直推存儲式測井技術的應用及改進

林毓宸(中石化經緯有限公司西南測控公司, 四川 成都 610100)

0 引言

當前，測井技術的發展日新月異，常見的電纜測井、濕接頭測井、泵出式測井技術經過多年的發展，已經成為非常成熟的測井技術。但隨著頁巖氣、海相超深井的發展，超長水平段測井、超深定向井測井，帶來的井下高溫、測量井段超長，測量項目多等現狀，讓測井技術的發展遇到了新的挑戰[1-2]。

電纜傳輸測井只適用于直井和小斜度井；濕接頭測井作業流程復雜、影響因素多、成功率低；泵出存儲式測井由于儀器尺寸較小的原因，其聲波、電阻率等測井項目資料優質率不高；隨鉆測井技術還處于發展初期，很多項目受限；上述幾種測井技術都無法滿足日益嚴苛的測井需求。

而直推存儲式測井技術恰好可以解決部分關鍵問題。其工作原理為：在鉆具底部連接組裝測井儀器，依靠鉆具的移動帶動儀器串完成測井。與濕接頭、泵出存儲式測井工藝相比，作業流程大幅度簡化，測井耗時短，作業風險低，測井成功率高，資料質量優，適用于進行各種大斜度井、水平井測井。

1 結構與原理

1.1 系統結構

直推存儲式測井系統由地面系統和下井儀器兩個部分組成。

地面系統主要由傳感器總線、傳感器接線盒、三種傳感器和下井儀總線、數據處理面板組成，能完成實時深度、鉤載等信息的采集與處理、井口數據顯示、測前預置井下儀器工作方式、測后井下儀器存儲數據的讀取與處理工作。

下井儀器由發射機主控單元、電池單元、各儀器測量單元以及輔助工具組成，主控儀器是井下儀器工作的“心臟”，其他儀器單元及輔助工具與常規儀器類似。通過地面系統進行下井儀工作方式的預置使儀器完成信號測量與測井數據的定時存儲[3]。

1.2 工作原理

井下儀器連接完畢后，通過通訊線纜與地面系統連接，系統軟件向井下主控單元和各儀器單元配置儀器采集表、開始工作延遲時間、停止工作延遲時間、斷電壓力門限和授時時間。工作時主控單元根據配置表定時向各測量單元發取命令，各單元立即將測量數據發送給主控單元，同時完成本地存儲。

地面系統通過轉換傳感器接收到的鉆具上提、下放數據，匹配時間計算出實時深度，下井儀器同時完成地層測量信息與時間的采集與存儲。通過地面和井下儀器的時間信息來進行地層深度、測量數據信息的匹配及測井數據處理，完成存儲式測井。

2 應用過程中出現的問題

該測井工藝已在威榮頁巖氣、川西海相等區塊應用近百井次，其施工高時效、風險小、贏得了市場的認可。由于最初的儀器技術指標偏低，溫度壓力指標僅為150 ℃140 MPa，推力指標5 t，這種新的工藝在應用的過程中會出現各種技術問題，出現了一些不適應的情況，包括施工工藝和儀器結構多個方面，在此，我們列舉系統應用中出現的主要問題，并展開分析。

2.1 耐溫性能不足

上述工區水平段在2 000以上，井底溫度150 ℃左右。由于儀器的溫度指標為150 ℃而且部分儀器使用了保溫瓶，導致在井底溫度接近或超過150 ℃時故障率增加，儀器在水平段長時間連續工作導致保溫瓶內部溫度升高而超過了器件的耐溫指標使得偶極聲波的波形畸變，能譜譜峰漂移，影響了測井質量[4]。

2.2 機械強度不足

由于儀器外徑選用了Φ89 mm，抗推力指標僅僅為5 t，導致下鉆遇阻時處理困難，有的時候需要反復下推和上提，儀器在高溫下工作的時間大大延長從而使電路受損，影響了成功率。

常規儀器串中的聲系、感應線圈系都是機械弱點，鉆具輸送濕接頭測井的下推力不能超過3噸就是這個原因，該儀器在早期同樣存在該問題。ECLIPS5 700補償聲波及偶極聲波的聲系抗拉17 000 lbs，抗壓4 000 lbs，陣列感應線圈系抗拉50 000 lbs，14寸井眼條件下抗壓6 500 lbs，這些弱點同樣存在于早期的直推式測井儀器中，特別是抗壓力的不足導致復雜情況下鉆具不能加壓，使得施工難于繼續。

2.3 儀器關電控制不穩定

存儲式測井普遍采用電池供電，儀器的開啟時間一般容易控制，但關電時間則受到鉆具在裸眼井段起下的情況一下而產生極大的不確定性，通過定時關機往往難于實現。在早期的儀器設計中使用過泥漿壓力關電，這種方案在泥漿密度不均勻、井底產出導致壓力波動以及壓力檢測失效的情況下難于控制。關電過早將導致資料漏測，關電不及時則導致電池浪費而增加生產成本。

2.4 儀器橡膠件易損

常規測井儀器和早期的直推式儀器中都使用了較多的橡膠件，比如聲系膠囊、側向電極系、微球極板等等，這些橡膠件在水平井測井中則成為弱點極易受損，導致儀器進漿灌腸。在直推式測井的應用中有較多的膠囊損傷事件發生，從而產生了較大的施工成本甚至導致施工失敗。

2.5 儀器串受力狀況不能完全監控

直推式儀器最初沿用ECLIPS5700的方法，通過三參數采集了儀器頂部的受力，并通過電磁波發送到地面。如果中部聲系的扶正器遇阻卡，大部分時候是由于局部縮徑或掉塊的影響，通過活動鉆具往往能夠通過，儀器底部遇阻可能是較多的沉砂或大范圍的縮徑、掉塊等的影響，這種情況下通過試下鉆不能通過則需要進一步處理井眼。儀器串的受力位置無法準確監控，導致遇阻卡時對于儀器的狀態難于判斷，這樣將導致后續的處理手段難于確定。

3 技術改進

針對實際應用中出現的問題和不足，我們以問題為導向，研究解決這些問題的辦法，針對性的完成以了下技術改進措施。

3.1 耐溫性能的提升

通過溫度試驗篩選耐溫性能更好的器件，通過儀器的溫度指標。通過不斷地試驗，選出了適合在175 ℃長時間工作且在200 ℃可以連續工作20 h以上的器件制作電路板，使儀器的溫度指標達到200 ℃。

儀器的電子線路采用高溫電路板，去掉保溫瓶，并采用更好的散熱方式使電路發出的熱量直接通過骨架發散到井液中，改進后的儀器能夠在水平段長時間連續工作。

3.2 提高機械強度

3.2.1 增加外徑提高整體抗推力指標

新設計的儀器外徑選用了Φ96 mm，整體抗推力指標達到20 t。下鉆遇阻時能夠處理的推拉力范圍大幅提高，減少了復雜情況的影響，減少了儀器在高溫下的工作時間，提高了成功率。

3.2.2 設計新的結構屏蔽薄弱環節

設計了新的聲系刻槽結構，既能滿足抗拉抗壓力達到20 t以上又能有效阻隔直達波的影響。新的聲系結構通過軟件模擬計算、車間試驗以及上井測試，都達到了設計指標，聲系的弱點因此而不再對測井施工產生影響。

感應線圈系采用了更粗的銅軸并減小了線圈系的長度，有效提高了抗壓指標，并通過理論計算和對比測井找到了針對新線圈系的刻度算法，在確保強度的情況下使得測量準度可靠。

3.3 改變方式控制儀器關電

通過井下采集的多路信號設置多條件控制關電，提高儀器工作的可靠性。新的儀器設計中已經不再采用泥漿壓力控制關電，而采用井斜角及電阻率雙控的方式，在儀器測量的井斜角達到設定值且采集的電阻率歸零時，判斷儀器已經進入套管方可關電。有效杜絕了關電不及時則導致電池過度消耗。

3.4 儀器橡膠件的保護

由于橡膠件在水平井測井中極易受損，產生較多的設備事故。通過在聲系膠囊外部安裝鋼網保護罩的方式，確保了膠囊在水平井中的安全同時也不影響聲波信號的傳播，極大地提高了測井成功率，也徹底杜絕了因為膠囊破損導致的設備事故。

3.5 監控儀器底部的受力情況

在儀器串底部的緩沖短節中安裝一個電位器，儀器底部受到推力時通過電磁波將推力信號傳輸到地面，結合原有三參數的張力信號，能夠準確判斷儀器串的受力位置，為遇阻卡的后續處理提供科學依據[5]。

4 結語

隨著不斷的應用和技術改進，我們從儀器的溫度指標、機械性能、關電控制、弱點保護等方面完成了一系列改進措施，使直推存儲式測井系統各項性能得到了較大的提升，進一步適應、滿足日益嚴峻的測井勘探開發需求。后期，我們將繼續研究該系統在實際應用中的情況，及時改進技術短板，促進直推存儲式測井技術的發展和成熟。