固井水泥水力封隔能力量化评价方法与流程

本发明涉及石油钻井工程，具体为固井水泥水力封隔能力量化评价方法。

背景技术：

1、油水井勘探试油、油田开发射孔、压裂选层前均要求固井质量测井进行层间封隔评价，根据《固井质量评价方法》sy/t 6592-2016标准要求，当需水力压裂时，最小有效封隔长度应为根据图版确定的最小封隔长度的3倍；当特殊情况下如调整井、高压气层、低孔渗地层等不同条件层间封隔要求不同。因此进行上述作业前需选择目标井段固井质量好或者中等，且夹层封隔能力强的层段。层段选择不合理会导致地层出砂、垮塌，甚至油套管损坏，若将上、下盖层压裂会导致砂堵等井下事故，达不到施工目的，影响油水井正常开发。

2、目前固井质量评价测井仅能提供基于深度的水泥胶结情况，并无夹层封隔能力的评价，无法满足油田开发需求，因此发明一套固井质量水力封隔能力量化评价方法，靶向性地指导试油、射孔、压裂选层等具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了固井水泥水力封隔能力量化评价方法，解决了的目前固井质量评价测井仅能提供基于深度的水泥胶结情况，并无夹层封隔能力的评价的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：固井水泥水力封隔能力量化评价方法，包括以下步骤：

3、步骤一：cbl/vdl声波变密度固井质量评价测井仪检测

4、通过cbl/vdl仪的发射探头发射出一脉冲式声波，经过多次折射，沿仪器壁、开液、套管壁、水泥环、地层等不同路径传播并反射，在距离发射器不远的地方有一个接收器，接收器接收沿各不同路径传播反射回来合成的全波列声波信号，并转化为电压信号，经过井下仪器中的电子线路部分处理并传送到地面测井系统，经过处理，把全波列中的负首波幅度电压值测量出来，并予以记录；

5、步骤二：分析水泥环与套管之间以及水泥环与地层之间的胶结质量

6、根据发射探头到接收探头的源距设计，从理论分析计算知道，在各传播路径中，沿套管壁传播的声波所用时间最短，最先反射到达接收器，其声幅值的大小，反映着套管外水泥的第一胶结面胶结状况，当仪器沿井身移动时，就测出一条随井深变化的声幅曲线，其接收探头位置距发射探头更远一点，可使得地层波从整个波列中识别出来，接收到的全波列信号由三部分不同路径的波组成：套管波、地层波、直达波(井液波)，地面测井系统把传送来的全波列信号进行处理后，只保留其正半值部分，根据其幅度值大小，按四个预先设定的门槛值，把正半部信号按其幅度值相对应的变为白色、浅白色、灰色、深灰色、黑色五种色绘制出来，这就是某一深度点的变密度测井图，随着测井仪器在井中匀速运动，就测量出随深度变化的变密度测井图，在变密度测井曲线图上，套管波、地层波和直达波(泥浆波和井液波)的强弱程度显示的很明确，通过分析，可以确定水泥环与套管之间以及水泥环与地层之间的胶结质量。

7、步骤三：水泥环层间封隔评价

8、流体通过水泥环窜流到井筒内的流量与水泥环的截面积，压差，等效渗透率成正比，与流体粘度，封隔长度，压缩系数成反比，公式如下：

9、

10、式中：q--流体流量，单位m3/d；k*--等效渗透率，单位md；s--水泥环截面积，单位m2；δp--压差，单位mpa；μ--流体粘度，单位mpa·s；l--流体流出位置到流入井筒位置的长度，单位m；b—压缩系数，单位mpa-1。

11、步骤四：判断水力封隔能力h和水力封隔能力指数k

12、胶结指数越大，层段厚度越大，则封隔能力越强，封隔能力是层段中每一小段胶结指数和层段厚度的共同作用，两者乘积可以评价层段的水力封隔能力。

13、利用固井质量评价测井数据，形成基于叠加原理的积分方法定义水力封隔能力h，计算公式如下：

14、

15、式中：bi--水泥胶结指数，无量纲，h--深度，单位m，h1--夹层顶深，单位m，h2--夹层底深，单位m；

16、将层段封隔能力h除以最小封隔能力h最小封隔定义为水力封隔能力指数k，计算公式如下，即该层段的水力封隔能力。

17、

18、式中：hmi n--最小封隔能力，单位m；

19、由于胶结指数小于0.5时，不具备封隔能力，计算时应剔除，在每个夹层段，当b i小于0.5时，假设对应该段深度值为h′、h"，k值应为h1到h′深度的连续函数记为k1，k2为h"到h2深度的连续函数，比较k1，k2，大者即为该夹层段的水力封隔能力。

20、优选的，所述步骤一中水泥凝固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，候凝时间不足情况下的固井质量测井响应特征为：水泥实际返高之下的固井井段，声幅曲线基本上均高于胶结“优”对应的cbl上限，或者声波衰减率基本上均低于胶结“优”对应的衰减率下限，且随着井深的增加，或随着时间延长(时间推移测井)，有固井质量“变好”的趋势，如果固井质量测井响应具有上述的特征，且水泥浆中的缓凝剂明显多于固井设计书中的比例，水泥浆密度明显低于设计值，井眼实际温度明显低于水泥浆实验温度或低于固井设计书中的井眼温度，就可判断为水泥候凝时间不足。

21、优选的，所述步骤一中固井声幅及变密度测井曲线及要求如下：

22、s1.声幅曲线质量要求

23、(1)1、自由套管处幅度在8cm～12cm之间，接箍显示清楚，接箍信号的相对幅度大于2cm；

24、(4)曲线不得出现的负值；

25、(5)曲线重复误差应小于10％；

26、s2.变密度曲线质量要求

27、(4)自由套管处vdl套管波显示清楚，明暗条纹可辨，箍处有明显的“人”字形条纹；

28、(5)vdl显示对比度清晰、适中、明暗变化正常；

29、(6)vdl与cbl曲线有良好的对应关系；

30、s3.磁性定位曲线质量要求

31、(4)必须连续记录，干扰信号幅度小于接箍信号幅度的1/3；

32、(5)接箍信号不能出现畸形峰；

33、短套管附近、井底、目的层段不得缺失接箍信号。

34、优选的，所述步骤二中在双层套管井段，如果套管波传播时间曲线与自由套管的套管波传播时间之差介于15u s～25us之间，且数值稳定，vdl上套管波较强但套管波传播时间比自由套管的套管波传播时间延迟不到半个周期，可判断声幅曲线受到了外层套管的影响。

35、优选的，所述步骤三中对水泥密度测井数据进行井眼环境校正，参考横向测井资料(裸眼井井径和地层密度)计算套管壁厚、水泥密度及套管偏心率，对扇区水泥胶结测井资料进行2i n(1i n＝25.4mm)幅度、3i n幅度、5i n幅度校正。

36、优选的，所述步骤四中固井第一界面微环是指套管与水泥之间存在极小的充满流体环形空间，其厚度一般为0.l mm左右，一般不能导致层间窜流，微环状态下套管波具有一个稳定的幅度(微环的特征幅度)，水泥缺失和第一界面窜槽将导致水泥密度测井探测到的套管外介质密度值降低，而固井第一界面存在微环情况下，测量的密度值将仍是正常的水泥密度，再考虑到微环形成的成因和特点，把声波测井和水泥密度测井两方面的特征综合在一起，可以准确地识别固井第一界面微环。

37、优选的，所述步骤三中在某一定长度，s,δp,μ,l,b为定值，流体的窜流量q仅与等效渗透率k*有关，k*的大小与裂缝有关，当一界面二界面胶结不好时、水泥环局部缺失视同为裂缝，目前裂缝无法测量，但是通过固井质量评价测井资料可获得一二界面的胶结情况的量化评价，从而评价等效渗透率的状态，判断水泥环间的封隔能力。

38、优选的，所述步骤一中cbl/vdl测井应在与目的层同尺寸的自由套管井段刻度，测井过程中应保持仪器居中，sbt校验宜选择自由套管井段或环向水泥胶结均匀井段，测前和测后要在同一井段进行校验，并计算矫正系数。

39、本发明提供了固井水泥水力封隔能力量化评价方法。具备以下有益效果：

40、1、本发明通过胶结指数越大，层段厚度越大，则封隔能力越强，封隔能力是层段中每一小段胶结指数和层段厚度的共同作用，两者乘积可以评价层段的水力封隔能力，利用固井质量评价测井数据，形成基于叠加原理的积分方法定义水力封隔能力，将层段封隔能力除以最小封隔能力最小封隔定义为水力封隔能力指数，即该层段的水力封隔能力，在每个夹层段，当水泥胶结指数小于0.5时，假设对应该段深度值为h′、h"，水力封隔能力指数值应为夹层顶深到h′深度的连续函数记为k1，k2为h"到夹层底深度的连续函数，通过比较k1，k2，大者即为该夹层段的水力封隔能力，用固井质量评价测井资料，通过固井水泥水力封隔能力量化评价方法，在目标井段内选出符合试油、射孔、压裂要求的层段，靶向性选择固井质量好，夹层封隔能力强的目标层段，解决油田开发急需。

41、2、本发明通过水泥环窜流到井筒内的流量与水泥环的截面积，压差，等效渗透率成正比，与流体粘度，封隔长度，压缩系数成反比，当一界面二界面胶结不好时、水泥环局部缺失视同为裂缝，目前裂缝无法测量，但是通过固井质量评价测井资料可获得一二界面的胶结情况的量化评价，从而评价等效渗透率的状态，判断水泥环间的封隔能力，通过计算水力封隔指数，直观快速给出目标层段的水泥环对油、气、水及压裂能否有效封隔的结论，为试油，射孔，压裂选层提供决策性依据。