復雜井眼環境下測井遇阻、遇卡情況分析與對策

汪 源,孫建軍,彭秀蘭

(江蘇石油勘探局地質測井處,江蘇揚州225007)

復雜井眼環境下測井遇阻、遇卡情況分析與對策

汪 源,孫建軍,彭秀蘭

(江蘇石油勘探局地質測井處,江蘇揚州225007)

詳細描述了常見的4種復雜井眼環境:井壁不規則、摩擦阻力過大、井眼軌跡差、吸附粘卡的成因及其特征。對裸眼井測井中經常遇到的遇阻及遇卡情況進行分析,給出不同情況下遇阻、遇卡的處理方法。提出了減少測井遇阻、遇卡的措施。如充分做好測前準備,編制應急預案;第1趟測井時應以較短的儀器組合下井,注意觀察張力變化;引進和研發新型復雜井測井工具和工藝等。

石油測井;復雜井眼環境;井眼軌跡;遇阻;遇卡

0 引 言

江蘇油田水網密布,石油地質條件復雜,多屬于復雜小斷塊油田,常采用多靶點、小靶區、大斜度、大位移定向井技術進行勘探開發,井身軌跡控制困難[1]。由于鉆井速度提高,周期縮短,若井眼和泥漿處理不好就會造成井壁不穩定、井眼軌跡差等復雜井眼環境,導致測井遇阻、遇卡情況增多。2009年因遇阻遇卡造成的通井達153井次,13口井穿心打撈16次,阻卡率達32.5%。2009年已經有多口井因為井下情況復雜而導致未能取全測井資料。遇阻、遇卡情況的增多導致測井周期長,通井次數多,不但嚴重影響了測井及后續施工的進度,加大了勘探、開發成本,也增加了測井的風險。

1 復雜井眼環境的特征

1.1 井壁不規則

1.1.1 井眼縮徑

由于某種原因造成井眼直徑縮小。此類情況常導致測井儀器下放遇阻或上提遇卡。對于216 mm的井眼,當縮徑到180 mm左右時,直徑89 mm的井下儀下放遇阻不太嚴重,下放有時會輕微遇阻;而對于微電極井徑和固定了扶正器的儀器可能會遇阻。當縮徑小于160 mm時,大多數儀器會遇阻,因為這時縮徑形成的臺階較大。

M 35-××井從1 240～1 260 m井段有3處縮徑段,該段為泥巖,縮徑處井徑為160 mm左右。聲波、感應等測井儀器都遇阻,井隊通井3次仍測井遇阻,后使用工具將該段進行了擴眼,最終取全所有資料。

1.1.2 井眼擴徑及井壁臺階

井眼因鉆井劃眼或井壁垮塌等造成井眼直徑擴大,形成俗稱的“大肚子”井眼,若出現連續的井徑劇烈變化的情況,則形成“糖葫蘆”狀井眼。測井隊在F4井井壁取心結束快速上提時,在1 214 m左右突然遇卡,造成取心器落井。井壁不規則大多通過井隊鉆井過程中的情況以及井徑曲線加以判斷,另外在表層套管下部300～500 m的井段也易出現。當存在“大肚子”井眼時,在儀器下放時在其下沿處易遇阻,上提時在其上沿處容易遇卡,特別是帶推靠臂的井下儀更容易遇卡(見圖1)。

井壁臺階多發生在軟硬地層的交界面,使鉆頭鉆進時偏向一側造成臺階,導致測井儀器遇阻。

圖1 “大肚子”井眼遇阻、遇卡示意圖

1.2 摩擦阻力過大

摩擦阻力過大易導致儀器遇阻,遇阻發生在大斜度井造斜點以后,表現為遇阻點多,有的多達十幾個到幾十個不等。上提儀器再下放時大多能通過遇阻點,且上提儀器時沒有遇卡現象或輕微掛卡。比較典型的如 YX22-×井,該井井深3 750 m,泥漿密度1.21 g/cm3。從1 775 m開始造斜,最大井斜41°,2 200 m以下井斜都是30°以上。大斜度井段長,無扭方位現象,從測得的井徑圖中也看出井眼比較規則,但下放時遇阻點多,井隊通井3次。

1.3 井眼軌跡差(狗腿度過大)

狗腿度是單位井段長度井眼軸線在三維空間的角度變化,可以通過井隊提供的井斜數據得出,通常在儀器串較長時遇阻或遇卡,而經多次通井后效果不明顯。如S××井井深2 846 m,從1 000 m左右造斜,到2 241 m時井斜為42.12°,之后開始降斜, 2 444.87 m井斜降到35.75°。之后又開始增斜,到2 647.44 m井斜增至44.18°。完井電測時,第1串儀器(三參數+遙測+微電極井徑+連斜)長度10 m左右,分別在2 264、2 390、2 670 m遇阻,井隊通井3次。

井眼軌跡差遇卡多發生在多次糾斜、扭方位的井,且多發生在先增斜后降斜井段的最大井斜處。如S20-××井測井時,聲波感應儀器串(14.15 m)在2 230 m卡死,穿心打撈。該井從1 920 m(井斜27°)開始增斜,到2 100 m達到33°,然后穩斜到2 230 m開始降斜,到2 320 m降到30°。卡點正好在該段的最大井斜處。S××井測井時,5700系列伽馬中子井徑儀器串(17 m)在1 940 m卡死,穿心打撈。該井從1 750 m(井斜21.97°)增斜到1 885 m (井斜31.29°),然后穩斜到2 000 m,隨后又開始降斜。卡點處在穩斜段的最大井斜處(井斜32°)。

在造斜段形成“狗腿”狀井眼時,還容易造成鍵槽遇卡,且大多發生在斜井中井眼軌跡突變處。當遇卡凈拉力(指總拉力-正常上測時的拉力)小于800 kg時儀器一般可以下放,但上提時遇卡,且卡點位置幾乎不變(見圖2)。

圖2 鍵槽遇卡示意圖

1.4 吸附粘卡

鉆井液密度過大,液柱壓力大于地層壓力,井下儀或電纜在液柱壓力的推動下貼向井壁,吸附在井壁上,造成電纜或儀器的粘卡。此類情況多發生在低壓滲透率層段。如2009年12月10日,在F5-×井,測井隊在測量補償密度時,在3 024 m掛卡,因為雨天鉆桿排較滑,導致絞車歪斜,無法正常起電纜,經過5 min左右將車擺正后,發現儀器已經卡死,總張力增加,井下張力不增加,而且下放電纜時,上部的軟電極也不能下放。自然電位曲線顯示該段為大段砂巖,判斷為電纜或電極吸附粘卡。

2 遇阻、遇卡情況分析與對策

2.1 井壁不規則遇阻、遇卡分析與對策

2.1.1 井眼縮徑遇阻分析與對策

由于地層被鉆井液浸泡,某些黏土質礦物構成的巖石所受外力小于礦物顆粒表面對水分子的吸著力時,水分子被擠入礦物顆粒之間,使顆粒之間距離加大,地層巖石膨脹,使井眼縮小,從而導致儀器不能正常通過[2]。或泥漿失水過大,在滲透層段形成較厚泥餅,使井眼縮小,從而導致儀器不能正常通過。

對于此類遇阻測井風險較大,不能硬沖,否則易導致上提時遇卡。如果有已經測成的井徑曲線,可以根據縮徑的大小,以及儀器上提的遇卡拉力決定是否繼續測井。如果是第1趟下井,可選擇固定有扶正器的聲波儀器或快速測井平臺的微電極井徑儀器下井,且下放速度不要超過3 000 m/h。這樣一旦有縮徑現象,就很容易遇阻,不至于卡死儀器。一般遇阻3次不能通過時,需井隊通井。

2.1.2 井眼縮徑遇卡分析與對策

M 35-××井在微電極井徑儀器上測時有幾個縮徑處都有不同程度的遇卡,后經多次上提下放電纜后解卡。因為電纜和張力棒的抗拉強度小于巖石的破裂強度,所以一般短時間內難以解卡。必須通過反復上下活動電纜,增加作用在巖石上力的時間和次數,使卡點巖石流變,破壞巖石,達到解卡的目的。

(1)在馬籠頭張力棒允許的范圍內,反復上提下放電纜沖擊遇卡點。

(2)如果帶推靠臂的儀器發生縮徑遇卡,可通過反復開收推靠臂使儀器推靠井壁產生振動,同時反復上提下放電纜。

2.1.3 井眼擴徑或井壁臺階遇阻分析與對策

鉆井過程中,軟硬地層的交界面易出現臺階,鉆井劃眼的井段、井壁垮塌井段以及在表層套管下部300～500 m的井段易出現“大肚子”井眼,從而使井壁不規則導致儀器遇阻。

在井斜超過30°的井中如出現這類井眼則更容易遇阻。

(1)在儀器結構允許時,掛接底部有橡膠導錐的導向加重,因為橡膠導錐有一定的彈性,在有臺階時容易通過。

(2)在儀器的合適部位固定扶正器,使儀器居中,不易被臺階和大肚子井眼的下沿阻擋。

(3)如果是距井口600 m以上因大肚子井眼遇阻,可通過改變電纜下放方式通過遇阻點。第1次遇阻后記下遇阻點位置,上提15 m以上后,以3 000～4 000 m/h左右的速度下放。在距遇阻點1～2 m處立即剎住,這樣儀器在井中產生晃動,然后再迅速下放就有可能避開大肚子井眼的下沿,順利通過遇阻點。

(4)井隊在通井時使用工具破壞井壁臺階。

2.1.4 井眼擴徑造成“大肚子”上沿遇卡分析與對策

當井壁因鉆井劃眼或垮塌等原因形成“大肚子”井眼,在上沿處形成臺階,在儀器上提時在其上沿臺階處容易遇卡。特別是帶推靠臂的井下儀器更容易遇卡。

(1)當儀器上提拉力超過正常拉力800 kg左右時,停止上提儀器。如果是帶推靠臂的井下儀先收攏推靠臂,然后下放儀器。這類遇卡一般儀器可以下放,反復多次活動儀器一般可以解卡。

(2)在井下儀合適位置固定扶正器使儀器居中,也可減少該類遇卡情況。

(3)在“大肚子”井眼較多的井段,儀器上提速度不能過快。

2.2 摩擦阻力過大遇阻分析與對策

這類遇阻主要是因為井斜大,泥漿潤滑性能差,造成儀器與井壁及井壁泥餅之間的摩擦阻力增大。

(1)通井時加入潤滑劑,充分循環泥漿。

(2)在上提儀器時沒有遇卡現象或輕微掛卡時,通過反復上提下放使儀器通過遇阻點。

(3)在不嚴重影響資料質量的情況下,去掉扶正器,減小儀器阻力。

(4)在儀器結構允許時,掛接導向加重。

YX22-×井第3次通井時加入了機油對泥漿進行潤滑,測井隊通過通過反復上提下放使儀器通過近20多個遇阻點,歷時2 h多,第1趟儀器到底。第1串儀器中有2個扶正器。第2趟在下1515陣列感應儀器時,考慮到井下情況,去掉了扶正器,下放較為順利,中間只有幾個遇阻點。

2.3 井眼軌跡差遇阻、遇卡分析與對策

2.3.1 因井身結構原因造成的遇阻、遇卡分析與對策

測井儀器遇阻的主要原因為多次增斜和降斜,或糾斜糾方位過急,在造斜段形成“狗腿”狀井眼,導致井眼軌跡差不利于測井儀器的通過。如果儀器串過長,則更容易遇阻和遇卡。

(1)改變儀器組合,盡量縮短儀器串長度。

(2)在儀器串中合適位置連入柔性短接,減小儀器剛性長度,以利于儀器串適應井眼軌跡。

S××井在3次遇阻后,根據井隊提供的井斜數據,決定用單只83系列井下儀進行測井,感應儀器(總長7 m左右)離井底70 m左右遇阻。

2.3.2 鍵槽遇卡分析與對策

電纜在井內沿著一定的方向運動,如果電纜與井壁摩擦達到一定程度,就可以形成深槽。上提井下儀器時,電纜沿深槽運行。當直徑大于深槽的魚雷頭或馬籠頭上提到鍵槽位置時就容易遇卡。這種遇卡的特點是上提拉力不是很大時儀器一般可以下放,但上提時遇卡,且卡點位置幾乎不變[2]。電纜在斜井中所受合力的結果與直井相比更容易貼井壁,所以當斜井中井眼軌跡突變,在大斜度井段形成“狗腿”狀井眼時,更容易造成鍵槽遇卡。

(1)在緊靠馬籠頭下部的儀器上固定橡膠扶正器,使馬籠頭抬高,不貼井壁上行,減小馬籠頭頂部進入鍵槽的幾率。

(2)發生此類遇卡后,在馬籠頭張力棒允許的范圍內,反復上提下放電纜沖擊遇卡點。

(3)如果遇卡的儀器串有帶推靠臂的儀器,可通過反復開收推靠臂使儀器推靠井壁產生振動,同時反復上提下放電纜。

2.4 吸附粘卡分析與對策

鉆井液密度過大,液柱壓力大于地層壓力,井下儀在井內靜止時間越長,井下儀或電纜在液柱壓力的推動下越貼向井壁,增大了與泥餅的接觸面積,從而增大了運動時的摩擦阻力,使儀器在有限的動力下不能自由活動[3]。

(1)通過在儀器上固定橡膠扶正器,防止儀器被吸附到井壁上。

(2)減少儀器在井下的靜止時間。

(3)在標準允許的范圍內,盡量提高儀器測速。

(4)如果帶推靠臂的儀器發生粘卡,可通過反復開收推靠臂使儀器產生振動或推離井壁,同時反復上提下放電纜等手段來達到解卡的目的。

3 預防遇阻遇卡的措施

(1)提前收集鉆井、地質、泥漿資料,針對測井施工中的重點難點編制施工設計及應急預案。充分做好測井前設備的準備工作,保證設備在測井時不出故障或少出故障。

(2)對于復雜井的測井施工,第1趟應以較短的儀器組合下井,注意觀察井下儀器下放和上提過程中的張力變化情況,根據第1趟的測井的情況合理地安排后續測井的儀器組合。有遇卡現象時盡量縮短儀器組合長度,并在合適位置固定橡膠扶正器(快速測井平臺的扶正器在儀器遇卡達到一定拉力后其葉片自動脫落,利于儀器解卡)。

(3)完善斜井和復雜井測井工具,提高測井成功率。中國許多油田已廣泛使用各類導向加重,遇阻抬高器在井下有小臺階時有效果。哈里伯頓公司已推出改進的新型電纜震擊器LockJar系統,能夠有效解卡測井儀器,并繼續完成測井作業。在一些儀器經常被卡的地區,使用LockJar系統就能夠順利地進行電纜測井。

(4)使用泵沖法或濕接頭法測井。在大斜度井和復雜井測井中,泵沖法有其獨特的優勢,因為儀器在鉆桿內部,所以在鉆桿下放過程中不必擔心井況復雜而導致儀器的損壞。到達測量井段后,可下放電纜使儀器滑出鉆桿,然后上提鉆桿進行測井,工藝相對簡單。

4 結束語

測井遇阻遇卡可能是多種因素綜合的結果,需要現場施工的人員首先從思想上要高度重視,測井時切忌盲目和大意。其次要多觀察,多分析,多總結,提高解決復雜問題的水平。還要積極引進和研發新型的復雜井測井工具和工藝,增強復雜井測井施工的能力,為油田的勘探開發提供全面可靠的資料。

[1] 毛鳳鳴,戴 靖.復雜小斷塊石油勘探開發技術[M].北京:中國石化出版社,2005.

[2] 蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].北京:石油工業出版社,2006.

[3] 陳永才,朱佩清.裸眼井測井遇卡處理方法剖析[J].測井技術,2000,24(4):314-318.

Analysis and Coun termeasures for Blocking and Locking in Com plex Borehole Logging

WANG Yuan,SUN Jianjun,PENG Xiulan
(Well Logging Company,Jiangsu Oil Exp lo ration Bureau,Yangzhou,Jiangsu 225007,China)

Introduced in detail are the genesis and characteristics of 4 comp lex bo rehole surroundings:irregular wellbore,overlarge frictional resistance,comp lex well track,and sticking on the borehole wall by absorp tion.Analyzed are the frequent blockings and lockings in borehole loggings,based on w hich given are the countermeasures under various logging circum stances.For examp le,doing p re-logging p reparation,draw ing emergency p lan;using sho rter logging tools string in the first log operation,and observing cable tension changes cautiously;introducing and developing novel comp lex well logging tools and technologies,etc.

petroleum logging,comp lex borehole surrounding,well track,blocking,locking

1004-1338(2010)05-0501-04

TE28

A

汪 源,男,1965年生,工程師,從事勘探測井管理工作。

2010-06-09 本文編輯 王小寧)