三探测器密度测井仪测量套管厚度和水泥环密度

俄罗斯固井质量测井仪器与哈里伯顿INSITE系列测井系统的挂接【摘要】本文介绍了俄罗斯固井质量测井仪器的基本特性及功能，重点是解决了实际生产中不同测井系统挂接的需求。

针对俄罗斯固井质量测井仪器与insite系列测井系统挂接之间存在的问题，包括gector地面采集系统的挂接；gector地面采集系统深度信号的获取；地面系统的供电组成；井下仪器3芯接头与insite系列19芯接头的转换问题等，提出了合理有效的解决方案，实现了两套不同系统之间的挂接，充分利用测井资源，提高了测井生产时效。

【关键词】声波变密度水泥胶结质量仪器挂接地面采集俄罗斯固井质量测井仪器即俄罗斯mak2—sgdt测井系统，采用声波变密度（mak2）和伽玛密度（sgdt）测井仪器相结合的组合形式定量的评价水泥胶结质量。

这套系统主要包括声波变密度测井仪、伽玛密度测井仪、gector地面采集箱、mak电源箱。

insite系列测井系统是美国哈里伯顿公司在excell2000系列测井系统基础上研制的新一代测井系统。

俄罗斯固井质量测井仪器和insite系列测井系统在测井中具有很大差异，测井系统整体结构大相径庭。

而俄罗斯固井质量测井仪器可以与insite测井系列在测井过程中的功能互补，通过两套系统的挂接，使两套系统在实际测井操作中协调工作，共同发挥它们的作用。

1 俄罗斯固井质量测井仪原理俄罗斯固井质量测井仪器采用声波变密度（mak2）和伽玛密度（sgdt）仪器相结合的形式评价水泥胶结情况。

mak2不提取首波绝对幅度的大小，而是研究首波的幅度衰减和时间特性；它测量首波到达接收器的时间、接收器记录的首波衰减、首波时差及首波衰减系数。

因此，mak2声波变密度仪器是通过测量首波衰减情况来评价第一、第二界面胶结质量。

sgdt伽玛密度仪器是通过放射源来反映水泥环的密度情况。

经过计算机处理，能够得到套管壁厚曲线、偏心率曲线、水泥平均密度曲线等。

通过这两种仪器测量的成果曲线信息，结合常规资料和地层密度等资料进行综合解释，综合评价水泥胶结质量、确定水泥返高和自由套管井段、检查套管损坏位置、检查套管程序以及确定套管相对与井壁的偏心率等。

固井质量测井评价方法分析摘要：固井工程是油田开发重要的工程项目之一，固井质量对油井油田稳定生产有着直接的影响。

课题研究由此出发，深入分析探讨现阶段固井质量的评测技术以及使用方法，重点对声幅变密固井测井技术、水泥胶结固井测井技术和声波固井技术进行分析和评价，对技术原理、应用优势以及实践效果进行了深入探讨，旨在为提高我国固井质量评价技术的研究提供必要借鉴。

关键字：固井；测井；评价方法目前我国油田使用的固井测井评价技术种类较多，但根据技术原理以及应用方法主要可以分为声幅变密技术、水泥胶结技术和声波固井技术大类。

其中声幅变密技术是我国自主知识产权的技术，水泥胶结测井技术是引入美国阿特拉斯公司的测井技术，声波固井测试技术是从俄罗斯引入的测井技术。

三种固井质量测井技术有着不同技术原理是技术优势，适用空间各不相同，对三类技术的综合对比，可以在固井测试中更有针对性的选择适用的测井技术，提高固井质量的评价精度。

1.固井测井原理1.1声幅变密技术原理声幅变密技术本质是一种声波脉冲的测试技术。

由根据实际测试需求设定脉冲参数后，由发射器设备向套管中发生脉冲信号进而产生套管波，波动以套管作为媒介迅速传播，射入固井泥浆中。

接收器设备接收折射回来的波动，并通过中控设备进行电压值的转换，经过不断的位置推行和测试，最终形成固井声幅曲线，通过曲线可以实现对固井胶结界面的评价。

变密测试是主要是对不同源距进行测试，根据实际测井环境以及测井需求选择相应的变密图形，密度选择要充分考量井下地层波的强弱，一次胶结一般选择3ft的密度图形，二次胶结的测试一般选择5ft的变密度图形。

1.2分区式水泥胶结测井原理分区式水泥胶结测井技术英文简称sbt技术，是近年来出现的全新径向固井质量评价测试技术，依托相应的设备装置可以实现对固井水泥胶结质量的全面测试，准确的识别水泥胶结质量、孔洞及槽道得我位置以及分布情况，该技术相对操作简单、精度高，既适用于老井的固井质量评价，在新井固井质量的评价中也有着良好的效果，因此该技术具有广泛的应用推广空间。

固井质量检测一、声幅及变密度测井原理1、声幅测井原理声幅测井仪器通过单发单收声系，它是通过记录套管中套管波的首波幅度来反映井下套管与水泥的胶结质量。

首波传播路径服从费尔马时间最小原理，套管波的幅度随套管波阻尼因子增大而减小，套管外的介质不同，套管波的幅度也不同，故影响套管波的因素主要是套管厚度、直径、水泥环、固井后的测量时间、水泥与套管的胶结情况。

2、变密度测井原理水泥胶结测井仪是采用单发双收声系，原距3ft和5ft。

测量时，由发射器发射频率为20kHz的脉冲波，两个探头（接收器）把接收到的声信号转换为电信号，经电缆传到地面，地面仪器对接收到的全波列信号进行检波，检波后只保留全波列中的前12个到14个波的正半周，这部分电信号加到显像管上来调制光点亮度。

声波幅度大电压高，光点就亮，胶片就显为黑色；声波幅度小电压低，光点就暗，胶片就显为黑色。

变密度测井图是黑（灰）白相间的条带，其颜色的深浅表示接收到信号的强弱，从而依此判断第一界面和第二界面的胶结质量。

将套管和泥浆的性质视为不变，也就是说套管波和泥浆波的传播速度不变，因此，套管波和泥浆波显示为直条带。

而地层岩性不同其声速也不同，因此地层波显示为有摆动的条带。

通常接收到的声波依次为：经套管传播的套管波、经地层传播的地层波以及通过泥浆传播的直达波即泥浆波。

二、声幅及变密度测井资料的应用1、确定水泥面上返高度。

完井工程要求水泥面必须比油、气预界面高出100m 左右，才能达到有效封隔。

因而要求水泥面实际测井中能确定出水泥的上返高度。

理论与实际表明，水泥面应在声幅曲线由低幅度向高幅度过度的半幅度点处。

2、评价固井质量，检查生产层之间的封堵效果。

三、固井质量评价方法1、利用声幅测井曲线检查固井质量采用相对幅度法检查固井质量，即水泥面以上（自由套管）处的声幅幅度A作为100﹪，其余处与之相比进行质量评价。

解释时分五个等级，并根据水泥密度的高低其评价有所差别：（1）自由管：声幅幅度=100﹪A（2）混浆带：是声幅曲线从高幅度到高幅度向低幅度过度的半幅点（一般是开始进入胶结中等的位置）的井段。

工程测井解释技术在测井处现有的套管监测测井仪器中，主要有以下几种测量方法：井下电视、脉冲回声仪（PET）、磁测井、多臂井径（MAC）、井温以及水泥胶结评介测井仪（CBL）。

以下将简单地介绍这几种方法的测量原理及解释方法。

资料解释1 .井下电视资料解释：变形：套管变形，发射波回不到换能器，则在照片上呈现黑影，黑影的大小反映变形的部位和形状。

图纸上呈现4条黑影的图像可以解释为套管椭圆变形。

孔洞：孔洞部分套管缺失，往往伴随着外漏，图纸上呈现小黑斑。

破裂：套管在固井水泥返高以上形成垂直裂缝内径变大的特征，在固井段呈不规则裂缝，在图纸上呈条形黑影。

错断：错断套管主要集中在射孔井段，断开点在接箍处尤多，断开区呈现黑色，黑影长度为断距。

腐蚀：套管内壁由于腐蚀产生深浅不等的锈斑，在图纸上显示为鱼鳞状黑斑。

综上所述。

超声电视法通过图纸上的黑影特征来判定套管的损伤类型，但是破洞、变形、套管壁上的附着水泥块等因素都显示为黑影。

因此，当黑影特征不明显时则产生多解性，只有通过多种方法综合解释才能得出正确结论。

2.多臂井径资料解释：整圆腐蚀：最大、最小井径均增大，剩余壁厚减小；半圆腐蚀：最大井径增大，最小井径基本不变，剩余壁厚减小；套管缩径：最大、最小井径均减小，剩余壁厚增大；套管椭圆：最大井径增大，最小井径减小，剩余壁厚减小；套管破裂：最大、最小井径均增大（有明显异常，一般数值大于130mm，或参考射孔段对比），剩余壁厚减小；孔洞或大砂眼：最大井径增大（有明显异常，一般数值大于130mm，最小井径基本不变或参考射孔段对比），剩余壁厚减小。

3.磁测井资料解释：一般情况下，由于我们将套管的磁导率电导率作为常数，但实际上每两根钢级相同，规格相同的套管磁导率、电导率均不相同，故资料解释上将每一根套管作为独立单位来处理。

腐蚀：壁厚变小〈相对于同一根套管的壁厚最大值〉。

外腐蚀的判断为：壁厚变小，井径基本不变；内腐蚀的判断为：壁厚变小，井径变大；穿孔的判断一般情况下，与射孔段处壁厚、井径测量值比较判断。

八扇区水泥胶结测井成像新方法摘要：目前利用八扇区测井资料评价固井质量应用较多的水泥分布成像方法是用声波幅度划分灰度等级来绘制灰度图显示水泥胶结程度，但声波幅度易受外界因素影响，导致成像结果不可靠。

本文针对以上方法存在问题，提出了八扇区水泥分布成像的新方法。

该方法将扇区声幅标准化后，再分别计算水泥胶结指数，利用水泥胶结指数重新绘制扇区水泥分布图，能更实际可靠的反应水泥胶结状况，在刻度井及实际生产井中均取得了很好的应用效果。

关键词：八扇区；水泥胶结；胶结指数；固井质量任莉，陈大涛，李洪征，于翔（中国石油集团测井有限公司大庆分公司解释评价中心）·综述·作者简介：任莉，女，汉族，工程师，工作单位中国石油测井公司大庆分公司测井公司解释评价中心油藏评价室副主任，从事测井解释工作。

0引言随着固井技术的发展和工程要求，固井质量评价的内容和方法也在不断变化，单一井轴方向的声波变密度测井已经不能满足复杂的市场形势，八扇区水泥胶结测井是逐步转向周相（圆周方向）多维评价的方法之一，它突破了常规声波变密度CBL （单发单收）和VDL 测量提供的只是一个套管周边平均测量结果的局限性，八扇区水泥胶结测井以环绕方式提供了整个圆周沿纵向和横向上的水泥胶结情况。

目前行业内应用较多的扇区成像方法是用声波幅度划分灰度等级，用固定幅度步长绘制灰度图来显示水泥胶结程度，但是由于声波幅度受水泥密度、套管尺寸、测量源距等因素的影响较大，虽然能显示水泥胶结的好坏，但是随意性较强，好坏的划分界限值给定的依据不充分，解释存在一定的不可靠性。

本文为了满足当下固井质量精细评价要求，创新性建立了水泥胶结指数扇区水泥分布成像方法，克服了声波幅度成像法存在的结果不确定性，使得扇区图像反映固井质量由定性到定量，更具实际意义，用户使用更为方便直观。

1扇区水泥胶结测井仪简介八扇区下井仪器中有一个声波发射探头、一个距离发射探头3ft 的声波接收探头组、一个距离发射探头5ft 的声波变密度接收探头。

MAK-II声波和СГДТ-НВ伽马密度测井技术简介MAK-II声波和СГДТ-НВ水泥密度-套管壁厚度（简称伽马密度）组合测井仪是从俄罗斯引进的。

MAK-II声波和伽马密度固井质量评价系统是针对俄罗斯MAK-II声波和伽马密度测井仪编制的，集数据采集、数据处理、解释评价为一体的测井解释评价系统。

其中包括测井、格式转换、数据查看、校深、波形校正、解释评价、原始数据及解释成果打印等。

输出成果为一、二界面的水泥胶结情况的评价结果以及套管与地层间环空中充填介质的密度、套管壁的厚度、套管偏心率等。

该评价系统的运行环境是：硬件－586以上的IBM-PC兼容机、彩色显示器；软件－MS-DOS6.0以上版本操作系统，中文操作系统MAK-II声波测井仪采用单发双收声系，发射探头是磁致伸缩探头，接收探头是压电陶瓷探头。

耐温可达120 ℃，耐压80 MPa，外径有73mm和100mm 两种，测速为1000m/h。

该仪器一次下井可同时记录变密度、首波到达R1的时间、波到达R2的时间、首波时差、R1记录的首波衰减、R2记录的首波衰减、首波的衰减系数等曲线。

通过解释分析，可以评价一、二界面胶结情况。

СГДТ-НВ伽马密度测井仪的发射探头选用137Cs伽玛源，源强为240毫居里。

密度探头由沿周向排列的6个小探头构成。

其耐温可达120 ℃，耐压60 MPa，外径100mm，测速600m/h。

适用于在套管壁厚度小于15 mm，固井用水泥密度在1.0~2.0 g/cm3之间的井中测量。

测井时，仪器在套管内居中，伽玛源向周围介质发射0.662Mev的伽玛射线，射线与套管内介质、套管、水泥环以及地层中的物质发生康普顿散射、瑞利散射和光电吸收等作用，各接收探头接收经过散射的能量下降的射线，从而可得到套管壁厚计数曲线、6条密度计数曲线、综合密度计数曲线及自然伽玛计数等曲线。

再通过计算，可以得到充填介质平均密度、套管壁厚度及套管偏心率曲线。

YQC伽玛密度厚度测井仪资料LH-CDT水泥密度测井仪使用说明书及维修手册盘锦辽河油田裕隆实业有限公司电子仪器厂2008年4月18日目录一、仪器用途和技术说明1.仪器用途2. 技术性能二、井下仪器工作原理1. 仪器工作原理2.井下仪原理框图如下（一）探头部分；（二）信号处理板;（三）低压电源;（四）高压电源;（五）电压调整板;（六）传输板;（七）输出驱动三、故障和排除方法;四、装配;五、使用限制条件;六、仪器使用前的准备和仪器下井前应完成的工作;七、测井后技术保养;八、仪器使用方式;九、影响测井质量的因素十、仪器记录点十一、电路图集和元件表一、仪器用途和技术说明1.仪器用途LH-CDT水泥密度测井仪用于油田套管井固井质量以及套管技术状况检测。

仪器利用放射性测井的原理和方法，根据固井后水泥环、套管对伽玛源产生的散射作用，并对伽玛一伽玛散射射线进行科学统计处理，计算出水泥环体积密度、套管壁厚,进而确定水泥环固结质量和套管技术状况，例如：套管偏心、破损、腐蚀，扶正器，射孔位置，管外异物等。

同时再结合声波变密度测井资料的（CBL）处理结果进行综合评价,可以准确确定套管—水泥环—地层的微间隙、微环胶结；水泥环孔道、空洞和水泥缺失等现象，为寻找油井中的油层窜槽等提供最好的检测手段。

它可以弥补CBL测井的不足，在微观上进一步解释声波变密度测井无法提供的信息。

φ110主要适用于套管外径为140mm和178mm(国内主要这两种)，φ64主要适用于套管外径为102mm和127mm(国内主要这两种)，井斜倾角不超过50度（测井时仪器要居中，否则影响测井效果），并且用一般水泥和泡沫水泥封固的油气水井的检测仪器主要有三组探头，一个是伽玛--伽玛水泥环测量探头，用来测量套管外介质的平均密度和最大密度以及套管相对井壁的偏心率；第二组探头为伽玛--伽玛套管技术状况测量探头用来测量套管平均壁厚，测量套管节箍和套管扶正器的位置，第三组探头为自然伽玛辅助探头，用来测量地层自然放射形曲线。

二、填空1、储集层必须具备的两个基本条件是孔隙性和_含可动油气_，描述储集层的基本参数有岩性，孔隙度，含油气孔隙度，有效厚度等。

2、地层三要素倾角，走向，倾向3、岩石中主要的放射性核素有铀，钍，钾等。

沉积岩的自然放射性主要与岩石的_泥质含量含量有关。

4、声波时差Δt的单位是微秒/英尺、微秒/米，电阻率的单位是欧姆米。

5、渗透层在微电极曲线上有基本特征是_微梯度与微电位两条电阻率曲线不重合_。

6、在高矿化度地层水条件下，中子-伽马测井曲线上，水层的中子伽马计数率_大于油层的中子伽马计数率；在热中子寿命曲线上，油层的热中子寿命长于_水层的热中子寿命。

7、2.25M电极系称为_底部梯度电极系，电极距L=米。

8、视地层水电阻率定义为Rwa= Rt/F，当Rwa≈Rw时，该储层为水层。

9、1- Sxo ﹦Shr，Sxo-Sw ﹦Smo，1-Sw ﹦Sh。

10、对泥岩基线而言，渗透性地层的SP可以向正或负方向偏转，它主要取决于地层水和泥浆滤液的相对矿化度。

在Rw﹤Rmf时，SP曲线出现负异常。

11、应用SP曲线识别水淹层的条件为注入水与原始地层水的矿化度不同。

12、储层泥质含量越高，其绝对渗透率越低。

13、在砂泥岩剖面，当渗透层SP曲线为正异常时，井眼泥浆为盐水泥浆_，水层的泥浆侵入特征是低侵。

14、地层中的主要放射性核素分别是铀，钍，钾。

沉积岩的泥质含量越高，地层放射性越高。

15、电极系2.25M 的名称底部梯度电极系，电极距2.5米。

16、套管波幅度低_，一界面胶结好。

17、在砂泥岩剖面，油层深侧向电阻率_大于_浅侧向电阻率。

18、裂缝型灰岩地层的声波时差_大于_致密灰岩的声波时差。

19、微电极曲线主要用于划分渗透层，确定地层有效厚度。

20、气层声波时差_高，密度值_低，中子孔隙度_低，深电阻率_高，中子伽马计数率_高_。

21、如果某地层的地层压力大于_正常地层压力，则此地层为高压异常。

22、油层的中子伽马计数率低于地层水矿化度比较高的水层的中子伽马计数率，油层电阻率大于地层水矿化度比较高的水层电阻率。

第二章测井测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、测井）之一。

石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。

这种测井习惯上称为裸眼测井。

而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。

其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。

测井能够测量的一些性质有：1）岩石的电子密度（岩石重量的函数）；2）岩石的声波传播时间（岩石的压缩技术的函数）；3）井眼不同距离处岩石的电阻率（岩石含水量的函数）；4）中子吸收率（岩石含氢量的函数）；5）岩石或井液界面的自然电位（在岩石或井眼中水的函数）；6）在岩石中钻的井眼大小；7）井眼中流体流量与密度；8）与岩石或井眼环境有关的其它性质。

第一节测井基本原理一、测井工作原理测井就是对井下地层及井的技术状况进行测量，其工作原理就是利用不同的下井仪器沿井身连续测量地质剖面上各种岩石的地球物理参数，如电阻率、声波传播速度、原子核特性等，以电信号的形式通过电缆传送到地面仪器并按照相应的深度进行记录。

下图为简单的测井现场作业示意图。

二、测井所用的设备井场测井作业需用如下设备：（1）地面仪器：以计算机为核心，凭借着所加载的各种程序的控制，完成各种不同的测井作业。

如对测量信号的处理、记录、显示、质量控制以及对现场测井资料的井场快速处理和解释。

（2）下井仪器：用来测量地层的各种物理参数。

（3）电缆：测井过程中起传输及信道作用。

（4）动力系统：为输送下井仪器提供动力,目前测井动力系统通常为液压绞车。

（5）深度系统：有深度传送和深度信号处理等部分组成，以提供井下测量信号的准确深度。

（6）供电系统：为地面系统和井下仪器提供电源，目前常用的测井供电系统有车载发电机及井场外引电源。

测井项目符号单位物理意义理论基础测量方式主要应用影响因素井径测井CAL in/cm井眼直径井径直径的变化反映岩石性质了解井眼状况；辅助区分岩性；其他测井曲线的环境校正；估算固井所需水泥量；检查套管变形或破裂情况裂缝、岩性自然伽马测井GR API地层天然伽马放射性强度岩石的自然放射性、放射性元素的衰变特性探测器使用NaI(TI)闪烁计数器，其输出脉冲的幅度与入射伽马射线能量呈正比区分岩性；划分储集层；计算Vsh；计算粒度中值；判断放射性矿物；地层对比钻井液的放射性（套管水泥环的放射性）、仪器是否偏心自然伽马能谱测井NGSAPI、mg/l、%U、Th、K含有不同的放射性强度不同岩石含有的化学成分不同，其放射性物质成分也不同。

探测器使用NaI(TI)闪烁计数器，其输出脉冲的幅度与入射伽马射线能量呈正比，且增加了多道脉冲幅度分析器，划分岩性；利用Th/U研究沉积环境；区分粘土矿物；寻找放射性矿物围岩影响，钻井液放射性（套管水泥环放射性）放射性同位素测井J脉冲/分同一井段前后放射性强度不同利用放射性元素做示踪剂，通过测量，比较前后射线强度来研究油井技术状况和采油注水动态探测器使用NaI(TI)闪烁计数器，其输出脉冲的幅度与入射伽马射线能量呈正比找窜槽位置；检查封堵状况；检查压裂效果；测定吸水剖面，计算相对吸水量示踪剂选择，钻井液放射性（套管水泥环放射性）自然电位测井SP mV电极与地面参考电极位间的电位钻井过程中电化学产生的自然电位测量电极N放在地面，M电极用电缆送至地下，提升电极M沿井轴测量自然电位随井深变化曲线划分渗透层；计算Rw、Vsh；地层对比和沉积相研究；判断岩性；判断水淹层储层厚度、储层侵入带直径、钻井液电阻率Rmf、钻井液矿化度Cmf、岩性剖面声波速度测井AC/DTus/m、us/ft地层滑行纵波时差声波在不同介质中传播时，速度、幅度衰减及频率变化等声学特征不同单发射双接收声波速度测井仪确定岩性；计算孔隙度；判断气层；检查固井质量；确定地层弹性参数；测井和地震相结合的桥梁岩性、岩石结构、孔隙度、岩石孔隙间的填隙物、岩石埋藏深度、岩石地质年代裸眼井声波幅度测井DT mV声波信号的幅度变化声波经过泥浆传到地层，产生滑行波，在地层中能量逐渐衰减，这种衰减与地层情况有关单发射单接收声幅测井仪或者单发射双接收声幅测井仪寻找碳酸盐岩及坚硬的砂岩地层中的裂缝带和研究岩性介质密度、弹性水泥胶结测井CBL mV声波信号的幅度变化声波在泥浆和套管界面折射产生滑行波，又折射进入井内泥浆到达接收器，测量套管波的幅度值测井仪由声系和电子线路组成，源距1m。