīng)該指出,將這種傳統(tǒng)測(cè)井方法作為評(píng)判固井質(zhì)量檢測(cè)是否合格、優(yōu)質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是有問(wèn)題的。中國(guó)每年完成的15 000口井的固井質(zhì)量合格率都在98%以上,但是,每年都有上千口油氣井由于固井質(zhì)量問(wèn)題而不能進(jìn)行正常的測(cè)試和生產(chǎn)[7]。

聲波/變密度測(cè)井與聲幅測(cè)井一樣,無(wú)探測(cè)水泥溝槽能力[9-10]。這樣,根據(jù)聲波/變密度測(cè)井資料判斷固井質(zhì)量為合格甚至是優(yōu)質(zhì)的井,仍然存在著油氣水通過(guò)水泥環(huán)中的溝槽發(fā)生竄槽的潛在風(fēng)險(xiǎn)。在國(guó)內(nèi)外一些高壓油氣井中,這一風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變成為事實(shí),釀成重大事故。對(duì)于重點(diǎn)井、深井、高壓油氣井等,在進(jìn)行聲波/變密度測(cè)井之外,必須加測(cè)其他項(xiàng)目,諸如增加對(duì)水泥溝槽具有探測(cè)能力的測(cè)井項(xiàng)目等。

2.1.3 分扇區(qū)聲幅型水泥膠結(jié)測(cè)井儀

分扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井有1個(gè)10～20 kHz發(fā)射探頭、1組距發(fā)射探頭1.5 ft或3 ft的扇區(qū)接收探頭組(小直徑套管用6扇區(qū),其他套管用8扇區(qū))、1個(gè)無(wú)定向3 ft接收探頭和1個(gè)5 ft無(wú)定向接收探頭。儀器可測(cè)得6條或8條分扇區(qū)水泥膠結(jié)曲線,據(jù)此作出扇區(qū)水泥膠結(jié)成像圖,從成像圖上可以看到水泥在周向的膠結(jié)情況,從而具備了探測(cè)水泥溝槽能力。此外,儀器記錄3 ft源距聲幅曲線,5 ft源距接收探頭接收全波列并繪制成VDL圖[11]。

這類(lèi)儀器目前在中國(guó)應(yīng)用不太廣泛,而國(guó)外廣泛應(yīng)用的都是小直徑過(guò)油管測(cè)井儀器,這些儀器受到儀器直徑的限制,用5 ft接收探頭所測(cè)的變密度測(cè)井的質(zhì)量不太理想,對(duì)第II界面的判斷受到影響。

2.1.4 分扇區(qū)衰減率型水泥膠結(jié)測(cè)井儀

Baker Hughes公司的Segmented Bond Tool(SBT)和中海油服的CBMT都屬于分扇區(qū)衰減率型水泥膠結(jié)測(cè)井儀。這種測(cè)井將6個(gè)滑板推向套管壁,每個(gè)滑板上有1個(gè)發(fā)射探頭和2個(gè)接收探頭,進(jìn)行聲波補(bǔ)償衰減測(cè)量。發(fā)射探頭頻率80～100 kHz。該儀器的探頭緊貼套管內(nèi)壁,在重泥漿以及泥漿含氣等情況下仍能進(jìn)行測(cè)量。SBT能夠?qū)Φ贗界面周向水泥膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),但無(wú)法對(duì)第II界面周向膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[12-13]。這種儀器具有探測(cè)水泥溝槽能力。

Baker Hughes最近推出Integrity eXplorerTM服務(wù),所用的儀器利用推靠器將6個(gè)滑板推向套管壁,滑板上裝有采用電磁和聲波原理的探頭。聲波探頭用于進(jìn)行水泥膠結(jié)測(cè)井。這種測(cè)井技術(shù)特別適用于井筒內(nèi)為氣體的井。不必壓井,就可以在氣井內(nèi)進(jìn)行水泥膠結(jié)測(cè)井,這對(duì)于在儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行周期性的封固性測(cè)井有重大意義,對(duì)于氣井和二氧化碳井,可以大大減少因壓井所需的費(fèi)用和時(shí)間。各種心軸型聲波測(cè)井儀在井內(nèi)流體中含有氣體的情況下很難進(jìn)行測(cè)井。

2.1.5 相控陣水泥膠結(jié)測(cè)井儀

中國(guó)石油大學(xué)(北京)提出了具有三維輻射特性的相控圓弧陣換能器[14-17]方案,并將聲波相控圓弧陣技術(shù)引入水泥膠結(jié)測(cè)井。目前中國(guó)成功研發(fā)了AABT1和AABT2等2種型號(hào)的相控陣水泥膠結(jié)測(cè)井儀[18],其中AABT1是中國(guó)石油大學(xué)(北京)與中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。AABT1型儀器聲系有2組圓弧陣聲波發(fā)射器和源距分別為3 ft和5 ft的2個(gè)單極子接收器[見(jiàn)圖2(a)]。相控圓弧陣聲波發(fā)射器分別向8個(gè)方向掃描發(fā)射聲波脈沖,每完成1周掃描發(fā)射,2個(gè)接收器各接收8道波形信號(hào)。AABT2型儀器聲系由相控線陣聲波發(fā)射器和源距分別為3 ft和5 ft的2個(gè)8單元相控圓弧陣接收站組成[見(jiàn)圖2(b)]。相控線陣聲波輻射器每發(fā)射1次脈沖聲波,每個(gè)相控圓弧陣接收站各測(cè)得對(duì)應(yīng)于8個(gè)方位的8道波形信號(hào)。AABT儀器可以同時(shí)取得CBL/VDL測(cè)井資料,儀器工作頻率12～18 kHz,深度采樣間隔0.1 m。

圖2 相控陣水泥膠結(jié)測(cè)井儀聲系結(jié)構(gòu)示意圖

利用配套軟件提取測(cè)得波形數(shù)據(jù)中所包含的套管波和地層波的幅度、波速和衰減等信息,可計(jì)算出不同方位、不同源距的套管波幅度和地層波幅度以及不同方位的套管波聲衰減系數(shù)。根據(jù)這些資料,結(jié)合正演理論研究和實(shí)驗(yàn)研究成果,可以繪出反映第I界面膠結(jié)情況的扇區(qū)水泥膠結(jié)成像圖和反映第II界面膠結(jié)情況的扇區(qū)水泥膠結(jié)成像圖,從而對(duì)水泥膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行很好的評(píng)價(jià)[19]。

該儀器已測(cè)井10余口,資料經(jīng)處理得到第I界面膠結(jié)成像圖和地層波幅度方位成像圖。在第I界面膠結(jié)良好的井段,可以從地層波幅度方位成像圖上了解第II界面的膠結(jié)情況。圖3為反映某井第I、第II界面膠結(jié)狀況的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例。圖3中第3道為相對(duì)方位(藍(lán)色曲線)和8個(gè)方位的地層波幅度曲線;第4道為地層波幅度方位成像圖(反映第II界面膠結(jié)狀況和地層性質(zhì)的周向不均勻性);第5道為套管波幅度方位成像圖(反映第I界面膠結(jié)情況);第6道為等效聲幅曲線(黑線)和8條地層波幅度曲線及其均值曲線(藍(lán)色);第7道為3 in源距波形及其包絡(luò)線;第8道為5 in源距波形的變密度圖。由圖3,在1 900～1 912 m井段套管波幅度較小,說(shuō)明第I界面膠結(jié)良好;1 900～1 908 m井段地層波幅度較大,說(shuō)明該井段的第II界面膠結(jié)質(zhì)量良好;1 908～1 912 m井段地層波幅度較小,說(shuō)明該井段的第II界面膠結(jié)質(zhì)量不是太好。

圖3 某井1 897～1 940 m井段第I、第II界面綜合成像圖

這種創(chuàng)新型儀器有以下特點(diǎn):①可測(cè)得CBL/VDL,其源距、間距和所用頻率與傳統(tǒng)的CBL/VDL相一致;②采用相控陣技術(shù),已測(cè)資料其扇區(qū)水泥膠結(jié)成像圖優(yōu)于八扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井儀和分扇區(qū)衰減率型水泥膠結(jié)測(cè)井儀的成像圖;③在第I界面膠結(jié)良好的前提下可以得到第II界面的水泥膠結(jié)成像圖;④將電路直接裝入聲系內(nèi),大大提高了儀器的信噪比和可靠性;⑤AABT2型儀器結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單,有望大幅度降低制造成本,而且其所測(cè)資料在經(jīng)過(guò)處理后,有望得到8個(gè)扇區(qū)上的衰減率信息。

2.1.6 水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井儀

水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井儀垂直向套管發(fā)射脈沖,換能器的工作頻率設(shè)定在套管共振頻率(取決于套管壁厚)附近,為200～700 kHz。分析聲脈沖引起的套管共振回波可以計(jì)算套管壁厚并求得與套管外壁相接觸之介質(zhì)的聲阻抗,從而獲知其物理狀態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài))。在早期的儀器中,探頭為螺旋狀排列,以后采用旋轉(zhuǎn)探頭方式進(jìn)行測(cè)井,形成當(dāng)代的超聲掃描成像測(cè)井儀。

中海油田服務(wù)股份有限公司2013年推出多功能超聲成像測(cè)井儀器MUIL。該儀器的成像模式可用于裸眼和套管內(nèi)壁成像,方位采樣間隔為1.5°;全波模式用于內(nèi)壁成像、套厚和固井質(zhì)量檢測(cè),方位采樣間隔為6°。針對(duì)不同的套管外徑,儀器采用不同尺寸掃描探頭,以便得到最佳的套損檢測(cè)和水泥聲阻抗探測(cè)效果。該儀器在國(guó)外服務(wù)近30井次。

考慮到套管檢測(cè)和水泥環(huán)評(píng)價(jià)對(duì)聲波探頭及頻率有不同的要求,中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司的超聲掃描成像測(cè)井儀在聲系旋轉(zhuǎn)探頭中封裝2個(gè)背向放置自發(fā)自收換能器,1個(gè)用于套管檢測(cè),1個(gè)用于水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)。

水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)是縱向和徑向采樣率高、周向覆蓋率高,可以得到清晰的圖像,用于水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)和發(fā)現(xiàn)竄槽等封固性問(wèn)題。其缺點(diǎn)是受重泥漿、含氣泥漿、套管變形、儀器不居中等因素的影響較大。

2.1.7 水泥環(huán)封隔掃描成像測(cè)井儀

與傳統(tǒng)水泥膠結(jié)類(lèi)測(cè)井利用對(duì)稱蘭姆波原理不同,Schlumberger公司的水泥環(huán)封隔掃描成像測(cè)井儀Isolation Scanner(IBC)利用蘭姆波的反對(duì)稱蘭姆波即彎曲波,采用斜入射聲波激勵(lì)方式,工作頻率200～300 kHz,入射角度30°～40°。

Isolation Scanner采用旋轉(zhuǎn)探頭組件,在旋轉(zhuǎn)探頭組件的一側(cè)安裝了垂直入射和接收的超聲成像探頭,應(yīng)用超聲反射法檢測(cè)環(huán)空介質(zhì)聲阻抗;在旋轉(zhuǎn)探頭組件的另一側(cè)安裝了單發(fā)雙收的斜入射蘭姆波測(cè)量探頭組,進(jìn)行泄漏蘭姆波衰減測(cè)量,對(duì)水泥膠結(jié)進(jìn)行精細(xì)評(píng)價(jià)。為了適應(yīng)不同內(nèi)徑套管的測(cè)量需要,配置了不同直徑的旋轉(zhuǎn)探頭,以盡量減小探頭組同套管壁的間隙[20]。

這種測(cè)井方法可以在低比重水泥固井的條件下,對(duì)油氣井封固性進(jìn)行很好的評(píng)價(jià),測(cè)井資料經(jīng)處理可得到套管探測(cè)成果和水泥環(huán)探測(cè)成果。水泥環(huán)探測(cè)成果圖中包括聲阻抗圖、衰減率圖、固液氣圖、管外環(huán)空水力竄通圖等[7]。將超聲成像得到的聲阻抗測(cè)井資料同蘭姆波測(cè)井得到的資料進(jìn)行綜合處理和解釋,可以更好地進(jìn)行固井質(zhì)量評(píng)價(jià);固液氣圖上對(duì)流體和固體有正確顯示;管外環(huán)空水力竄通圖顯示了管外環(huán)空彼此溝通的流體部分。

這種儀器成功識(shí)別管外環(huán)空的物理狀態(tài),解決了低比重水泥的水泥環(huán)評(píng)價(jià)難題,并提供流體竄通通道的清晰圖像。但是,該測(cè)井服務(wù)價(jià)格昂貴,在水平井中測(cè)井對(duì)儀器居中的要求較高。

2.1.8 噪聲測(cè)井儀

流體在通道截面積發(fā)生明顯變化處流動(dòng)出現(xiàn)紊流,產(chǎn)生具有一定能量和頻率特性的聲波,通常稱為井下噪聲。在油氣開(kāi)采期間定點(diǎn)測(cè)量管外環(huán)空噪聲,可探測(cè)管外流體竄槽。

傳統(tǒng)的噪聲測(cè)井儀以頻率截止值分別為200、600、1 000 Hz和2 000 Hz分4個(gè)頻道記錄噪聲幅度。國(guó)外研制的新型噪聲能譜測(cè)井儀能夠記錄8 Hz～60 kHz范圍內(nèi)的噪聲能譜。研究表明,噪聲強(qiáng)度與液體流速有關(guān),而噪聲能譜主要與流體通道的特性有關(guān)。測(cè)井資料解釋中除了找到噪聲發(fā)生的位置以外,還能通過(guò)噪聲能譜來(lái)判斷井下噪聲是由何種因素引起的。

2.2 伽馬密度固井質(zhì)量測(cè)井儀

伽馬密度固井質(zhì)量測(cè)井采儀用240 mCi的137Cs放射性源,裝有3組探頭。源距最小的伽馬探測(cè)器用于測(cè)量套管壁厚;源距為0.42 m的伽馬探測(cè)器組有6個(gè)伽馬探頭,在同一平面內(nèi)沿360°方位均勻分布,用于探測(cè)不同方位管外環(huán)空的介質(zhì)密度;源距為0.72 m的伽馬探測(cè)器用于地層對(duì)比和校深,該探測(cè)器還可用于探測(cè)套管偏心程度。對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行處理可以得到套管外充填物質(zhì)密度和套管壁厚,并可計(jì)算出套管偏心率。八扇區(qū)測(cè)井儀通過(guò)水泥環(huán)密度變化的測(cè)量,對(duì)溝槽、孔洞的解釋具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),并且該測(cè)量方式受雙層套管、微環(huán)隙、溝槽、快速地層等影響較小,有利于提高解釋評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

放射性水泥膠結(jié)測(cè)井儀經(jīng)常與聲幅測(cè)井儀器組合使用。放射性水泥膠結(jié)測(cè)井對(duì)微環(huán)沒(méi)有響應(yīng),而聲幅測(cè)井儀要受微環(huán)影響,所以二者結(jié)合還可識(shí)別微環(huán)。圖4是某井的水泥固井質(zhì)量測(cè)井解釋綜合圖。在885 m附近,聲波顯示水泥固結(jié)較差,而放射性顯示水泥填充良好。由此提示,此處有微間隙的影響。

2.3 固井質(zhì)量測(cè)井面臨的主要難題

聲波測(cè)井在固井質(zhì)量測(cè)井中占絕大多數(shù),但聲波測(cè)井普遍受第I界面微間隙的不利影響。在第I界面出現(xiàn)微間隙的情況下,主要測(cè)井響應(yīng)都會(huì)或多或少出現(xiàn)假象,且無(wú)法校正;其次,水泥環(huán)第II界面是管外環(huán)空封隔性的最薄弱環(huán)節(jié),只能根據(jù)VDL進(jìn)行定性評(píng)價(jià),對(duì)其定量評(píng)價(jià)是固井質(zhì)量測(cè)井尚未取得突破的技術(shù)障礙;再次,水平井井底沉沙和測(cè)井儀器偏心構(gòu)成了難以克服的技術(shù)難題。

3 封固性測(cè)井模擬試驗(yàn)條件和資料處理軟件

3.1 固井質(zhì)量測(cè)井模擬試驗(yàn)條件

為了開(kāi)展封固性測(cè)井研究和對(duì)測(cè)井儀器進(jìn)行評(píng)價(jià),中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司、中國(guó)石油化工集團(tuán)公司和中國(guó)海洋石油總公司均分別設(shè)計(jì)建造了套損模擬井群和固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井群。

建造實(shí)驗(yàn)井可以實(shí)現(xiàn)全尺寸物理模擬,主要目的:①固井質(zhì)量測(cè)井儀器刻度;②考察測(cè)井儀器的探測(cè)能力;③根據(jù)已知水泥膠結(jié)狀況、模型聲學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù),采集固井質(zhì)量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并加以分析,進(jìn)行固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究。

3.1.1 中海油服套損檢測(cè)模型實(shí)驗(yàn)井

圖4 某井聲幅變密度和放射性水泥膠結(jié)測(cè)井解釋成果圖

2013年,中海油田服務(wù)股份有限公司建立了外徑分別為7 in和9.625 in的2口套損檢測(cè)模型實(shí)驗(yàn)井。實(shí)驗(yàn)井設(shè)計(jì)了通孔(包括變孔徑通孔和不同孔密通孔)、不同孔徑的盲孔、不同寬度和長(zhǎng)度的縱向槽、不同弧長(zhǎng)的內(nèi)壁橫向槽、不同套管壁厚等,以模擬套管上不同長(zhǎng)度、不同寬度的縱向裂縫和橫向裂縫以及不同大小、不同深度的孔洞,通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)測(cè)量與資料分析,確定2種規(guī)格套管不同損傷情況下不同探測(cè)套損測(cè)井儀器測(cè)量分辨率和壁厚測(cè)量精度。

3.1.2 固井質(zhì)量測(cè)井模型實(shí)驗(yàn)井

在固井質(zhì)量測(cè)井模擬實(shí)驗(yàn)井中對(duì)不同套管尺寸、水泥漿密度、第I界面膠結(jié)缺失、第II界面膠結(jié)缺失、套管偏心、雙層套管等情況進(jìn)行實(shí)體模擬。

(1) 中海油服固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井群。2013年,中海油田服務(wù)股份有限公司建立了1套固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井群(見(jiàn)表1)。建造固井質(zhì)量測(cè)井模型實(shí)驗(yàn)井群的最初目的是為各種固井質(zhì)量測(cè)井儀器和固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究建立實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。

表1 中海油服固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井群

注:模擬5°、7.5°和15°主要是為多功能超聲成像測(cè)井MUIL實(shí)驗(yàn)建造

在該井群中,1號(hào)～6號(hào)井底部1.5 m模擬套管偏心,7號(hào)井模擬了快、中、慢速地層條件,11號(hào)井模擬了快、中速地層條件;除了11號(hào)井外,所有7 in套管井水泥環(huán)厚度均為21 mm,所有9.625 in套管井水泥環(huán)厚度均為35 mm;每個(gè)模型井高度均為9.5 m,井眼直徑0.311 m。

(2) 中國(guó)主要的固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井(群)。中國(guó)很多油田都建立了固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井(見(jiàn)表2)。這些實(shí)驗(yàn)井多數(shù)是為解決油田急需的儀器測(cè)試和固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究服務(wù)的。這些投入大量資金、精力和智慧建造的測(cè)試裝置,是中國(guó)測(cè)井行業(yè)寶貴的硬件財(cái)富,應(yīng)努力把這些實(shí)驗(yàn)井維護(hù)好、保養(yǎng)好,測(cè)井同行應(yīng)當(dāng)互通有無(wú),充分發(fā)揮這些實(shí)驗(yàn)井的重要作用。

表2 中國(guó)各主要固井質(zhì)量測(cè)井實(shí)驗(yàn)井(群)

注:遼河油田模擬了水泥環(huán)0.1、0.2、0.4 m縱向膠結(jié)不均勻和雙層套管水泥膠結(jié)情況;大慶油田、西部鉆探和中海油服模擬了套管偏心

(3) 目前固井質(zhì)量刻度井(群)的作用與局限性?？潭染M了不同密度水泥固井膠結(jié)良好、第I界面和第II界面水泥溝槽、自由套管、縱向水泥不均勻膠結(jié)和各種不同巖性地層等,為推動(dòng)我國(guó)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用:①可用于刻度標(biāo)定固井質(zhì)量測(cè)井儀;②這些全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)井的最大好處是可通過(guò)測(cè)井儀器采集固井質(zhì)量已知的測(cè)井響應(yīng),有利于固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和處理軟件深入研究及制定水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn);③便于評(píng)估固井質(zhì)量測(cè)井儀器的探測(cè)能力。

這些刻度井(群)也存在明顯的技術(shù)局限性:①因石料采集手段和運(yùn)輸手段限制,無(wú)法模擬較松軟的地層,也無(wú)法模擬徑向尺寸足夠大的地層;②因加工制作工藝限制,無(wú)法模擬井液漸變污染,無(wú)法模擬泥餅條件下的固井;③最重要的是無(wú)法模擬實(shí)際不同產(chǎn)層之間水泥環(huán)的各種層間封隔狀況。

3.2 固井質(zhì)量測(cè)井評(píng)價(jià)方法

中國(guó)早期的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)主要依賴于聲幅測(cè)井,從20世紀(jì)70年代開(kāi)始逐步應(yīng)用CBL/VDL測(cè)井資料。通過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐和方法研究,各個(gè)油田形成了具有鮮明特色的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。在中國(guó)大部分油田現(xiàn)場(chǎng),早期聲幅A評(píng)價(jià)指標(biāo)多數(shù)為A≤20%,優(yōu)(良好);20%40%,不合格(差)。1990年,中國(guó)石油天然氣總公司組織編寫(xiě)《鉆井手冊(cè)(甲方)》,該手冊(cè)推薦的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)為CBL在10%～15%以下,固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì);CBL低于或等于30%,固井質(zhì)量合格;CBL>30%,固井質(zhì)量不合格[21]。在層間封隔評(píng)價(jià)過(guò)程中,VDL是第II界面膠結(jié)狀況定性評(píng)價(jià)的依據(jù)。這種評(píng)價(jià)方法在低密度水泥固井、薄壁套管、厚壁套管、快速地層和水泥溝槽井段,很可能誤評(píng)價(jià)。

為解決該問(wèn)題,以便充分利用油田常規(guī)的CBL/VDL測(cè)井資料和SBT測(cè)井資料評(píng)價(jià)固井質(zhì)量,研究建立了聲幅和衰減率隨套管尺寸變化而變的水泥膠結(jié)和水泥環(huán)層間封隔評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;同時(shí),提出了快速地層、外層套管以及與地層孔滲性能相關(guān)(見(jiàn)圖5)的測(cè)井響應(yīng)的識(shí)別、水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)和層間封隔定性的評(píng)價(jià)方法,規(guī)定在候凝時(shí)間不足和微間隙大于0.1 mm這2種情況下不能用水泥膠結(jié)測(cè)井評(píng)價(jià)固井質(zhì)量[22]。

圖5 滲透性地層井段的CBL/VDL測(cè)井和驗(yàn)竄

進(jìn)入21世紀(jì),中國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)和技術(shù)變化很大,高壓氣井、調(diào)整井、水平井、低密度水泥固井等數(shù)量越來(lái)越多;逐步推廣使用了伽馬密度測(cè)井、分扇區(qū)聲幅測(cè)井、水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井和IBC測(cè)井;固井評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富,相關(guān)研究成果逐漸增多,例如,研究并應(yīng)用了調(diào)整井固井和低密度水泥固井的評(píng)價(jià)方法等。此外,針對(duì)固井質(zhì)量測(cè)井響應(yīng)的多解性,提出了利用地質(zhì)、鉆井、固井以及其他測(cè)井資料的固井質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法。

測(cè)井專(zhuān)家和固井專(zhuān)家通力合作,在深入研究和總結(jié)的基礎(chǔ)上,編寫(xiě)并發(fā)布了中國(guó)固井質(zhì)量測(cè)井資料驗(yàn)收和固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[22-23]。

固井質(zhì)量測(cè)井評(píng)價(jià)軟件是評(píng)價(jià)技術(shù)水平的體現(xiàn)之一。在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的一體化測(cè)井資料處理軟件平臺(tái)CIFLog的基礎(chǔ)上,大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)有代表性的套管井測(cè)井資料處理軟件CIFLog-Smart 1.0,軟件中包含有封固性測(cè)井資料處理等3個(gè)軟件包,已處理測(cè)井資料數(shù)萬(wàn)井次。

3.3 固井質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要難題

從油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)和降本增效高標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā),固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方法還存在很多技術(shù)問(wèn)題,如水平井段、高溫高壓、致密砂巖氣煤層氣頁(yè)巖氣等固井后對(duì)層間封隔、壓裂效果和井口帶壓的評(píng)價(jià),油氣田開(kāi)發(fā)中后期調(diào)整井固井和深水油氣井固井的水泥環(huán)層間封隔評(píng)價(jià)等,都是石油測(cè)井界亟待研究解決的重大技術(shù)難題,目前在這些方面的評(píng)價(jià)方法只是初步的,甚至帶有明顯的探索性質(zhì)。

4 油氣井封固性測(cè)井技術(shù)的要求

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),石油工業(yè)面臨著“低、深、海、非”四大技術(shù)需求,即低滲透、深層、海洋和非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)的技術(shù)需求。這些需求加上越來(lái)越高的環(huán)保要求,對(duì)油氣井封固性測(cè)井提出了更高的要求。

(1) 溫度指標(biāo)從175 ℃提升到200 ℃,甚至達(dá)到230 ℃。

(2) 壓力指標(biāo)從140 MPa提升到160 MPa,甚至到180 MPa。

(3) 大套管井測(cè)井及評(píng)價(jià),過(guò)去主要是在5 in或7 in套管內(nèi)進(jìn)行油氣井封固性測(cè)井,現(xiàn)在要求在9 in甚至16 in的套管內(nèi)進(jìn)行測(cè)井。

(4) 外層套管的腐蝕和損傷也會(huì)對(duì)油氣井封固性產(chǎn)生嚴(yán)重影響,多層管柱封固性測(cè)井及評(píng)價(jià)成為當(dāng)前比較突出的技術(shù)要求。

(5) 大斜度井和水平井測(cè)井要求儀器居中,必要時(shí)在資料處理中采用偏心校正技術(shù)。

(6) 為了確定油氣井封固性問(wèn)題,往往需要多種測(cè)井儀器相組合,對(duì)儀器組合能力及信號(hào)傳輸能力提出了更高要求。

(7) 油田測(cè)井作業(yè)實(shí)踐有時(shí)要求連接電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)井,有時(shí)要求連接鋼絲繩進(jìn)行存儲(chǔ)式測(cè)井,也會(huì)有要求一支儀器能實(shí)時(shí)測(cè)量和存儲(chǔ)兩用。

(8) 特殊套管測(cè)井需求。隨著鍍層套管與塑料防腐套管的擴(kuò)大應(yīng)用,對(duì)某些儀器應(yīng)考慮在這些井內(nèi)測(cè)井時(shí)控制測(cè)臂在套管上的壓力。

(9) 采用低比重水泥漿進(jìn)行固井的封固性測(cè)井需求。

(10) 環(huán)境保護(hù)以及海上油氣資源、深部油氣資源、非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)使油氣井封固性測(cè)井需求量大幅增加。

(11) 深部油氣勘探開(kāi)發(fā)和海上油氣勘探開(kāi)發(fā)的展開(kāi),對(duì)中高端油氣井封固性測(cè)井的需求將會(huì)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明,對(duì)油氣井封固性的理論研究和測(cè)井資料處理研究等都需進(jìn)一步加強(qiáng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1) 油氣井封固性測(cè)井能發(fā)現(xiàn)并判定井下管柱和水泥環(huán)的問(wèn)題,對(duì)于維持油氣井產(chǎn)量、延長(zhǎng)油氣井生命周期、防止油氣井事故、防止環(huán)境污染等有重要意義,油氣井封固性測(cè)井在國(guó)外受重視程度越來(lái)越高,應(yīng)該進(jìn)一步提高中國(guó)對(duì)油氣井封固性測(cè)井的重視程度。

(2) 石油工業(yè)低滲透、深層、海洋和非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)的技術(shù)需求以及儲(chǔ)氣庫(kù)周期性檢測(cè)對(duì)油氣井封固性測(cè)井提出了更高的技術(shù)需求,推動(dòng)了封固性測(cè)井技術(shù)的發(fā)展。

(3) 各油田在油氣井封固性方面呈現(xiàn)的問(wèn)題不同,采用的封固性測(cè)井的系列也有所不同。對(duì)于套管檢測(cè),多臂井徑同電磁類(lèi)測(cè)井相結(jié)合能取得較好效果;對(duì)于固井質(zhì)量評(píng)價(jià),聲幅/變密度測(cè)井仍是固井質(zhì)量測(cè)井的重要內(nèi)容,但是,將聲幅/變密度測(cè)井作為評(píng)價(jià)固井質(zhì)量合格或是優(yōu)質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是不合理的,建議加上具備分區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井的測(cè)井內(nèi)容。另外,水泥膠結(jié)類(lèi)測(cè)井同水泥聲阻抗類(lèi)測(cè)井或是伽馬密度測(cè)井相結(jié)合也是比較合理的組合。對(duì)于重點(diǎn)井、超深井、海上深井等,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,安排一些高端的固井質(zhì)量測(cè)井項(xiàng)目。

(4) 脈沖渦流類(lèi)電磁探傷測(cè)井在多層管柱檢測(cè)方面顯示出獨(dú)到的優(yōu)勢(shì);超聲掃描成像測(cè)井、基于斜入射蘭斯姆波的水泥膠結(jié)測(cè)井、相控陣聲波技術(shù)等在固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方面展示出良好的發(fā)展前景。

(5) 建議中國(guó)測(cè)井界加強(qiáng)油氣井封固性測(cè)井理論研究、將數(shù)值模擬研究適當(dāng)?shù)膶?shí)體模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合;深化探頭、聲系結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)研究;建立配套的刻度標(biāo)準(zhǔn)井、加強(qiáng)封固性測(cè)井資料處理和固井質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法研究。

致謝:齊寶權(quán)、劉恒、高炳燕、林有娣、趙陽(yáng)陽(yáng)等在資料收集和示例提供方面做了大量工作,為本文的寫(xiě)成創(chuàng)造了有利條件,特此致謝。

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