關(guān)于存儲(chǔ)式LWF測井條件下固井水泥漿附加量的探討

邱元瑞，韋伸剛，馬海云，劉榮偉，馬 驍，白良杰

1冀東油田工程監(jiān)督中心，河北 唐山

2冀東油田鉆采工藝研究院，河北 唐山

1.引言

水泥返高是固井質(zhì)量的重要指標(biāo)，國內(nèi)外關(guān)于固井水泥漿量計(jì)算大多以完井測井井徑為計(jì)算基礎(chǔ)，以完井測井井徑曲線為依據(jù)，所以井徑曲線的準(zhǔn)確性直接影響到水泥返高。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，冀東油田部署的大斜度大位移定向井以及水平井的數(shù)量越來越多，給電纜測井施工帶來了困難。冀東油田自2011 年開始應(yīng)用存儲(chǔ)式[1]LWF 測井系統(tǒng)，解決了電纜測井風(fēng)險(xiǎn)大、成功率低的難題，但由于LWF測井方式中井徑測量比常規(guī)電纜井徑測井相比數(shù)據(jù)值偏小，水泥漿附加量受多種因素影響，所以需要分析LWF 存儲(chǔ)式測井井徑誤差原因，提出合理的水泥漿量附加值，保證水泥返高，確保固井質(zhì)量。

2.問題的出現(xiàn)

自2011 年以來冀東油田應(yīng)用存儲(chǔ)式LWF 測井施工，已有10 余口井，在按照常規(guī)水泥漿量附加(在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上增加15%～20%的漿量)固井后，發(fā)現(xiàn)多數(shù)井實(shí)際水泥漿返高與設(shè)計(jì)要求相差較大，例如在NP4-39 井中，實(shí)際水泥返高高于設(shè)計(jì)1293 m，在T30X2 井中，高于設(shè)計(jì)1310 m，而G42X1 井中實(shí)際水泥返高低于設(shè)計(jì)305 m 尤其在出現(xiàn)復(fù)雜事故井中多出現(xiàn)水泥返高不夠的嚴(yán)重現(xiàn)象，具體情況見表1。

Table 1.Cement return height of wells with storage logging表1.應(yīng)用存儲(chǔ)式測井的井固井水泥返高情況

3.原因分析

3.1.存儲(chǔ)式LWF 測井系統(tǒng)自身缺陷

3.1.1.系統(tǒng)簡介

存儲(chǔ)式LWF 測井系統(tǒng)是一種鉆桿輸送存儲(chǔ)式測井系統(tǒng)，能完成大斜度井、水平井和復(fù)雜井測井施工。下井時(shí)儀器串被放置于加重鉆具和保護(hù)套內(nèi)，用鉆具輸送至井底，完成泥漿循環(huán)后，將儀器從鉆桿內(nèi)釋放到鉆具外，起鉆時(shí)進(jìn)行測井。

存儲(chǔ)式LWF 井徑測量采用偏心彈簧進(jìn)行偏心測量方式[2]，除了用于確定井眼大小，同時(shí)也為其它測井曲線校正及工程提供數(shù)據(jù)，還用作密度和中子儀器的推靠，使得密度和中子探頭能更好地貼緊井壁。測井過程中，井徑臂的變化會(huì)引起儀器內(nèi)部電壓信號(hào)的變化，經(jīng)過差分放大和等效轉(zhuǎn)換后進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，經(jīng)地面采集面板刻度，計(jì)算后就可得出井徑曲線。

3.1.2.井徑測井誤差分析

1) 測量臂與井壁接觸方式的差異。傳統(tǒng)的四臂井徑測量儀(圖1)采用的居中測量，井徑測井儀器為支臂，與井壁接觸為點(diǎn)接觸。而存儲(chǔ)式井徑測量儀(圖2)采用偏心測量，偏心彈簧作為測量臂，與井壁接觸為圓弧面接觸。兩種接觸方式相比，前者支臂與井壁的點(diǎn)接觸可更加有效地伸入不規(guī)則井眼，與內(nèi)壁相接觸，測得數(shù)據(jù)更真實(shí)有效；而后者彈簧片與井壁的弧面接觸，受到彈簧片整體的限制，無法伸入、接觸不規(guī)則井眼內(nèi)壁，從而造成測量出現(xiàn)誤差。

Figure 1.Four arm caliper gauge圖1.四臂井徑測量儀

Figure 2.Storage type caliper measuring instrument圖2.存儲(chǔ)式井徑測量儀

2) 施工方式的差異。傳統(tǒng)的四臂井徑測量儀[3]采用液壓或電動(dòng)馬達(dá)方式推動(dòng)測量臂的伸展與收縮，而存儲(chǔ)式井徑儀則采用偏心彈簧的自由伸展來測量井徑變化，其測量臂的強(qiáng)度及硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)的四臂井徑測量儀，從而導(dǎo)致測量臂無法真實(shí)的接觸井壁情況，造成測出井徑值偏小。

3) 測量范圍的差異。常規(guī)測井井徑測量儀器測量范圍為152.4～457.2 mm，而存儲(chǔ)式井徑測量儀器為60～254 mm。在井眼較規(guī)則的情況下，LWF 井徑曲線能較為準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。但在尺寸大于254 mm的不規(guī)則井眼中，存儲(chǔ)式井徑測量儀器就無法準(zhǔn)確測出實(shí)際井徑。例如NP3-27 井相同井段兩種不同測井方式下井徑圖(圖3)，井徑圖差距較大。

Figure 3.Caliper measurement of NP3-27 well using storage LWF and wireline logging圖3.NP3-27 井采用存儲(chǔ)式LWF 和采用電纜測井井徑測量情況

3.2.井徑及復(fù)雜情況的影響

從表1 中可以看出，井徑是否規(guī)則，對(duì)水泥漿量的確定非常重要，尤其是在存儲(chǔ)式測井條件下。在井徑較為規(guī)則的情況下(在存儲(chǔ)式測井儀器的基本測量范圍內(nèi))，即便有井漏、測井復(fù)雜等等的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的水泥漿附加方法都能保證水泥返高在設(shè)計(jì)值之上，保證封固質(zhì)量。但在井徑不規(guī)則，特別是垮塌、井漏或卡鉆事故發(fā)生的井中，傳統(tǒng)的水泥漿附加量多數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至是施工正常的井，也有低于設(shè)計(jì)值情況的出現(xiàn)。

3.3.影響實(shí)際水泥返高其它因素

1) 實(shí)際井筒中，井徑只是設(shè)計(jì)值的略值，不可能是精確值。為了保證返高，一般在按照設(shè)計(jì)的井徑計(jì)算所需水泥漿量的基礎(chǔ)上增加15%～20%的量，這樣對(duì)于常規(guī)水泥漿來講，一般實(shí)際返高高于設(shè)計(jì)值200～300 m，而低密度水泥漿涉及在上部地層的凝固，高于設(shè)計(jì)值500～700 m。

2) 如果頂替效率不好，殘留在井筒中泥漿發(fā)生固化，也會(huì)增加固井后水泥返高的增加。

3) 泥漿性能和套管居中度等也會(huì)對(duì)水泥返高產(chǎn)生影響。

從以上分析可知，影響實(shí)際水泥返高[4]的因素較多。但排除施工復(fù)雜情況的影響，存儲(chǔ)式LWF 井徑測量儀的結(jié)構(gòu)對(duì)于較大井眼或者井徑不規(guī)則井眼有著自身不能避免的缺點(diǎn)也給這種條件下的水泥漿設(shè)計(jì)及施工造成更大的困惑。電纜測井方式條件下已經(jīng)成熟的經(jīng)驗(yàn)作法不能適用存儲(chǔ)式LWF 測井條件下的水泥漿量的計(jì)算，因此必須摸索新的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法確定固井用水泥漿量，保證水泥返高，有效封堵地層。

4.水泥漿附加量的經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)

通過對(duì)應(yīng)用存儲(chǔ)式測井方式井完井固井質(zhì)量的跟蹤、分析、總結(jié)，探尋完井固井新型水泥漿量附加量的標(biāo)準(zhǔn)，利用反向推導(dǎo)的方式提出該種測井方式下的水泥量附加量經(jīng)驗(yàn)值，確定出水泥漿附加量的基本原則。

4.1.南堡4-39 井完井情況

南堡4-39 井為一口三開三段制定向井，三開215.9 mm 井眼完鉆井深4874 m，最大井斜47.7?。本井在三開鉆井過程中無掉塊、井漏、卡鉆等復(fù)雜事故，施工正常。完井方式為套管完井，技術(shù)套管下深3579 m，油層套管下深4848 m，阻位4838 m。完井測井采用存儲(chǔ)式LWF 測井方式，測量結(jié)果見表2，井徑曲線見圖4。由圖4 完井測井井徑圖可以看出：本井三開裸眼段井徑較規(guī)則，僅有個(gè)別段出現(xiàn)超出測量范圍，但井段較短，不影響水泥漿量的計(jì)算。該井設(shè)計(jì)封固井段1269 m，水泥返高至井深3579 m。按常規(guī)方法，附加429 m 水泥段。施工中實(shí)際打入46 m3水泥漿，實(shí)測水泥返高至井深2286 m，滿足了設(shè)計(jì)要求，固井質(zhì)量合格。

Table 2.Diameter data of NP4-39 open hole section表2.NP4-39 完井裸眼段井徑數(shù)據(jù)

在井徑較規(guī)則井中，常規(guī)水泥漿量附加方法雖然滿足了水泥漿返高設(shè)計(jì)要求，但也存在附加量偏多，導(dǎo)致水泥封固段較長等情況，這對(duì)地層承壓能力提出了更加嚴(yán)格的要求，也對(duì)完井固井施工中防漏工作產(chǎn)生不利的影響。因此需要針對(duì)存儲(chǔ)式測井井徑圖研究、總結(jié)出新的水泥漿量附加方法來滿足完井固井要求。

4.2.高37X3 井完井情況

高37X3 井為一口三開四段制定向井，三開215.9 mm 井眼完鉆井深4522 m，裸眼段長2037 m，裸眼段最大井斜31.2?。測井采用存儲(chǔ)式LWF 測井方式，完井為套管完井，技術(shù)套管下深2484 m，φ139.7mm油層套管下深4212 m，阻位4202 m，設(shè)計(jì)水泥返高至2625 m，設(shè)計(jì)水泥封固段1587 m。在三開施工過程中發(fā)生了2 次復(fù)雜事故：1) 變換鉆具組合下鉆至3571 m 發(fā)生卡鉆，通過浸泡原油解卡無效后，浸泡解卡劑解卡成功，本次事故共損失時(shí)間106 h；2) 3484～4264 m 井段劃眼困難，劃眼期間造成鉆具脫扣。將方保接頭公扣加工為長圓扣，接原鉆具對(duì)扣成功。劃眼至原井深4264 m 復(fù)雜解除，損失時(shí)間459.5 h。LWF 測井井徑數(shù)據(jù)見表3，井徑曲線見圖5。由表3 可知，該井完井井徑數(shù)據(jù)中多個(gè)測量點(diǎn)的測量值出現(xiàn)超出儀器測量范圍的情況，表中顯示最大井徑為274.3 mm，數(shù)據(jù)的參考性較差，影響到后期計(jì)算固井水泥漿量。從圖5 完井井徑圖中可以看出，3448 m～3830 m 等段顯示超出儀器測量范圍，出現(xiàn)連續(xù)平直線情況，井段較長、占整個(gè)裸眼段比例較大，對(duì)后期水泥漿量計(jì)算影響較大。

Table 3.LWF logging diameter data of well G37X3表3.G37X3 井完井LWF 測井井徑數(shù)據(jù)

固井時(shí)，按照常規(guī)方法附加465 m 水泥段，注入水泥漿量63.2 m3。固井后65 h 第二次測聲幅，水泥返高為井深2850 m，比設(shè)計(jì)要求低225 m，比固井附加后返高少650 m。將環(huán)空650 m 水泥段換算為水泥漿量，按理論計(jì)算占水泥漿總量為31.6%，約20 m3水泥漿。反推按照理論計(jì)算情況，本井水泥漿量附加20 m3左右，可以滿足固井設(shè)計(jì)返高要求。

4.3.南堡3-20 井完井情況

NP3-20 井是部署在南堡3 號(hào)構(gòu)造上的一口預(yù)探井，四開215.9 mm 井眼完鉆井深5686 m，最大井斜43.2?。該井完井階段受CO2污染造成起下鉆“拔活塞”現(xiàn)象、井漏與氣侵并存，嚴(yán)重影響完井周期，完井周期長達(dá)64 d。完井方式為套管完井，技術(shù)套管下深4002 m，φ139.7 mm 油層套管下深5682 m，阻位5662 m，設(shè)計(jì)水泥返高至3800 m，設(shè)計(jì)水泥封固井段1882 m。完井測井采用存儲(chǔ)式LWF 測井施工，由表4 和圖6 可以看出，三開裸眼段中有部分井段超出了LWF 井徑測量儀的測量范圍，在圖6 中出現(xiàn)了平直線的情況，影響了后期水泥漿量的計(jì)算。

該井設(shè)計(jì)封固井段為1882 m，固井時(shí)按照常規(guī)方法，附加500 m 水泥段，打入水泥漿量為61 m3。完井聲幅檢查實(shí)際水泥返高至井深3875 m，比設(shè)計(jì)水泥漿返高少75 m，比固井附加后返高少575 m (14 m3水泥漿)。反推按照理論計(jì)算情況，本井水泥漿量63 m3，可以滿足固井設(shè)計(jì)返高要求。

Table 4.LWF logging diameter data of NP3-20 well表4.NP3-20 井完井LWF 測井井徑數(shù)據(jù)

針對(duì)井徑不規(guī)則井，由于存儲(chǔ)式LWF 井徑儀測量范圍的限制，對(duì)“大肚子”井眼無法反映出真實(shí)井徑，導(dǎo)致計(jì)算出的平均井徑偏小，且出現(xiàn)平直線段長度較長，影響到了固井水泥漿量附加，造成水泥返高不足，固井質(zhì)量不合格。

Figure 4.LWF logging caliper of NP4-39 well圖4.NP4-39 井完井LWF 測井井徑圖

Figure 5.LWF logging caliper of G37X3 well圖5.G37X3 井存儲(chǔ)式LWF 測井井徑圖

Figure 6.LWF logging caliper of NP3-20 well圖6.NP3-20 井完井LWF 測井井徑圖

4.4.新的水泥漿量附加方法

在實(shí)際應(yīng)用中，平均井徑的計(jì)算還應(yīng)參考井徑圖進(jìn)行，根據(jù)井徑圖的情況，增加水泥漿附加量，以滿足水泥返高要求。尋求一種較為合理的水泥漿附加量，根據(jù)井徑圖中平直線長度作為附加標(biāo)準(zhǔn)。

1) 根據(jù)G37X3 井可得水泥漿量附加值：本井井徑圖中平直線井段398 m，理論水泥漿附加量約20 m3可滿足返高要求，即水泥漿量應(yīng)附加50 l/m (每米平直段)左右，在理論上可滿足設(shè)計(jì)要求。

2) 根據(jù)NP3-20 井可得水泥漿量附加值：本井井徑圖中平直線井段275 m，理論水泥漿附加量約14 m3，即水泥漿量應(yīng)附加50 l/m (每米平直段)左右，在理論上可滿足設(shè)計(jì)要求。

因參考井G37X3 井和NP3-20 在鉆完井過程中發(fā)生了復(fù)雜事故，井壁受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致個(gè)別井段井徑擴(kuò)大率較大，所以水泥漿量附加值也相應(yīng)增加。因此固井水泥漿量根據(jù)平直段長度進(jìn)行附加量，建議水泥漿附加量在35 l/m～50 l/m。

5.新方法的初步驗(yàn)證

根據(jù)以上兩口井的施工情況，推導(dǎo)出了存儲(chǔ)式測井施工井固井水泥漿量附加值，并對(duì)水泥漿量附加值在G131X1 井、G42X1 井中驗(yàn)證，結(jié)果表明該水泥漿量附加值很好的解決了存儲(chǔ)式測井所帶來的誤差，彌補(bǔ)了水泥漿量與設(shè)計(jì)要求不足或過量的情況，有一定的借鑒意義。

5.1.高131X1 井完井情況

G131X1 井是部署在南堡凹陷高尚堡構(gòu)造帶高南斷裂帶的一口重點(diǎn)評(píng)價(jià)井，三開215.9 mm 井眼完鉆井深4179 m，最大井斜53.88?，完井測井采用存儲(chǔ)式LWF 測井施工，完井方式為套管完井，技術(shù)套管下深2420.9 m，φ139.7 mm 油層套管下深4170 m，阻位4160 m，設(shè)計(jì)水泥返高至2320 m，設(shè)計(jì)水泥封固井段1859 m。井身結(jié)構(gòu)為Φ444.5 mm × 310 m+Φ311.1 mm × 2424 m+Φ215.9 mm × 4179 m，套管程序?yàn)棣?39.7 mm × 307 m+Φ244.5 mm × 2420 m+Φ139.7 mm × 4175 m。

復(fù)雜情況：1) 三開過程中鉆進(jìn)至井深4094.85～4130 m 井段發(fā)生氣侵，泥漿密度由1.35 g/cm3提至1.56 g/cm3。鉆至4130 m，氣測異常，節(jié)流循環(huán)時(shí)進(jìn)行液器分離器排氣，出口最低泥漿密度1.30 g/cm3，點(diǎn)火，燃燒管線出口火苗高達(dá)7 m；2) 完井電纜測井時(shí)穿心打撈測井扶正器一次；3) 通井過程中發(fā)生井漏和水侵，漏失泥漿336 方。

設(shè)計(jì)水泥漿返高至2320 m，根據(jù)存儲(chǔ)式測井井徑情況，計(jì)算環(huán)空水泥漿用量為50 m3。根據(jù)文中推薦水泥漿附加量進(jìn)行附加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，井徑在254 mm 左右的井段共計(jì)7 個(gè)井段，總計(jì)井段長度124 m。由于該井在鉆完井過程中發(fā)生了井漏、水侵、氣侵等復(fù)雜事故，鉆井液浸泡時(shí)間長，井壁擴(kuò)大情況較大，應(yīng)用水泥漿量在附加50 l/m。建議該井水泥漿附加量為124 m × 50 l/m=6200 l，推薦水泥漿總量為50 m3+6.2 m3=56.2 m3。

該井設(shè)計(jì)封固井段為1859 m，固井時(shí)按照常規(guī)附加水泥方法，附加320 m 水泥段，共打入水泥漿量為68 m3，完井聲幅檢查實(shí)際水泥返高至1840 米，比設(shè)計(jì)返高多408 米水泥段，約11.6 m3。按照理論計(jì)算打入水泥漿量56.4 m3即可滿足設(shè)計(jì)返高要求。對(duì)比室內(nèi)推薦水泥漿量56.2 m3，與后期推算應(yīng)該用量56.4 m3相近，更加符合設(shè)計(jì)要求。

5.2.G42X1 井

高42X1 井部署一口在南堡凹陷高尚堡構(gòu)造帶高20 區(qū)塊巖性圈閉較高部位的三段制定向井，鉆探目的預(yù)探高20 區(qū)塊東三段巖性圈閉含油氣情況。完鉆井深5107 m，穩(wěn)斜段設(shè)計(jì)井斜30.84?，造斜點(diǎn)571 m，最大井斜35.3?/2722 m，技套鞋井斜34.2?，穩(wěn)斜到井底，三開裸眼井段1910 m。井身結(jié)構(gòu)為Φ444.5 mm× 458 m+Φ311.1 mm × 3200 m+Φ215.9 mm × 5107 m，套管程序?yàn)棣?39.7 mm × 455 m+Φ244.5 mm ×3197 m+Φ139.7 × 4870 m。

設(shè)計(jì)水泥漿返高至2800 m，根據(jù)存儲(chǔ)式測井井徑情況，計(jì)算環(huán)空水泥漿用量為55.59 m3。根據(jù)文中推薦水泥漿附加量進(jìn)行附加。

1) 對(duì)本井存儲(chǔ)式井徑圖中井徑在254 mm 左右平直段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，井徑在254 mm 左右的井段共計(jì)8 個(gè)井段，總計(jì)井段長度315 m。G42X1 井鉆進(jìn)過程中無異常情況，鉆井較順利、無井壁垮塌等情況發(fā)生，鑒于此，該井選取水泥漿量附加35 l/m，建議該井附加水泥漿量為315 m × 35l/m=11,025 l，推薦水泥漿總量為55.59 m3+11 m3=66.59 m3。

本井現(xiàn)場實(shí)際附加值為200 m 水泥段，打入水泥漿共60 m3，其中速凝15 m3、緩凝28 m3、低密度17 m3，測得聲幅圖中水泥返高3105 m。

測得聲幅圖中水泥返高3105 m，設(shè)計(jì)返高2800 m。實(shí)際返高低于設(shè)計(jì)返高305 m，換算為水泥漿為7.3 m3。故如果實(shí)際打入水泥漿量60+7.3=67.3 m3的話，水泥漿返高達(dá)到設(shè)計(jì)2800 m 的要求。對(duì)比室內(nèi)推薦水泥漿量66.59 m3，與后期推算應(yīng)該用量67.3 m3相近，更加符合設(shè)計(jì)要求。

6.結(jié)論與建議

1) 存儲(chǔ)式LWF 測井由于井徑測井自身測量特點(diǎn)，測得井徑值參考性較差，影響到后期完井固井水泥量的計(jì)算。

2) 提出了針對(duì)鉆井期間發(fā)生過卡鉆、井壁垮塌等復(fù)雜事故的井，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)井徑圖中平直段長度按照每米50 l/m 進(jìn)行附加水泥漿，針對(duì)施工中未出現(xiàn)復(fù)雜事故的井，水泥漿附加量在35 l/m，有一定的借鑒意義。

3) 在水泥漿量附加量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)綜合考慮地層承壓能力等多方面因素，防止固井井漏等復(fù)雜情況發(fā)生，保證固井施工安全和固井質(zhì)量合格。

4) 水泥漿附加量受到施工井井壁穩(wěn)定性、泥漿性能、施工情況等多方面影響，并帶有一定區(qū)域性，對(duì)于附加量的確定，還需要進(jìn)一步理論方面探討、研究。