水平套管井非轴对称声场模拟与固井质量评价方法研究

水平井技术在全球范围内迅速发展，已逐渐成为一项常规的油田开发技术。然而与之配套的水平套管井固井质量评价方法却明显滞后，分段射孔、压裂等增产改造作业方案的制定迫切需要固井质量评价资料作为支持。由于水平井段存在仪器偏心、套管偏心、井孔变形、岩屑床和近井水平层等复杂井孔环境，与垂直井明显不同，将垂直井固井质量测井与评价方法用于水平套管井段出现严重不适应，导致资料解释效果很差，甚至无法进行。这是水平井测井技术发展面临的一个重要难题。.本项目申请提出用扇区水泥胶结测井仪（SBT），通过数值求解水平套管井复杂井况下的非轴对称100kHz 3D瞬态声场，建立起新模型下测量声场信息与周向胶结状态的关系；通过反演建立与传统规范相衔接的水平井固井质量评价方案。我们已具有用集群并行算法求解高频瞬态3D声场的经验和实践，可以解决关键难点。这是一项既有极强应用针对性，又有理论价值的课题，是对复杂井孔声场理论的发展。

除根据油田生产实际需求做了一处小的改动外，按计划完成项目研究内容，取得多项成果。共已发表论文6篇，其中SCI论文4篇，国内学术会议论文2篇。此外，已通过同行评议待发表SCI论文1篇，在整理中2篇。主要成果归纳为：1. 基于MPI并行计算技术，开发了模拟套管井中扇区水泥胶结测井（SBT）三维高频声场的有限差分方法。所开发程序计算结果正确、精度高、稳定性好。相关成果已发表在《地球物理学报》上。2. 利用研发的正演程序，系统地模拟了不同胶结状况套管井中SBT测井响应，形成了新的水泥胶结成像方法，可以准确给出水泥沟槽的位置和大小。这一成果已发表在美国 《Geopysics》上。该方法目前已被大庆油田应用于生产服务，并得到了世界领先的石油公司埃克森美孚的关注。3. 利用研发的正演程序，模拟了水平井中仪器偏心时CBL-VDL测井响应，给出了区别于传统认识的自由套管井中声幅随偏心距离线性减小的关系，在大庆油田开展了模型井实验，模拟结果得到实验验证。这一成果投到《Geophysics》已通过同行评议，正在根据评审意见修改，有望在2013年发表。4. 利用研发的正演程序，模拟了水平井中SBT测井响应，形成了仪器偏心系数反演方法，并用偏心系数对CBL声幅值进行了校正。这一成果正在整理中。开发的软件目前已被大庆油田应用于生产服务。5. 开发了可以模拟测井仪、套管和井孔均不同心，以及存在椭圆井孔、岩屑床、近井水平层等复杂井况下的水平井高频瞬态声场有限差分数值模拟程序，数值研究了各种因素对CBL-VDL测量的影响，这一成果在整理中。6. 在本项基金的支持下，项目组成员还开展了多项计划之外的研究。如开发了横向各向同性地层对称主轴与井轴斜交时井孔声场模拟程序，研究了正交偶极子声源激发的弯曲波分裂现象，相关内容已发表在《地球物理学报》上。发展了用超声波测量薄层声阻抗的直接计算方法，提高了声阻抗反演的效率和精度，这一方法也可用于固井质量评价，相关成果已发表在《Journal of Sound and Vibration》上。. 综上，本项青年基金项目的完成有两个亮点：一是能在国际知名刊物Geophysics上发表至少两篇论文；二是通过和油田的进一步合作将研究成果转化为两套固井质量评价软件，均被实测资料验证并应用于生产。.