直推式存儲測井工藝在西北油田的應用

張 鈺

（中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

西北油田由塔河區塊、順北區塊和其他外圍區塊組成，奧陶系碳酸鹽巖儲層是其勘探開發的重點儲層，具有埋藏深、壓力系統多和地質條件復雜等特點。

塔河區塊以碳酸鹽巖巖溶縫洞型油氣藏為主，井深一般為 6000.00～7000.00m，通常為三開井，以漏失井、小井眼井居多。測井施工以電纜測井和電纜鉆具輸送測井為主，漏失井大多免測。順北區塊是走滑斷裂控制的碳酸鹽巖超深層油氣藏，儲層平均埋深超過 7300.00m，井深普遍超過 8000.00m，油氣聚集存在明顯的差異，油氣聚集差異的主控因素包括走滑斷裂的通源性、縱向輸導性和分段性，鉆井時表現為斷裂附近普遍鉆遇放空或大量漏失，斷裂帶附近的儲層縱向上呈條帶狀分布[1-4]。隨著西北油田勘探開發程度不斷提高，順北區塊的勘探潛力逐漸顯現[5-6]，測井方面的問題也愈加突出。雖然順北區塊完鉆井數量不斷增多，但目的層測井資料獲取率偏低，問題主要表現在：鉆遇放空漏失或溢流等異常情況較多，從施工安全考慮無法進行常規電纜測井；井深及硫化氫含量高，部分斜井或水平井中鉆具與套管環空間隙過小，鉆具輸送測井濕接頭對接難度大，一次成功率偏低，電纜超長通訊不穩定、易損傷，遇井控風險時只能切斷電纜關井，電纜鉆具輸送測井風險較高。雖然，近年來常規泵出存儲式測井在部分油氣田得到應用，但受工藝及儀器設計的限制，存在井控風險，且取得資料的優質率較低，難以滿足儲層精細評價要求[7-9]。

直推式存儲測井系統是近年研制出的新一代無電纜鉆具輸送式測井系統，具有實時監測井下儀器運行和受力狀態[10]、井下數字處理和數據存儲等功能，不需要電纜，一次下井即可完成所有常規測井作業任務，與泵出存儲式測井系統相比不需要釋放儀器，同時自動完成上測和下測，可大大提高作業時效和測井資料質量，能自由組合完成復雜工況下的標準、綜合、能譜及交叉偶極子等測井項目。為此，西北油田應用了直推式存儲測井工藝，大幅提高了目的層測井資料獲取率和完井效率，取得了很好的綜合應用效果。

1 直推式存儲測井系統及測井工藝

存儲式測井技術近幾年不斷發展，相繼出現了泵出式、過鉆桿式和直推式工藝。

泵出式存儲測井工藝是用鉆具連接測井儀器及保護套下鉆到底，通過投球憋壓，將測井儀器釋放至保護套外，起鉆上提測井儀器完成測井。該工藝的主要缺點是：1）憋壓釋放時常監測不準，導致測井儀器無法成功釋放；2）保護套通過能力有限；3）難以完成資料采集。

過鉆桿式存儲測井工藝是用鉆桿替代保護套，將鉆具下至指定井深后，測井儀器通過測井電纜下放至井底，然后釋放測井儀器，回收電纜后再上提鉆具完成測井。該工藝的主要缺點為：1）儀器外徑一般較小，測量精度及探測范圍有限；2）電纜釋放時間較長，鉆具無法活動，在長裸眼段施工時極易發生壓差卡鉆；3）無法進行下測，采集資料有限。

針對上述工藝的不足，研究了直推式存儲測井工藝。該工藝通過電磁波將井下部分測井數據發送至地面以監控井下儀器的工作狀態，同時將主要的測井數據存儲在井下儀器的存儲器中[11-12]。該工藝通過提高儀器各項指標、完善配套設備，不需要釋放環節，直接連接鉆桿能大幅提高通過能力，完成上下測量，且能基本達到電纜測井儀器測量精度。

1.1 直推式存儲測井系統組成

直推式存儲測井系統由地面單元和集成化井下儀器串組成。其中，地面單元包括深度測量系統、系統檢測單元、司鉆顯示器、計算機系統和UPS電源，集成化井下儀器串包括硬電極、姿態保持器、絕緣短節、四參數短節、電池短節、發射機主控單元、井下儀器、旋轉短節、柔性短節和伸縮短節等。按組合方式不同，井下儀器組合又分常規測井（含雙感應-八側向、雙側向、自然電位、自然伽馬、井徑、聲波、中子、巖性密度和自然伽馬能譜等項目）和特殊測井（含核磁共振、偶極聲波成像和微電阻率成像等項目），常規測井工具串如圖1所示，特殊測井工具串如圖2所示。

圖1 直推式常規測井工具串示意Fig.1 Tool string sketch of direct-push conventional logging

連接好井下儀器后，地面系統直接下達工作指令，井下主控單元和各儀器單元開始工作，包括配置儀器采集表、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，然后連接鉆具開始下放作業。

圖2 直推式特殊測井工具串示意Fig.2 Tool string sketch of direct-push special logging

工作時，主控單元根據配置表定時向各測量單元發出指令，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。主控單元接收完數據后，對數據進行打包存儲，同時將伸縮短節測量數據、張力短節測量數據、儀器狀態信息立即以電磁波形式發送至地面，地面解碼單元完成解碼后，立即將井下儀器的伸縮量、張力傳送至井口司鉆顯示器。

1.2 直推式存儲測井系統主要技術指標

最高工作溫度200℃，工作時間70h；最高工作壓力 170MPa；套管內測速≤20m/min，套管外下測速度≤10m/min，套管外上測速度≤6m/min；井下儀器電池連續供電時間≥150h；壓斷力：通用儀器≤170kN，特殊結構儀器≤50kN；常規儀器主體外徑為80.0mm，偶極子聲波儀最大外徑110.0mm。

1.3 直推式存儲測井工藝特點

從施工影響因素、復雜井況通過能力、測井方式、測井項目、測井質量及井控風險等方面，對直推式存儲測井工藝與電纜鉆具傳輸測井和泵出式存儲測井工藝進行了對比（見表1），發現直推式存儲測井工藝受各因素的影響較低[13-14]。

表1 直推式存儲測井工藝與其他測井工藝的特點對比Table1 Comparison of the characteristics of direct-push storage logging technology with other logging Technologies

直推式存儲測井工藝具有以下優點：1）適用性強?？梢栽?“三超” （超深、超高溫、超高壓）井[14]、大斜度井、小井眼及目的層發生漏失、溢流等復雜工況的井使用，對復雜工況的適應性強。2）安全性好。在復雜井中的通過能力強，處理工程問題的能力高，能夠保證井下儀器安全，避免出現井下復雜情況；更突出的是在井控方面，可以按照常規井控流程及時響應，達到本質安全。3）精確度高，實時匹配鉆具長度和跟蹤鉆具深度，深度測量精度高，自動完成上測和下測，一次下井即可完成所有常規與特殊項目的測井作業任務，快速讀取井下存儲數據，深度匹配和處理數據，可大大提高作業時效和測井資料的質量。

以井深 8000.00m、測量井段長 500.00m 為例，根據石油天然氣行業標準《泵出存儲式測井作業技術規范》（SY/T7308—2016）和中國石化西北油田分公司企業標準《鉆具輸送測井操作規程》（Q/SHXB0078—2019）測算了不同測井工藝的測井用時，結果見表2。

表2 井深 8000.00m、測量井段 500.00m 條件下不同測井工藝測井用時對比Table2 Comparison of logging time at depth of8,000.00m and logging section of500.00m with different logging technologies

由表2可知，與其他2種測井工藝相比，直推式存儲測井工藝的時效性大幅度提高：無須使用電纜，一次下井即可完成所有常規與特殊測井項目，與泵出式存儲測井工藝相比，不需要釋放儀器，與電纜鉆具輸送測井工藝相比，不需要導向、電纜與儀器對接等環節。對比電纜鉆具輸送測井和泵出式存儲測井工藝，測井時間分別縮短了14h和7h，工作效率分別提高了39.1%和15.2%，表明直推式存儲測井工藝在時效上具有十分明顯的優勢。

2 現場應用效果分析

直推式存儲測井工藝已在西北油田超深井、復雜井、漏失井進行廣泛應用，截至目前累計在塔河區塊施工3井次，在順北區塊施工22井次，施工成功率100%。其中，順北區塊目的層測井資料獲取率從2017年（未應用直推式存儲測井工藝，完鉆11口井，只有5口井取得目的層測井資料）的31.25%提高至2020年（完鉆11口井，10口井應用直推式存儲測井工藝并取得目的層測井資料）的90.91%，目的層測井資料獲取率大幅度提高；另外，順北53-2H井四開標準直推存儲式測井創造了亞洲陸上最深定向井測井施工紀錄（8874.40m）。現場應用結果表明，直推式存儲測井工藝具有施工可靠、結果可信的優勢，具備推廣價值。下面通過實例具體分析應用效果。

2.1 測井資料質量分析

直推式存儲測井系統與哈里伯頓公司Excell2000測井系統在玉中2井的測井結果進行對比，測量井段為奧陶系鷹山組碳酸鹽巖地層。對比分析發現，Excell2000測井系統所測電阻率高值部分較直推式存儲測井系統稍高，但兩者形態基本一致，其余測井曲線接近重合，數值大小基本一致，證明直推式存儲測井的自然伽馬、補償聲波、補償中子、雙側向電阻率、自然伽馬能譜的測量值穩定可靠，滿足測井評價要求。

2.2 應用實例分析

2.2.1 在漏失井中的應用

受儲層特征影響，西北油田的塔河、順北區塊在鉆進目的層時發生井漏的現象較為普遍。在發生失返性漏失后，為保證井下安全，一般不進行測井，而是直接進行完井測試。但目的層測井資料缺失，會嚴重影響塔河、順北區塊奧陶系油氣藏的儲層評價、儲量計算及后期開發方案制定等工作。應用直推式存儲測井工藝后，這一問題得到一定程度的解決。

TH10443X 井設計井深 6748.00m，是典型的目的層發生失返性漏失的開發井，三開鉆至井深6470.00m時發生失返性漏失，此時井斜角為66°，無法建立循環，在不清楚井下情況的條件下強鉆至井深 6731.85m 提前完鉆，起鉆過程中又遇卡，用時 3h才解卡。該井鉆井液累計漏失量超過1400m3，實時監測環空液面在井深1300.00m左右，井下情況相當復雜，采用直推式存儲測井工藝一次下井取全了標準測井資料，資料真實可靠。TH10443X井奧陶系部分井段的測井資料如圖3所示。

圖3 TH10443X 井奧陶系部分井段測井資料Fig.3 Logging data of some sections in Ordovician in the Well TH10443X

從圖3可以看出，TH10443X井儲層發育段巖性較純，自然伽馬、無鈾伽馬均呈低值，聲波時差略有增大，深、淺側向電阻率值相對上下圍巖的高電阻率值背景有所降低，并具有較明顯的正差異（深側向電阻率大于淺側向電阻率，即RD＞RS），伽馬、聲波時差及電阻率曲線均符合該地區儲層測井響應規律，滿足儲層測井評價要求。

可見，在如此復雜的井況下，采用直推式存儲測井工藝，可以安全、高效、優質地取得常規標準測井資料。

2.2.2 在小井眼及復雜井中的應用

為滿足西北油田老井側鉆挖潛或復雜井井身結構設計需要，最后一個開次越來越多地采用φ120.7mm鉆頭完成，這使測井面臨以下困難：1）鉆桿和套管間的環空間隙一般達不到《鉆具輸送測井操作規程》（Q/SHXB0078—2019）的要求；2）使用 φ88.9～φ92.0mm測井儀器時因井眼環空間隙太小、狗腿度大，難以通過。

玉中2井是部署在玉北區塊以奧陶系鷹山組為目的層的一口探井，完鉆井深7733.00m，完井鉆井液密度 1.19kg/L，鉆頭外徑 120.7mm，井底溫度 155℃。在復合鉆至井深7501.32m的過程中扭矩達13.7～14.3kN·m，頻繁憋停頂驅，井下工況十分復雜。其中，五開小井眼裸眼段長達 740.00m（6993.00～7733.00m），起下鉆摩阻大于 200kN，采用常規測井工藝風險大。為此，選用直推式存儲測井工藝，在該井段進行自然伽馬、自然電位、井徑、補償聲波、補償中子、雙側向電阻率、自然伽馬能譜、井斜方位和偶極子聲波測井，順利完成了全部測井工作。

玉中 2 井 7332.00～7733.00m 井段共解釋Ⅲ類儲層12層，累計視厚度77.50m。部分解釋成果如圖4所示。

圖4 玉中 2 井奧陶系蓬萊壩組綜合解釋成果Fig.4 Comprehensive interpretation of the Ordovician Penglaiba Formation in the Well Yuzhong-2

由圖4可知，玉中2井儲層發育段聲波時差、補償中子略有增大；深、淺側向電阻率值相對上下圍巖的電阻率值均呈明顯降低趨勢并具有一定的正差異（即RD＞RS），孔隙度測井曲線與電阻率測井曲線具有較好的相關性，儲層測井曲線響應符合該地區儲層段電阻率降低，聲波時差和中子孔隙度均相應增大的規律，可以滿足儲層測井評價要求，測試結果與測井解釋評價結果也較為符合。

2.2.3 在超深、高溫高壓復雜井中的應用

順北55X井是西北油田順北區塊的一口探井，完鉆井深 8725.00m，井斜角 86.1°，井底壓力高達146MPa，井底溫度接近170℃。前期鉆井中出現遇阻、卡鉆等井下故障，鉆至井深8667.73m時放空0.21m，發生了漏失，氣測顯示活躍，同時存在環空小、無法進行鉆具輸送測井的問題，測井施工面臨的安全風險極高。經過反復論證，最終采用直推式存儲測井工藝進行測井。

第一趟下井順利取得標準和能譜測井資料，第二趟下井順利取得補償中子和偶極聲波測井資料。相比鉆具輸送測井，省略了安裝旁通短節、起下電纜、泵下槍對接、井口電纜導向和調校絞車同步等存在安全風險的工序，單次即可節約作業時間15h以上。測井資料質量優良，能滿足儲層評價及地質研究要求。

其中，正交偶極子聲波測井波列記錄齊全可辨，提取的單級縱波、橫波時差在儲層發育段具有明顯的響應；儲層段縱波橫波能量和斯通利波能量均有一定程度的衰減，指示儲層具有較好的滲透性。斯通利波反射干涉圖像呈 “V” 字形或 “人” 字形，指示儲層段可能發育有裂縫。這表明正交偶極子聲波測井質量較為可靠，可以滿足儲層測井評價要求。最終解釋為4層儲層，累計視厚度22.00m。其中，奧陶系鷹山組部分井段綜合解釋成果如圖5所示。

圖5 順北55X井奧陶系鷹山組部分井段綜合解釋成果Fig.5 Comprehensive interpretation of some well sections in the Ordovician Yingshan Formation in the Well Shunbei-55X

3 結論與建議

1）西北油田各區塊井況條件不同，表現出超深、高溫、高壓、大斜度、小井眼和多漏失等一系列復雜情況，現有測井儀器及配套工藝無法滿足儲層評價需求，需要新技術、新設備、新工藝來解決測井中存在的問題。

2）通過工藝對比、技術分析和現場試驗，認為直推式存儲測井工藝能應用于西北油田碳酸鹽巖油氣井測井。進一步應用表明，該工藝取得的測井資料質量滿足常規儲層的解釋評價要求，可滿足儲層評價和儲量計算需求，而且該工藝適用范圍井眼較大，從安全生產、經濟價值和提速提效等方面評價的結果均較好，具有良好的推廣應用價值。

3）目前，直推式存儲測井系統的密度測井資料還沒有達到該系統測井時的偏心要求，難以取得合格的測井資料，建議對該測井系統的結構進行優化。