大位移井固井質(zhì)量測井方法的研究

楊杰 陳聰 劉楊

中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部 上海 200335

大位移井具有井深（6000米以上）、井斜大（超過70度）、穩(wěn)斜段長（超過3000米），水平位移長（大于4000米）等特點(diǎn)，給測井施工帶來了巨大挑戰(zhàn)。大位移井一般采用增效射孔、多層合采的完井施工技術(shù)，為確保射孔開發(fā)井段的固井質(zhì)量良好，需對其進(jìn)行固井質(zhì)量測井評價(jià)，通過測量結(jié)果實(shí)時(shí)優(yōu)化射孔井段。傳統(tǒng)的靠儀器自重受阻力較大，往往很難下到位，主要原因?yàn)榇蠓€(wěn)斜段易堆積泥漿的殘留物，對儀器產(chǎn)生較大阻力，使得儀器難以下放到目標(biāo)深度，要使電測儀器下行，必須克服電測儀器與套管內(nèi)壁間的摩擦力、電纜上提力、鉆完井液浮力、鉆完井液對儀器及電纜粘力等多種阻力，隨著井斜角的增大，儀器靠自身重力克服各種阻力下入到位的難度越來越大。為使儀器順利到位，需要改變現(xiàn)有的作業(yè)模式，借助外力將儀器輸送到位，現(xiàn)階段主要采用兩種手段：爬行器傳輸和鉆桿輸送，不同的施工方式，需要使用不同儀器，對環(huán)境要求也不一樣[1]。

1 固井質(zhì)量的測井方法研究

1.1 爬行器傳輸固井質(zhì)量儀器

目前常用的爬行器種類分為兩大類：輪式爬行器和步進(jìn)式爬行器，國內(nèi)外各大廠家都在生產(chǎn)制造，其中性能比較優(yōu)越為斯倫貝謝的 UltraTRAC輪式爬行器和國內(nèi)715所生產(chǎn)的HKTRAC輪式爬行器，以斯倫貝謝的技術(shù)產(chǎn)品對比分析，見表1：

圖1

表1 斯倫貝謝的技術(shù)產(chǎn)品對比分析

輪式爬行器具有更高的耐溫性能和牽引力，但步進(jìn)式爬行器的越障能力強(qiáng)，各自的優(yōu)缺點(diǎn)十分明顯，都可以傳輸直讀式固井質(zhì)量測井儀。

爬行器的爬行速度主要受電纜與套管的摩擦力和儀器與套管的摩擦力影響，在相同電壓電流情況下，摩擦力（負(fù)載）越大，儀器爬行速度越慢。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，可通過地面系統(tǒng)增大儀器電流加快爬行速度，但電流必須控制在一定范圍內(nèi)，否則容易燒損儀器[2]。

從現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)情況看，爬行器開始工作后工作電流隨著井深的增加逐步增大，若阻力大于爬行力，則會(huì)超過爬行器工作電流極限，通過地面系統(tǒng)檢測驅(qū)動(dòng)輪空轉(zhuǎn)打滑，主要的原因?yàn)椋海?）井底附近套管壁上不干凈導(dǎo)致阻礙力增大；（2）隨著深度增加，泥漿在套管壁上沉淀，導(dǎo)致電纜摩擦力增大。另外，不同的泥漿體系摩擦系數(shù)不一樣，其中油基泥漿的摩擦系數(shù)非常大，泥漿的沉淀物也更容易吸附在套管壁上，往往大位移井普遍采用油基泥漿鉆井液，極大的提高了爬行難度。

結(jié)合以上特點(diǎn)，爬行器在傳輸測量固井質(zhì)量時(shí)，應(yīng)提前采取相應(yīng)的措施，消除不利因素的影響，確保作業(yè)的順利實(shí)施，主要措施如下：

（1）提前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)。鉆井過程中，巖屑及泥漿添加劑等固體顆粒會(huì)沉淀吸附在套管內(nèi)壁上，會(huì)增大電纜和儀器的摩阻，油性殘留物會(huì)包裹爬行輪，既加大了阻力又降低了牽引力。為此，需在測井作業(yè)前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)，通過大排量循環(huán)洗井液和刮管器、鉆柱的攪動(dòng)有效去除套管內(nèi)附著巖屑等物質(zhì)，最大程度地減小摩擦阻力[3]。

（2）通過張力軟件模擬，合理的設(shè)計(jì)套管變徑的深度，提高爬行器的越障能力。

根據(jù)實(shí)際的井斜數(shù)據(jù)，模擬儀器靠自重理論下到的最大深度，套管變徑應(yīng)設(shè)計(jì)在此深度以上，可以有效地避免變徑造成的障礙。

1.2 鉆桿傳輸固井質(zhì)量儀器

鉆桿傳輸PCL工具，是專門用于水平井或大斜度井測井的專門工具，測井儀器通過鉆桿送入井下，測井電纜通過旁門和井下的濕接頭進(jìn)行對接，電纜和鉆桿同步運(yùn)行以達(dá)到測井的目的。

圖2 鉆桿傳輸測井作業(yè)示意圖

海上測井使用的PCL工具本體外徑93mm，長度2.1米，扣型為2-7/8寸EUE油管扣,可以轉(zhuǎn)換成3-1/2寸或5寸的鉆桿扣。旁通接頭外徑有127mm和178mm兩種，適用于3-1/2寸和5寸鉆桿。

如果在大位移井中，采用PCL工具傳輸測量固井質(zhì)量，則存在如下問題：

（1）濕接頭對接深度不好選擇。為了確保一次性對接成功，應(yīng)選擇井斜小于45度的深度，但是根據(jù)大位移井的設(shè)計(jì)，2000米左右井斜就已經(jīng)超過70度，這樣的話，對接后鉆桿傳輸?shù)木嚯x會(huì)超過4000米，作業(yè)時(shí)間非常長，儀器的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重考驗(yàn)。

（2）若選擇在測量井段上部100米左右對接，則面臨對接點(diǎn)井斜大（超過70度），影響對接效果。同時(shí)還要克服3000多米的大穩(wěn)斜段，電纜靠自重很難自由下放到位，如果采用開泵輸送，長時(shí)間的泵送，則會(huì)導(dǎo)致電纜在旁通處受損，從而引發(fā)工程事故。

（3）對接成功后，在下鉆和上測過程中，有很長的電纜纏繞在鉆桿外面，由于井斜大，鉆桿在活動(dòng)過程中會(huì)對電纜造成擠壓，造成電纜受傷甚至擠斷，影響測井?dāng)?shù)據(jù)的采集，導(dǎo)致作業(yè)失敗。

（4）作業(yè)時(shí)間長，整個(gè)作業(yè)過程大概需要3天以上的時(shí)間，特別針對海上油氣田的開發(fā)來看，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。

綜上所述，考慮到作業(yè)難度和工程風(fēng)險(xiǎn)，在大位移井中測固井質(zhì)量，不建議采用PCL工具傳輸。

圖3 大位移井軌跡示例圖

1.3 存儲式固井質(zhì)量儀器

隨著測井技術(shù)的發(fā)展，為了滿足鉆井工程的要求，國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)研制出了存儲式固井質(zhì)量儀器，并逐步發(fā)展和完善。適合鉆桿推送式水平或大斜度測井，不需要電纜或光纖來傳輸數(shù)據(jù)，僅靠內(nèi)部存儲記錄數(shù)據(jù)。測井系統(tǒng)包括硬件和軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分。硬件部分又包括深度采集地面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)下載箱、井下儀器組成。

深度采集地面系統(tǒng)由信號采集箱、UPS電源、深度編碼輪、鉤載傳感器及線軸組成。深度編碼輪、鉤載傳感器是時(shí)深系統(tǒng)最重要的傳感器。數(shù)據(jù)下載箱通過網(wǎng)線與筆記本電腦連接，通過軟連接線與各儀器連接。 完成測井前對CAN通訊儀器串的檢查和對以太網(wǎng)接口儀器的單獨(dú)檢查、對存儲控制短節(jié)進(jìn)行開關(guān)電條件和測井模式的設(shè)置，測井后對CAN接口存儲儀器和以太網(wǎng)接口存儲儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。同時(shí)，內(nèi)部具有48VDC蓄電池，為儀器提供48V直流電源。

圖4 測井組合方式

井下聲波儀器采用八扇區(qū)，接收探頭源距1.5英尺，將圓周分為八個(gè)扇區(qū)，每個(gè)探頭覆蓋45度角范圍，根據(jù)這八個(gè)探頭接收聲幅的不同，可以得到套管外的水泥分布剖面圖。儀器采用下發(fā)上收布局，從下到上依次為發(fā)射電路短接、聲系、接收電路短接。電路部分外殼采用沉淀硬化不銹鋼結(jié)構(gòu)。聲系采用波紋管、刻槽不銹鋼結(jié)構(gòu)。

圖5 八扇區(qū)儀器示意圖

儀器主要參數(shù)：1）外徑：Φ73mm；2）溫度：-40℃～175℃；3）壓力：不小于140MPa；4）供電需求：48V/DC&200mA；5）聲波存儲容量：2G字節(jié)（50小時(shí)）；6）上電方式：定時(shí)開啟供電；7）扇區(qū)源距：扇區(qū)1.5in、3in、5in；8）適用套管：4寸半到7寸半；9）測井速度：最大550m/h。

目前存儲式固井質(zhì)量儀器在陸地應(yīng)用比較廣泛，有效規(guī)避了電纜下入的風(fēng)險(xiǎn)，從工程角度出發(fā)，比PCL傳輸測井更安全，并節(jié)省大量時(shí)間。但是，存在一個(gè)不容忽視的問題，在施工過程中，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能否正常的采集到數(shù)據(jù)，只能等儀器出井后才能知道，這與儀器的穩(wěn)定性及工藝的成熟度息息相關(guān)。

1.4 隨鉆聲波（LWD）測量固井質(zhì)量

基于常規(guī)電纜測井的評價(jià)的方法和原理，隨鉆聲波是利用全波列數(shù)據(jù)來評價(jià)固井質(zhì)量，水泥的膠結(jié)指數(shù)范圍是0至1，是通過接收探頭的幅度和衰減來計(jì)算。

圖6 隨鉆聲波儀器串示意圖

幅度和衰減是通過波形曲線來獲取的，在低膠結(jié)指數(shù)的情況下利用幅度來評價(jià)，在高膠結(jié)指數(shù)情況下利用衰減來評價(jià)。這也是區(qū)別與常規(guī)電纜測井的解釋評價(jià)，從而導(dǎo)致固井質(zhì)量中等的情況下解釋不清，與電纜測井存在差異。

圖7 LWD聲波評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

因此，目前普遍認(rèn)為可靠的固井質(zhì)量評價(jià)還是采用電纜方式進(jìn)行測量，由于不可避免的受到開泵、旋轉(zhuǎn)等噪音影響，可能導(dǎo)致隨鉆聲波信噪比下降，故依靠隨鉆聲波資料進(jìn)行解釋有較多的不穩(wěn)定性。在海上油氣田實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行了驗(yàn)證，使用了斯倫貝謝公司的隨鉆SonicScope工具進(jìn)行固井質(zhì)量評價(jià)，整體評價(jià)以膠結(jié)中-差為主，且在多個(gè)井段聲波數(shù)據(jù)收到噪聲影響導(dǎo)致可信度較低。鑒于此種情況，后續(xù)在該井中使用電纜CBL進(jìn)行測量，得到的結(jié)論以中-優(yōu)為主，與斯倫貝謝隨鉆聲波得到的結(jié)論差別較大。總體而言，利用隨鉆聲波測量的方式對固井質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的方法仍需改進(jìn)。

2 結(jié)束語

1）采用爬行器可以輸送固井質(zhì)量儀器，但要提前刮管洗井，以及根據(jù)張力模擬預(yù)判，優(yōu)化套管鞋坐掛深度，確保作業(yè)成功。

2）PCL工具傳輸測井，在大位移井中作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)太大，存在對接不上、電纜受傷擠斷、作業(yè)時(shí)間長、經(jīng)濟(jì)性差等問題，不建議采用。

3）存儲式固井質(zhì)量在大位移井中作業(yè)具有一定的優(yōu)勢，但對儀器的穩(wěn)定性要求極高，以及工藝的成熟度需要進(jìn)一步完善。

4）隨鉆LWD聲波測固井質(zhì)量，雖然不存在工程風(fēng)險(xiǎn)，并且能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但資料質(zhì)量低于常規(guī)電纜測井，此種方法還需要進(jìn)一步改進(jìn)。