渤海油田電纜測井遇卡原因分析及預防措施

穆貴鵬 張國強 李欣 楊林朋 方全全(.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 30045；.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

電纜測井是油田勘探開發過程中獲取地層物理參數的必要環節，而遇卡在電纜測井施工中不可避免。而近幾年來，隨著渤海油田鉆井提速和勘探作業向著中深層和精細勘探階段邁進[1]，定向井、深井、高溫高壓井、復雜儲層井的占比越來越高，這些井的地層復雜、井身結構特殊，增加了井下情況的復雜程度，使得測井施工難度加大，遇卡頻現。遇卡情況的增多將導致測井周期長，通井次數多，不但增加了測井施工風險，而且嚴重影響了測井及后續施工的進度，也加大了勘探開發成本[2]。因此我們需要采取有效的預防措施，分析遇卡原因，探討預防遇卡措施和使用預防遇卡輔助工具，從而提高測井作業效率和降低測井成本。

1 遇卡類型及其原因分析

通過對近年來渤海油田電纜測井遇卡事故進行分析，按照電纜測井遇卡形成的原因可劃分為以下幾種：地層垮塌、井徑縮徑、電纜沿井壁運行磨成的槽、儀器或電纜吸附、井眼不規則、套管磨損造成的遇卡。具體表現形式如下：

1.1 垮塌卡

測井過程中，當井壁失穩引起井壁地層垮塌時，掉落的巖石碎塊可能會填埋到測井儀器周圍，阻塞儀器的運動，導致儀器遇卡(圖1)。

1.2 縮徑卡

當井眼地層被鉆開后，某些地層會在地質應力或泥漿濾液的浸泡下膨脹出井壁，這樣就會造成井眼直徑縮小。當井徑縮小到小于測井儀器最大外徑后，測井儀器在通過時就會遇卡(圖1)。

1.3 鍵槽卡

電纜在井眼內運行時，受到井眼軌跡等因素影響會沿一定的方向運動，如果電纜在某井壁突出部位同一位置長時間摩擦就可能形成鍵槽[3]。鍵槽形成后，上提井下儀器時電纜就會一直沿深槽運行。當測井儀器到達鍵槽底端時，由于其直徑大于鍵槽直徑而不能通過，鍵槽又限制其不能改變位置和狀態，就會造成遇卡(圖1)。

1.4 吸附卡

圖1 電纜測井遇卡示意圖

在鉆井過程中，為了井控安全會使用高密度鉆井液，泥漿液柱壓力通常要高于地層壓力，在井壁中滲透層的表面會形成一定的壓差。當壓差足夠大的時候，電纜或測井儀器就會被推靠到井壁上，使其摩擦力顯著增大。當電纜的最大安全拉力不能克服這些摩擦力時，電纜或儀器就會被吸附到井壁上造成吸附卡(圖1)。尤其在進行電纜地層測試或井壁取心作業過程中，由于需要進行長時間定點測量，更易發生吸附卡，吸附卡約占井卡的80%以上[4]。

1.5 狗腿卡

在鉆井過程中，由于工程原因，井眼軌跡會在某個深度突然增大井斜或大幅度改變井眼方位造成井眼軌跡大幅彎曲形成“狗腿狀”(圖1)，造成井眼不規則。如果測井儀器剛性長度大于狗腿井眼允許通過的長度，測井儀器就會遇卡。

1.6 括徑卡

因鉆速過快，井壁修整不及時、鉆具劃眼或井壁垮塌等原因[5]造成井徑大幅擴大，井眼不規則，易形成“大肚子”型井眼。儀器進入“大肚子”井段后，會改變沿井壁的運行軌跡，形成側躺狀態，造成遇卡。

1.7 套管磨損卡

1.7.1 套管鞋磨損卡

在鉆井過程中，為了應對不同的地層壓力使鉆井工程順利進行，通常會對淺部地層下套管進行封堵。由于在鉆井過程中或起下鉆過程中，鉆具碰撞、震動、摩擦等作用，可能造成套管鞋脫落、破損。當測井電纜或儀器遇到破損、脫落的套管鞋或嵌入套管鞋破損處時，電纜或儀器也易造成遇卡(圖1)。

1.7.2 套管開窗口磨損卡

套管上開窗的側鉆井，套管窗口在鉆穿過程中會形成齒狀裂口，不是標準的橢圓形[6]，電纜或儀器容易卡在窗口磨損的裂口處。

2 電纜測井施工預防遇卡的措施探討

2.1 下井前

測井施工前應詳細了解鉆井史和地質錄井記錄，掌握井身結構。對于鉆井過程中出現的異常情況應充分掌握，在井況處理穩定后再進行測井作業。

若井眼軌跡存在大的狗腿度(大于3度)，應通過(式1)計算允許通過的最大儀器剛性長度，并相應調整測井儀器組合，包括扶正器、偏心器等輔助設備安裝位置等。

式中：L為儀器串最大剛性長度(米)；R為井眼曲率半徑(米)；(R=5729.66/B，B為每100米井斜變化量)；Bit為鉆頭尺寸(米)；OD為最大儀器外徑(米)。

2.2 上提及測井過程中

遇卡后的關鍵是在最短時間內做出最合理的反應，時間延誤會增加儀器和電纜在井下被卡死的可能性。多數電纜測井采用連續上提測量或定點測量，儀器在井底開收腿的時候是儀器最常見遇卡的點，因此要盡量減少儀器探底。

2.2.1 連續上提測量

儀器下放到井底之前，應在靠近井底處測試正常拉力，并提前做好準備，盡量減少儀器在井底的停留時間。在井底開始上提測井后，若遇卡超過正1500磅，應將儀器收腿，立即拉到并保持最大安全拉力。在上提測井過程中，若遇卡超過1500磅，絞車應停止，待儀器收腿后嘗試下放，若儀器串能夠下放，應逐漸增加拉力嘗試解卡，防止儀器直接卡死；若儀器不能下放，應直接拉至最大安全拉力并繃直電纜，嘗試解卡。不可用快速上提下放的方法來試圖解卡，易造成電纜打扭損壞或使張力棒受損，甚至儀器落井。

2.2.2 定點測量

某些作業項目，如測壓取樣、旋轉井壁取芯、VSP等，需要在特定的深度點靜止后貼靠井壁進行測量。推靠井壁測量時間如果過長，會引起電纜或儀器吸附卡，因此，在定點測量時應采取預防遇卡措施：

(1)測壓取樣測井時，可以在儀器串中加入異向推靠解卡器，能夠有效的降低儀器卡的風險。

(2)吸附卡實驗：如果單點靜止時間超過5分鐘，應在測量前進行吸附卡實驗：即在某一目的層推靠儀器至井壁，靜止5～10分鐘，然后收腿上提，判斷是否存在電纜或儀器吸附卡；實驗若證明存在電纜吸附卡的風險，應先通井后再進行測量；若僅存在儀器吸附卡風險，帶有異向推靠解卡器的測量項目可以繼續測量，若沒有異向推靠解卡器，則應先通井后再進行測量。

3 預防遇卡輔助工具建議

為了降低電纜測井在井中遇卡的風險，可以在儀器串中加入一些輔助工具來降低遇卡風險，有些輔助工具可在遇到特定遇卡類型時幫助解卡，降低打撈作業次數，從而節約鉆機時間，起到提質增效的作用。

3.1 扶正器

目前，渤海油田使用的扶正器為固定式扶正器和滾輪扶正器兩個大類。

3.1.1 固定式扶正器

固定式扶正器(圖2)可以有效的降低儀器與井壁的摩擦力，并使儀器與井壁形成一定的間隔，降低儀器吸附卡的風險。

圖2 扶正器

3.1.2 滾輪扶正器

常用的滾輪扶正器包括：三輥滾輪、雙輪滾輪和滾輪尾端(圖2)，具體以下特點：①采用安裝在低摩擦軸承上的弧形輪支撐起儀器串，使其不會接觸到井眼的低端；②與井眼保持最小的接觸面，從而大大減小壓差粘附力；③使儀器串從滲透層滾動經過，不會移動泥餅，并將電纜超過的正常拉力降到最低，使儀器串得以應用于高井斜角的井中，并以最小摩擦力通過井中碎屑表面。

3.2 多功能推靠器

中海油服自研的多功能推靠器FECT(圖3)可與多種儀器進行組合入井，四條儀器臂呈90度交叉分布，作業中可自由選擇開關任一儀器臂。在儀器串下放的過程中收腿，到達目的層后開腿作業，作業完成后收腿上提，這種適時推靠作業方式降低了儀器在惡劣井況下的作業風險，降低了遇卡風險，可實現：①掛接核磁共振測井儀等實現其輔助偏心作用；②掛接大滿貫實現其輔助偏心或居中作用；③可輔助儀器吸附卡的解卡；④使大直徑儀器在小井眼作業變為可能。自2016年渤海油田應用以來，核磁共振測井EMRT作業中FECT已完全替代偏心弓入井，儀器再未出現遇卡事故。

3.3 異向推靠解卡器

異向推靠解卡器為中海油服自研電纜地層測試儀器EFDT(圖4)的配套解卡裝置，用以解決電纜地層測試作業定點測量作業時間長而導致的儀器吸附卡的問題。該解卡裝置由2個方向相反的解卡臂組成，2個解卡臂產生解卡力38kN，可從正反2個方向進行推靠解卡，在儀器吸附卡時由液壓系統驅動解卡臂，從地層測試器推靠坐封垂直方向進行推靠解卡，極大的降低了電纜地層測試作業定點測量時的儀器遇卡風險。

圖4 EFDT電纜地層測試器

EFDT電纜地層測試儀在渤海油田電纜地層測試作業中的使用占比達95%以上，據表1統計可知，異向推靠解卡器自2016年底在渤海油田投入使用后儀器吸附卡僅有1次未解卡成功。

表1 2012-2019年渤海油田電纜地層測試儀器吸附卡情況統計

3.4 可釋放馬籠頭

現場遇卡后的首要措施就是過提解卡，常規馬籠頭由于采用了小額定值的拉力棒結構設計，大大限制了處于遇卡臨界狀態下測井絞車電纜施加給測井儀器的張力。而弱點可控的可釋放馬龍頭所用拉力棒的額定值遠大于常規馬籠頭的拉力棒，目前已在渤海油田中深井作業中全部推廣使用。以斯倫貝謝的可釋放馬籠頭為例，其弱點可承受12000磅力的額定直接拉力，遠大于常規馬籠頭，遇卡時可大大提高測井絞車電纜施加給測井儀器的張力。此外，可釋放馬籠頭在打撈作業時可熔斷弱點(圖5)，避免以往拉斷弱點作業中對電纜的損傷，節省作業時效和降低作業風險。

圖5 可釋放馬籠頭工作示意圖

4 結語

(1)針對渤海油田以往的測井遇卡事故進行分析，一般可劃分為以下幾種原因：地層垮塌、井徑縮徑、電纜沿井壁運行磨成的槽、儀器或電纜吸附、井眼不規則、套管磨損造成的遇卡。

(2)電纜測井遇卡必須以預防為主，制定預防遇卡操作預案，做好下井前準備工作，上提及測量過程中規范作業，消除遇卡隱患。

(3)電纜測井儀器串中加入扶正器、多功能推靠器、異向推靠解卡器和可釋放馬籠頭等輔助工具可有效降低遇卡風險。