滑移界面表征的套管井声场的理论计算

经典弹性波理论往往在套管与水泥环之间增加一层流体环来模拟套管与水泥环之间胶结差时的测井响应,但流体环的存在,使得套管与水泥环之间缺失了剪切耦合,即使几个微米的厚度,套管波幅度也会明显增大,接近甚至超过自由套管时的30%.因此经典弹性波理论常常无法解释现场测量数据中套管波幅度的渐变现象.实际套管井中胶结界面粗糙或不规则起伏使套管与水泥环界面两侧介质有所接触,往往存在剪切耦合,用剪切刚度和法向刚度表达的滑移界面理论应用到套管与水泥环或水泥环与地层界面的胶结响应,可模拟界面从完全胶结到完全不胶结的过渡状态.通过将滑移界面理论模拟的波结构与在套管与水泥环之间加一层软固体层时的经典弹性波理论模拟的波结构对比,验证了滑移界面理论在模拟水泥胶结时的适用性.滑移界面理论与经典弹性波理论结合分析了水泥不同胶结状态下井孔内外声场的辐射特征,随着界面水泥胶结质量的下降井内接收的套管波以及套管波泄漏到地层中的纵横波幅度逐渐增强,透过井壁辐射到地层中的纵波和横波逐渐降低.将滑移界面理论应用到套管井水泥胶结状况的模拟,弥补了经典弹性波理论在模拟水泥胶结测井响应时的局限性,也为定量刻画水泥环界面的耦合刚度提供了可能.

套管井中套管波与地层纵波的组成、混叠及分离

从致密砂岩的套管井阵列声波测井波形中发现近源距首波到时随深度改变,它不是速度恒定的套管波,无法用来评价固井质量。建立套管井模型,用I界面有水环模拟固井胶结质量,通过实轴积分法的二维幅度谱,研究套管井内液体的声波组成。刚性井壁内,液体模式波的二维幅度谱极值沿双曲线分布。套管和地层内声波沿井轴传播的速度恒定,频率和波数曲线是直线,它们与井内液体模式波耦合,直线与双曲线相交,响应的二维幅度谱极值在交点周围改变分布后连在一起,沿直线分布的极值在交点周围断开。提取直线周围的二维幅度谱极值,得到套管波和地层纵波的频谱,其时差分布和频谱均是断开的。在0~35 kHz范围内,7 in套管井内径向位移Ur有3个频率段,时差接近套管波,分别在13 kHz、23 kHz和33 kHz附近。Ur在13 kHz、33 kHz附近幅度大,液体应力在23 kHz附近幅度大。I界面水环厚度为1 mm时,极值同时沿地层纵波和套管波线分布,频率区间一致。水环厚度越小,套管波幅度越小,地层纵波幅度越大。当套管波和地层纵波速度接近时,响应波形混叠在一起,共同构成首波幅度,影响固井质量评价。用改进的矩阵法处理套管井阵列声波测井首波波形,获得时差频散曲线,套管波时差和地层纵波时差分布在不同的频率区间。两者因速度有差异,其时差频散曲线是分开的。用分离后的套管波评价固井胶结质量,可消除地层纵波影响。

水平套管井压裂技术在海上高含泥质底水油藏的应用

渤海部分油田存在多个厚度薄、规模小、不具备单独开发价值的储层,利用水平套管井压裂配套技术,可以有效地将多个不同层系一起开发,还可通过选择性射孔,有效避射水层,提高控水效果。综合考虑地层结构与物性,充分利用泥岩夹层实现各砂体的层间分隔和分采,针对各小层分别实施压裂;以无固相弱凝胶EZFLOW射孔液体系为基础,采用无机盐复配方式改进配方,形成满足储层需求的新型射孔液体系;通过添加抑制剂优化升级压裂液体系,提高滤失性能;改进国产压裂工具,增设下压定位器,增加备用反循环通道。渤海C油田C7H井产层段钻遇2个砂体,流体性质、油藏特征差异大,两套流体系统表现为一砂一藏的特点。利用储层中段的泥岩夹层将整个水平段分隔为2层开采,运用水平套管井压裂配套技术对C7H井实施治理。现场应用表明,该技术可有效解决水平段钻遇多套层系,尤其是钻遇泥岩夹层较多的底水油藏开发难的问题,控水效果良好。C7H井成功投产,配产油70m3/d,实际日产油从90m3/d逐步提高至162m3/d,并在日产油100m3/d之上稳产26个月,期间最高含水率仅为7.3%。

基于COMSOL的套管井固井质量影响因素分析

为了解套管井下声场的特点以及影响套管波幅度的因素,利用COMSOL软件对套管井下声场进行模拟,模拟并计算了自由套管、胶结良好、Ⅰ、Ⅱ界面微环隙等情况下套管波波形。研究发现,频率增大时,套管波首波的幅度先增大后减小,声源频率为15 Hz时有利于声波水泥胶结测井评价,可以通过提取相应的波形来确定地层纵波和横波的速度,从而判断地层的岩心和孔隙度。套管厚度仅影响套管波首波的到达时间,对于幅度的变化影响较小。井眼尺寸对于套管波幅度的影响仅在水泥环胶结良好时较为明显,并且井眼尺寸越小,地层波幅度越小,当井眼尺寸为80 mm时,地层波几乎看不见。Ⅰ、Ⅱ界面窜槽的厚度对井内波形的影响均较小,但是CBL/VDL可以通过其到达时差来区分。

套管井电缆地层测试新技术

介绍了两种套管井电缆地层测试新技术。一种是CHDT套管井动态测试器 ,利用一柔性轴钻钻穿套管、水泥环和地层 ,测量各储层压力 ,采集它们的流体样品并及时对测试钻孔进行封堵。地层的压力和流量可实时测量 ,在每个测试点能进行多次预测试。在套管井中能够有效地完成地层压力剖面测量、地层压力梯度确定和地层动态参数测试。同时通过组合有关模块 ,可以在套管井中获取大体积和PVT性质的流体样品 ;另一种是用MDT进行套管井地层测试技术。通过电缆在 3 0 5mm间隔的层段射孔 ,用双封隔器使测试工具固定在射孔段 ,然后通过测试器抽出地层流体 ,获得有代表性的地层流体样品。介绍了 2种仪器的组成、结构原理、功能以及油田测试结果 ,并对其优缺点进行了对比。

中深层同轴套管井热提取模式下沿程温度分布特性研究

根据中深层同轴套管井换热原理建立传热模型,开展热提取模式下的沿程温度分布特性研究。结果表明:在热提取过程中,内管中的流体温度沿着流动方向不断下降,且在供暖季前期的下降程度更大。在运行流速较低时,井底流体温度较高,流速在0.3 m·s^(-1)条件下的井底温度与0.7 m·s^(-1)时的温度相比提高了19.4℃,但由于内管流体温度的下降程度较大,导致出口温度优势不明显。套管井长度越大,内管流体温度的下降程度就越大,长度由1500 m增加至3000 m时,内管流体温度损失由1.5℃增加至10.7℃。因此,在流速较低或套管井长度较大时,内管做好保温措施有助于提升热提取能力。此外,由于热提取期间套管井周围的岩土体温度不断下降,以及受运行工况的影响,流体无法与较深处的高温岩土体实现充分换热,套管井的出口温度会低于较深处中深层岩土体未被干扰时的温度。在众多热提取因素中,套管井的沿程温度分布受入口水温、运行流速、套管井长度、岩土体导热系数和地温梯度的影响较大,其与入口温度基本呈线性相关,运行流速和套管井长度对深部位置的温度分布影响更明显,在岩土体导热系数和地温梯度较高的条件下,内管中流体温度的下降程度较大。

套管井应力集中下正交偶极声测井的声弹理论、数值分析与实例

油田受异常地应力作用而损坏的油井绝大部分都是套管井,针对这一实际情况,通过求解套管井应力集中情况下各层介质中应力场的分布,应用摄动积分方法,将裸眼井声弹性方程发展为适用于套管井井孔体系的情况.数值考察了井外无限远单轴水平压应力作用下,声弹方程中各层介质敏感系数和速度-应力系数随频率的变化,及二相互垂直偏振的偶极弯曲波相速度的频散曲线.结果表明,套管井声弹方程中的速度-应力系数主要由地层参数决定,内层介质的贡献较小,其中与三阶弹性模量相对应的项又起决定作用;井孔周围应力集中将引起平行和垂直单轴压应力方向偏振的二弯曲波发生速度分裂,同时随频率的增大两条频散曲线产生交叉,说明这种交叉仍然可用作判断套管井情况下地层各向异性是本征的还是由异常应力诱导的判据,用正交偶极声波测井技术在套管井中无损检测异常地应力仍然可行;但低速地层交叉点将明显向高频区移动,这又是与裸眼井情况重要的不同之处.本文还给出现场实测数据的处理实例,理论结果得到验证.

套管井阵列声波测井效果评价

套管井声波测井有着重要的意义和广泛的用途。套管直径增大,套管波的幅度减小;水泥胶结越好,提取的纵波时差就越准确;水泥环厚度越大,纵波时差受水泥环的影响越大;下套管后,地层本身的变化也会引起声波时差的变化。实际测井资料显示,尽管套管尺寸不一,但固井质量是影响套管井声波测井的主要因素。在固井质量好的井段,提取的纵波时差能准确反映地层的纵波时差,可以不做校正直接应用。如果固井质量较差,则套管井声波测井受套管和水泥环的影响大,提取的纵波时差已不能准确反映地层的纵波时差。设计三层BP神经网络,对不同套管尺寸的声波样本数据进行网络学习,学习结束后得到相应的模型参数,输入过套管纵横波时差资料或过套管纵横波时差及中子测井资料,使用网络模型参数就能对过套管的声波纵波时差进行校正。校正结果表明,提取的横波时差越准确,套管内中子测井效果越好,校正效果就越好。

套管井贴壁声源激发的非轴对称声场的有限差分模拟及结果分析

套管井贴壁声波测井仪器在固井质量评价中的应用越来越广泛.本文利用三维交错网格高阶有限差分方法首次研究了贴壁声源在套管井中激发的非轴对称声场特征,给出了测井声源在贴壁固体弹性介质中激发时的数值模拟方法,模拟的全波波形与测井仪器在实际井中记录的波形吻合较好,这为利用数值模拟方式开发贴壁声波仪器的潜在应用奠定了基础.通过对套管井不同胶结状况下的数值模拟,得到了贴壁声源在套管井中激发的声场特征和传播规律,模拟结果显示加载声源的贴壁滑板的存在大大压制了套管中弯曲型Lamb波的幅度;套管中传播的拉伸波的幅度相对较强,其泄漏到水泥中的声波传播到水泥和地层界面时发生反射,反射波的幅度和相位特征携带了水泥环第二界面的胶结信息.数值计算结果为利用贴壁声源激发接收的波形实现水泥环第二界面井周不同角度上的胶结评价奠定了理论基础.

带扇形窜槽的套管井声场

首次使用2.5维的有限差分算法对带窜槽的套管井声场进行了数值研究,计算得到了带有不同大小窜槽套管井的声场展开图及井轴上不同源距的接收波列。本文还应用2维谱的方法对带窜槽的套管井声场进行了分析研究。发现窜槽的存在影响了纵波头波的速度,其大小决定纵波头波的幅度。并且只有当窜槽形成角度大于30°时,才能从接收波列中被鉴别。

套管井应力集中诱导井周波速各向异性的研究

针对在套管井中应用正交偶极声测井检测地层各向异性和确定异常构造应力的需要,本文通过求解水平构造应力作用下套管井的应力场分布,应用声弹性理论说明应力集中对套管井井周弹性波速空间分布的影响,分析了波速空间分布对加套管后的正交偶极各向异性声测量的影响.井孔、套管、水泥环和地层系统的复杂性改变了原裸眼井情况地层中的应力场分布,使应力集中的范围明显缩小到井眼附近.对应不同方位径向偏振横波的交叉点向井孔附近移动.横波波速空间分布的方位极值规律发生变化,但纵波波速空间分布的方位极值规律不变,仍能提供最大远场构造应力施加的方向.

套管井阵列声波测井技术研究及应用

针对套管井阵列声波测井的工程需要,用实轴积分法及二维谱技术研究了不同胶结状况的二维谱及频散曲线。从理论上肯定了对于快速地层,胶结状况良好和第Ⅰ界面窜槽不严重时在套管井内能够测量到地层的纵、横波时差。描述第Ⅰ界面窜槽的等效水环厚度增加,以地层的纵、横波速度传播的声波时差分布不再集中,直到最后消失。第Ⅱ界面脱粘时无法测量到地层的纵、横波时差。根据上述理论计算结果设计了阵列声波测井仪器,用多口套管井的实际测量波形和处理结果肯定了上述理论分析,得到了地层的纵、横波时差。这样,对于套管井,除了能够测量地层的纵、横波时差外,从固井质量评价上,第Ⅰ界面胶结质量的判别方法还可以使用相位信息,即用阵列波形的相位建立模型,得到地层纵波时差分布,该分布越离散,则第Ⅰ界面胶结的程度越差;当集中不起来,不能够显示地层的纵波时差时,则第Ⅰ界面窜槽已经相当严重。

中国石油套管井测井技术的进展、需求与展望

总结回顾了"十一五"期间中国石油套管井测井技术取得的主要进展及其应用效果;结合油气开发的重点地质目标及其实现的工程技术条件,分析了"十二五"期间套管井测井技术面临的主要挑战与技术难点,梳理出其主要技术需求;展望了套管井测井技术的重点发展领域。

套管井偶极弯曲波频散向高频偏移的特性

对套管井偶极弯曲模式波的频散特性进行了系统的数值考察、实例对比和分析.发现套管井弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低,特别是地层横波速度小于2000m·s-1以下,会迅速移向高频区,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可出现在13kHz以上,以致超出了现行低频偶极子声波测井仪的激发与接收频带,这是一过去没有被研究者注意到的现象,并进一步被现场实例所证实.研究表明控制套管井弯曲波频散曲线主频散区位置的主要是钢套管的厚度和地层横波速度.对地层横波速度大于井孔流体声速的快速地层,在钢套管壁厚一定(8mm)的情况下,频散曲线主频散区可移至11kHz以上,可能出现的最大可能频域位置是同一井孔内径,井外全钢时的频散曲线上等于、小于地层横波速度那一段,这对各种地层和套管参数都是适用的.对地层横波速度小于等于井孔流体声速(1500m·s-1)的慢速地层,弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低移向高频区的特点更为明显,可能移至16kHz以上;而套管厚度的影响,也比快速地层大的多,对地层横波速度小于1380m·s-1的慢速地层,无论用多高的频率激发,都不能在现行使用的各类套管井(壁厚6~12mm)中用偶极声波测井仪测到弯曲模式波.

套管井声场合成波形及其时频特征分析

数值计算了点声源激励下套管井声场的声压波形。计算模型包括了实际中所有的三类岩石及两个界面的各种胶结情况,声源频率采用实际的测井频率。对合成波形进行了基于Wigner－Ville分布的时频分析。计算和分析结果说明,波列中的套管波、伪瑞利波在一、二界面不同的胶结情况下有明显的变化规律。二界面未胶结时,套管波模式的时频分布随管外水泥层厚度的变化而变化。它们与地层体波成分的特征可作为管外水泥胶结质量评价的重要依据;而中速地层时地层体波能量最强,有利于胶结质量评价。

水力喷射压裂工艺在Φ101.6mm套管井中的应用

水力喷射压裂是集水力射孔、压裂、封隔一体化的增产改造新技术。设计研制了用于Φ101.6mm套管井的水力喷砂射孔工具并优化作业管柱。通过数值计算,给出了射流参数与施工排量的匹配曲线。借助实验手段,确定压裂液交联比例及液体性能测试方法。制定了适合该类井的压裂工艺。现场试验证明水力喷射压裂工艺能够解决Φ101.6mm套管井常规压裂技术难以有效改造的问题,且对复杂结构井实施增产改造,为水力喷射压裂工艺更广范围的应用提供了参考依据。

套管井电阻率测井方法及其影响因素分析

根据电磁场理论和中场区电场分布特点,建立套管井地层电阻率测井(CHFR)测井响应方程,用传输线理论分析了套管井测井数值计算的可行性,分析了水泥环、地层电阻率、套管厚度等因素对测井响应的影响.结果表明,低阻地层水泥环对测量结果的影响较大,电位二阶微商与地层电阻率成反比,随套管厚度的增大下降较快,特别是小于4mm时下降更快.

套管井工程检测技术及其应用

油田开发中的套管井工程检测技术，主要是采用多种可行的电、磁、声、核、机械等技术方法，有效地检查套管井井身状况，提供如井眼斜度及方位、套管程序、套管损坏程度、水泥环胶结状态等井身状况参数，最后通过这些检测参数对井身状况做出评价，以便指导修井、作业等方案的设计制定，为油水井的安全生产提供技术参数。本文主要介绍这些套管井工程检测技术及其在油田中的应用状况，并通过实例说明工程检测技术在套管井井身状况检查方面的重要作用。

套管井电阻率测井方法研究

分析了套管井电阻率测井的传输线方程模型和曲面积分方程模型的特点及局限性；给出了复杂地层模型下的曲面积分方程表达式，采用子区域法求其数值解。用该方法系统地考察了套管井电阻率测井响应、环境影响、仪器参数。最后给出了实际地层模型下计算出的测井曲线，得到了与三侧向测井、感应测井一致的效果。为套管井电阻率测井仪器参数设计提供了依据。

双层套管井中声波波形分析

用柱状多层理论模型,计算了裸眼井、单层套管井、双层套管井中的声波波形。分别用地层纵波、横波和套管波信息,结合三种模型对双层套管井中不同条件下水泥胶结质量进行了详细分析。指出用内层套管波列和地层波列可定性判断两层套管之间的水泥胶结质量,用外层套管波列和地层波列能判断外层套管和地层之间的水泥胶结质量。结果表明,裸眼井和套管井的声波全波资料综合分析,能较好地评价水泥胶结质量。