關于存儲式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

水泥返高是固井質量的重要指標，國內外關于固井水泥漿量計算大多以完井測井井徑為計算基礎，以完井測井井徑曲線為依據，所以井徑曲線的準確性直接影響到水泥返高。隨著勘探開發的不斷深入，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 年開始應用存儲式[1]LWF 測井系統，解決了電纜測井風險大、成功率低的難題，但由于LWF測井方式中井徑測量比常規電纜井徑測井相比數據值偏小，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，確保固井質量。

2.問題的出現

自2011 年以來冀東油田應用存儲式LWF 測井施工，已有10 余口井，在按照常規水泥漿量附加(在設計值基礎上增加15%～20%的漿量)固井后，發現多數井實際水泥漿返高與設計要求相差較大，例如在NP4-39 井中，實際水泥返高高于設計1293 m，在T30X2 井中，高于設計1310 m，而G42X1 井中實際水泥返高低于設計305 m 尤其在出現復雜事故井中多出現水泥返高不夠的嚴重現象，具體情況見表1。

Table 1.Cement return height of wells with storage logging表1.應用存儲式測井的井固井水泥返高情況

3.原因分析

3.1.存儲式LWF 測井系統自身缺陷

3.1.1.系統簡介

存儲式LWF 測井系統是一種鉆桿輸送存儲式測井系統，能完成大斜度井、水平井和復雜井測井施工。下井時儀器串被放置于加重鉆具和保護套內，用鉆具輸送至井底，完成泥漿循環后，將儀器從鉆桿內釋放到鉆具外，起鉆時進行測井。

存儲式LWF 井徑測量采用偏心彈簧進行偏心測量方式[2]，除了用于確定井眼大小，同時也為其它測井曲線校正及工程提供數據，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，井徑臂的變化會引起儀器內部電壓信號的變化，經過差分放大和等效轉換后進行實時存儲，經地面采集面板刻度，計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，與井壁接觸為點接觸。而存儲式井徑測量儀(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接觸可更加有效地伸入不規則井眼，與內壁相接觸，測得數據更真實有效；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、接觸不規則井眼內壁，從而造成測量出現誤差。

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

Figure 2.Storage type caliper measuring instrument圖2.存儲式井徑測量儀

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

3) 測量范圍的差異。常規測井井徑測量儀器測量范圍為152.4～457.2 mm，而存儲式井徑測量儀器為60～254 mm。在井眼較規則的情況下，LWF 井徑曲線能較為準確地反映實際情況。但在尺寸大于254 mm的不規則井眼中，存儲式井徑測量儀器就無法準確測出實際井徑。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 井采用存儲式LWF 和采用電纜測井井徑測量情況

3.2.井徑及復雜情況的影響

從表1 中可以看出，井徑是否規則，對水泥漿量的確定非常重要，尤其是在存儲式測井條件下。在井徑較為規則的情況下(在存儲式測井儀器的基本測量范圍內)，即便有井漏、測井復雜等等的出現，傳統的水泥漿附加方法都能保證水泥返高在設計值之上，保證封固質量。但在井徑不規則，特別是垮塌、井漏或卡鉆事故發生的井中，傳統的水泥漿附加量多數達不到設計要求，甚至是施工正常的井，也有低于設計值情況的出現。

3.3.影響實際水泥返高其它因素

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

2) 如果頂替效率不好，殘留在井筒中泥漿發生固化，也會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對水泥返高產生影響。

從以上分析可知，影響實際水泥返高[4]的因素較多。但排除施工復雜情況的影響，存儲式LWF 井徑測量儀的結構對于較大井眼或者井徑不規則井眼有著自身不能避免的缺點也給這種條件下的水泥漿設計及施工造成更大的困惑。電纜測井方式條件下已經成熟的經驗作法不能適用存儲式LWF 測井條件下的水泥漿量的計算，因此必須摸索新的經驗計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.水泥漿附加量的經驗推導

通過對應用存儲式測井方式井完井固井質量的跟蹤、分析、總結，探尋完井固井新型水泥漿量附加量的標準，利用反向推導的方式提出該種測井方式下的水泥量附加量經驗值，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、卡鉆等復雜事故，施工正常。完井方式為套管完井，技術套管下深3579 m，油層套管下深4848 m，阻位4838 m。完井測井采用存儲式LWF 測井方式，測量結果見表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則，僅有個別段出現超出測量范圍，但井段較短，不影響水泥漿量的計算。該井設計封固井段1269 m，水泥返高至井深3579 m。按常規方法，附加429 m 水泥段。施工中實際打入46 m3水泥漿，實測水泥返高至井深2286 m，滿足了設計要求，固井質量合格。

Table 2.Diameter data of NP4-39 open hole section表2.NP4-39 完井裸眼段井徑數據

在井徑較規則井中，常規水泥漿量附加方法雖然滿足了水泥漿返高設計要求，但也存在附加量偏多，導致水泥封固段較長等情況，這對地層承壓能力提出了更加嚴格的要求，也對完井固井施工中防漏工作產生不利的影響。因此需要針對存儲式測井井徑圖研究、總結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?。測井采用存儲式LWF 測井方式，完井為套管完井，技術套管下深2484 m，φ139.7mm油層套管下深4212 m，阻位4202 m，設計水泥返高至2625 m，設計水泥封固段1587 m。在三開施工過程中發生了2 次復雜事故：1) 變換鉆具組合下鉆至3571 m 發生卡鉆，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，接原鉆具對扣成功。劃眼至原井深4264 m 復雜解除，損失時間459.5 h。LWF 測井井徑數據見表3，井徑曲線見圖5。由表3 可知，該井完井井徑數據中多個測量點的測量值出現超出儀器測量范圍的情況，表中顯示最大井徑為274.3 mm，數據的參考性較差，影響到后期計算固井水泥漿量。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，出現連續平直線情況，井段較長、占整個裸眼段比例較大，對后期水泥漿量計算影響較大。

Table 3.LWF logging diameter data of well G37X3表3.G37X3 井完井LWF 測井井徑數據

固井時，按照常規方法附加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，比設計要求低225 m，比固井附加后返高少650 m。將環空650 m 水泥段換算為水泥漿量，按理論計算占水泥漿總量為31.6%，約20 m3水泥漿。反推按照理論計算情況，本井水泥漿量附加20 m3左右，可以滿足固井設計返高要求。

4.3.南堡3-20 井完井情況

NP3-20 井是部署在南堡3 號構造上的一口預探井，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”現象、井漏與氣侵并存，嚴重影響完井周期，完井周期長達64 d。完井方式為套管完井，技術套管下深4002 m，φ139.7 mm 油層套管下深5682 m，阻位5662 m，設計水泥返高至3800 m，設計水泥封固井段1882 m。完井測井采用存儲式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 中出現了平直線的情況，影響了后期水泥漿量的計算。

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

Table 4.LWF logging diameter data of NP3-20 well表4.NP3-20 井完井LWF 測井井徑數據

針對井徑不規則井，由于存儲式LWF 井徑儀測量范圍的限制，對“大肚子”井眼無法反映出真實井徑，導致計算出的平均井徑偏小，且出現平直線段長度較長，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

在實際應用中，平均井徑的計算還應參考井徑圖進行，根據井徑圖的情況，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，根據井徑圖中平直線長度作為附加標準。

1) 根據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，即水泥漿量應附加50 l/m (每米平直段)左右，在理論上可滿足設計要求。

2) 根據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，即水泥漿量應附加50 l/m (每米平直段)左右，在理論上可滿足設計要求。

因參考井G37X3 井和NP3-20 在鉆完井過程中發生了復雜事故，井壁受到嚴重破壞，導致個別井段井徑擴大率較大，所以水泥漿量附加值也相應增加。因此固井水泥漿量根據平直段長度進行附加量，建議水泥漿附加量在35 l/m～50 l/m。

5.新方法的初步驗證

根據以上兩口井的施工情況，推導出了存儲式測井施工井固井水泥漿量附加值，并對水泥漿量附加值在G131X1 井、G42X1 井中驗證，結果表明該水泥漿量附加值很好的解決了存儲式測井所帶來的誤差，彌補了水泥漿量與設計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造帶高南斷裂帶的一口重點評價井，三開215.9 mm 井眼完鉆井深4179 m，最大井斜53.88?，完井測井采用存儲式LWF 測井施工，完井方式為套管完井，技術套管下深2420.9 m，φ139.7 mm 油層套管下深4170 m，阻位4160 m，設計水泥返高至2320 m，設計水泥封固井段1859 m。井身結構為Φ444.5 mm × 310 m+Φ311.1 mm × 2424 m+Φ215.9 mm × 4179 m，套管程序為Φ339.7 mm × 307 m+Φ244.5 mm × 2420 m+Φ139.7 mm × 4175 m。

復雜情況：1) 三開過程中鉆進至井深4094.85～4130 m 井段發生氣侵，泥漿密度由1.35 g/cm3提至1.56 g/cm3。鉆至4130 m，氣測異常，節流循環時進行液器分離器排氣，出口最低泥漿密度1.30 g/cm3，點火，燃燒管線出口火苗高達7 m；2) 完井電纜測井時穿心打撈測井扶正器一次；3) 通井過程中發生井漏和水侵，漏失泥漿336 方。

設計水泥漿返高至2320 m，根據存儲式測井井徑情況，計算環空水泥漿用量為50 m3。根據文中推薦水泥漿附加量進行附加。

據統計，井徑在254 mm 左右的井段共計7 個井段，總計井段長度124 m。由于該井在鉆完井過程中發生了井漏、水侵、氣侵等復雜事故，鉆井液浸泡時間長，井壁擴大情況較大，應用水泥漿量在附加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。

該井設計封固井段為1859 m，固井時按照常規附加水泥方法，附加320 m 水泥段，共打入水泥漿量為68 m3，完井聲幅檢查實際水泥返高至1840 米，比設計返高多408 米水泥段，約11.6 m3。按照理論計算打入水泥漿量56.4 m3即可滿足設計返高要求。對比室內推薦水泥漿量56.2 m3，與后期推算應該用量56.4 m3相近，更加符合設計要求。

5.2.G42X1 井

高42X1 井部署一口在南堡凹陷高尚堡構造帶高20 區塊巖性圈閉較高部位的三段制定向井，鉆探目的預探高20 區塊東三段巖性圈閉含油氣情況。完鉆井深5107 m，穩斜段設計井斜30.84?，造斜點571 m，最大井斜35.3?/2722 m，技套鞋井斜34.2?，穩斜到井底，三開裸眼井段1910 m。井身結構為Φ444.5 mm× 458 m+Φ311.1 mm × 3200 m+Φ215.9 mm × 5107 m，套管程序為Φ339.7 mm × 455 m+Φ244.5 mm ×3197 m+Φ139.7 × 4870 m。

設計水泥漿返高至2800 m，根據存儲式測井井徑情況，計算環空水泥漿用量為55.59 m3。根據文中推薦水泥漿附加量進行附加。

1) 對本井存儲式井徑圖中井徑在254 mm 左右平直段進行統計。

據統計，井徑在254 mm 左右的井段共計8 個井段，總計井段長度315 m。G42X1 井鉆進過程中無異常情況，鉆井較順利、無井壁垮塌等情況發生，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。

本井現場實際附加值為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，設計返高2800 m。實際返高低于設計返高305 m，換算為水泥漿為7.3 m3。故如果實際打入水泥漿量60+7.3=67.3 m3的話，水泥漿返高達到設計2800 m 的要求。對比室內推薦水泥漿量66.59 m3，與后期推算應該用量67.3 m3相近，更加符合設計要求。

6.結論與建議

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

2) 提出了針對鉆井期間發生過卡鉆、井壁垮塌等復雜事故的井，根據現場應用經驗，對井徑圖中平直段長度按照每米50 l/m 進行附加水泥漿，針對施工中未出現復雜事故的井，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上，還應綜合考慮地層承壓能力等多方面因素，防止固井井漏等復雜情況發生，保證固井施工安全和固井質量合格。

4) 水泥漿附加量受到施工井井壁穩定性、泥漿性能、施工情況等多方面影響，并帶有一定區域性，對于附加量的確定，還需要進一步理論方面探討、研究。