FITS過鉆具測井系統性能及應用效果評價

張炳軍,曹孟鑫,李華鋒,高波,朱倩萍,張文黎

(1.中國石油集團測井有限公司,陜西西安710077;2.中國石油集團測井有限公司長慶分公司,陜西高陵710201)

0 引 言

油田開發過程中大位移水平井、大斜度井逐漸增多,這些井通常具備表套淺、表套口附近裸眼段井斜大、造斜點過淺、井況復雜、水平段位移長等特點,且常出現一些阻卡非常嚴重的復雜井,傳統的濕接頭水平井測井工藝,存在著對接失敗的風險[1-5]。針對一些井況復雜的水平井,過鉆具存儲式測井具有高時效、低風險和低成本的相對優勢。FITS過鉆具測井系統(簡稱FITS)是中國石油集團測井有限公司自主研制的CPLog統一品牌下的過鉆具測井裝備。FITS由一套能夠通過鉆具水眼的,直徑為57 mm的完井測井系列儀器,和一套過鉆具特殊工具組合而成;具有電纜測井和無纜存儲測井2個模式,配套了電纜、泵送(出)過鉆桿(頭)和回收式保護套工器具等3種施工工藝,適用于疑難井、長水平井等復雜井況下的測井資料采集[1]。2020年該測井系統在鄂爾多斯盆地隴東地區長7頁巖油區塊應用45口井,取得良好應用效果。在介紹FITS特征及可靠性基礎上,分析了其在長慶油田應用效果及性能提升,對于推進具有自主知識產權的過鉆具測井系統,提高國產測井儀器的實際應用能力具有重要的意義。

1 FITS簡介

1.1 地面系統

FITS地面系統主要由DCS600直流電源面板、FITS深度與纜芯安全控制面板、深度張力采集箱、數據讀取箱、SDDP機箱等組成,有柜式箱體系統和便攜式系統,具有集成度高、體積小、移動方便等特點,系統每個面板都是獨立的功能模塊,與測井計算機數據交互均基于標準的TCP/IP網絡協議;支持存儲式測井儀器供電和測井數據采集功能。

1.2 井下儀器

FITS常規組合井下儀器由高速遙傳、無線通信捕捉儀、伽馬連斜、自然電位、四臂井徑、雙側向、補償中子、巖性密度組成。一次組合測井作業可以測量雙側向、密度、中子、聲波、自然伽馬、自然電位、井徑、連斜等測井項目。輔助短節有馬龍頭、三參數、偏心器、扶正器、柔性短節、旋轉短節、絕緣短節、硬電極、上承壓短節、下承壓短節等。配套工藝工具有旁通短節、專用鉆頭、保護艙、可回收式儀器保護套等。FITS最高耐溫電纜測井175 ℃/30 h、存儲式測井150 ℃/30 h;最大耐壓140 MPa;外徑57 mm;傳輸速率上行通道≥1 000 kbit/s、下行通道≥50 kbit/s;儀器其他技術指標均達到行業技術要求。

1.3 組合方式及測井模式

測井儀器可根據需要進行組合測井,根據長慶油田實際地質情況,在生產中按照低孔隙度、低滲透率常規砂泥巖和非常規頁巖油測井需求及鉆井液性質確定儀器系列組合方式。常用的儀器組合方式是自然伽馬、連斜、井徑、補償中子、巖性密度、雙側向(陣列感應)、補償聲波測井等。不同性質的鉆井液,選擇不同的電阻率測井系列,鹽水鉆井液采用雙側向測井,淡水鉆井液采用陣列感應測井。FITS的2種測量模式為電纜測井和無纜存儲測井;3種測井施工工藝分別是電纜測井、泵送過鉆具存儲式測井和鉆桿輸送回收式保護套泵出式存儲式測井。電纜測井主要在定向井中施工,電纜懸吊儀器測井與常規電纜測井相同;電纜泵送過鉆具存儲式測井和鉆桿輸送泵出式存儲式測井均適用于疑難井、長水平井等復雜井況下測井資料采集,安全性高,可以隨時回收儀器。二者的區別在于前者儀器入井時間短,儀器利用周轉效率高,但受鉆桿水眼的限制。現場施工中根據不同的井型、井況選擇不同的測井工藝模式,可實現快速測井作業。

2 FITS過鉆具測井系統可靠性分析

在標準井中對FITS的整體性能以及單支儀器的可靠性做了全面的評價;FITS在標準井或探評井中與LOGIQ、ECLIPS5700、CPLog等外徑為90 mm的儀器及ThruBit外徑為54 mm的儀器進行“三性一化”的對比評價,表現出較高的重復性和一致性。

2.1 重復性對比分析

FITS投產前,在模擬井和定向井中對儀器的重復性進行了評價,均表現出了很高的穩定性。模擬井砂泥巖地層中對FITS的雙側向、聲波時差、自然伽馬、自然電位、井徑、陣列感應等常規測井重復性進行了評價;巖性密度、補償中子、連斜等測井項目的重復性評價是在3口定向試驗井中進行的;同一口定向試驗井中主測井段和重復測井段測量深度基本相同,目的是進行重復性評價時,按照不同巖性、不同井深、不同測井響應值多井段重復性分析,這樣即可對測井儀器的重復性評價,還可以評價儀器在不同環境下的穩定性,在2井次的模擬井和3井次的試驗井中,主測井與重復測井曲線形態一致,同時對測量數值進行了重復性誤差分析;不同測井項目的重復性誤差與行業標準ST/Y 5132進行了對比,重復性誤差均達到儀器設計要求和行業標準ST/Y 5132質量要求[6-7],FITS的重復性和穩定性合格。圖1是在模擬井中對雙側向、聲波時差、自然伽馬等測井項目的主測井與重復測井對比圖。圖2是聲波測井和深側向測井的主曲線與重復曲線的交會圖,并對其重復性誤差進行了分析,深側向重復性相對誤差為3.21%,聲波時差曲線滲透層重復絕對誤差是-2～3 μs/m。

圖1 FITS儀器雙側向和聲波測井重復性對比

圖2 聲波測井和深側向測井的主曲線與重復曲線的交會圖

2.2 一致性對比分析

圖3 2支深側向測井儀器一致性及其誤差直方圖

一致性對比遵循分段進行,分段選取的原則同重復性分段選取一樣,按照不同巖性、不同井深、不同測井響應值選取一致性對比段;對比內容包括曲線形態和測量數值的絕對誤差分析,主要體現儀器的一致性、穩定性和測量范圍。FITS投產前在模擬井中不僅對該系統的2支相同儀器之間的一致性進行了分析,還對比分析了與ThruBit儀器測井裝備之間的一致性。在定向試驗井中FITS與EILog、LOGIQ等測井裝備進行了一致性對比;無論FITS自身儀器一致性對比還是與其他測井裝備一致性對比,均表現出較高的一致性。圖3是FITS在模擬井中針對2支雙側向儀器之間的一致性與絕對誤差直方圖,相關系數在0.99以上,測量值絕對誤差在1.0 Ω·m內;同一系統內2支儀器間的一致性很可靠,絕對誤差均能滿足解釋評價要求。

圖4 X井FITS與CPLog測井曲線一致性對比圖*非法定計量單位,1 b/eV=6.241 46×10-10 m2/J,下同

在FITS推廣過程中,分別在試驗定向井中與外徑90 mm的CPLog、LOGIQ測井儀器進行常規測井項目一致性對比。X井是一口石油預探井,井眼尺寸是8.5 in[注]非法定計量單位,1 in=25.4 mm,下同,選擇井徑相對規則井段進行FITS與CPLog儀器一致性對比,二者測井曲線形態、測量數值基本一致(見圖4)。2 186.0～2 191.4 m和2 196.6～2 203.4 m砂巖井段,井徑規則無擴徑,2種儀器所測得曲線形狀一致,數值接近,均呈現低電阻率高侵入特征,對比良好。FITS的光電吸收截面指數曲線測量值略微偏高,巖性密度曲線和補償中子對井徑擴徑比較敏感,擴徑處測量值偏低更多,與儀器外徑較小有關,2種儀器一致性良好。

2.3 測量精度分析

2.3.1縱向分層能力

YX井是一口石油預探井,FITS在綜合段1 085.0～2 200.0 m與LOGIQ儀器進行了對比測井。圖5中1 900.0～1 940.0 m井段為長7地層鉆井取心段。取心顯示砂泥薄互層,測井處理的砂泥巖厚度與巖心描述的砂泥巖厚度基本一致,測井解釋剖面與巖心剖面具有很高的對應性;FITS的自然伽馬、三孔隙度和陣列感應測井均能識別出砂泥薄互層,其縱向分辨率能達到0.5 m;該井長6～長8段地層1 780.0～2 100.0 m鉆井取心段砂巖層總厚70.9 m,FITS測井曲線識別砂巖厚度分別是67.0 m,巖性剖面符合率達到95.06%。FITS密度測井與巖心分析密度進行一致性對比,二者形狀與數值同樣具有較高吻合度,FITS所測密度曲線計算的孔隙度與巖心分析孔隙度一致性好。FITS密度測井采集精度較高,其縱向分辨率和測量精度均能達到解釋評價要求。

圖5 YX井FITS縱向分辨率與巖心對比*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

2.3.2物性參數計算精度

圖6 YX井FITS與LOGIQ測井數據計算的孔隙度對比

對于取心的井可以利用取心資料分析儀器的測量精度。利用預探井YX井的巖心物性分析數據,同樣的解釋模型,在長8地層分別用FITS和LOGIQ的測井數據計算取心段的物性參數和含水飽和度,與巖心物性分析數據進行對比。從圖6可見,FITS所測聲波時差和密度交會計算的孔隙度與巖心分析孔隙度一致性好,且吻合程度要高于LOGIQ。滲透率計算,還需用到自然電位、電阻率等其他測井曲線,通過滲透率與巖心分析的滲透率對比,可以評價儀器的其他測井曲線的采集精度。圖6中FITS計算的滲透率與巖心分析的滲透率吻合度明顯高于LOGIQ;LOGIQ計算的物性參數低于巖心分析的滲透率;FITS計算的物性參數與巖心分析的物性參數很接近。對FITS計算孔隙度與巖心分析孔隙度誤差進行分析,誤差在±1個孔隙單位內[8-9]。FITS物性參數計算精度可以滿足頁巖油、超低滲透儲層的評價需求。

3 儀器應用效果評價

3.1 儀器性能穩定施工安全

2020年4月至8月進行配套FITS試驗,經過標準井和直井的試驗對比,不斷完善FITS配套工具及工藝流程,確保了FITS順利推廣應用;在試驗對比中解決各類問題42項,系統優化及儀器性能提升5項;聲波儀器在水平井中因儀器長度、材質問題及扶正器的問題,導致聲波源距發生變化,聲波測量數值偏低;通過優化聲波儀器的外殼材質、儀器扶正器及算法,校正聲波測量值[10-12]。改進巖性密度和補償中子的刻度裝置及源倉設計[13-15],實現放射性測井的安全施工。

3.2 一次成功率和曲線優等品率高

通過標準井的測試以及生產井的檢驗,井下儀器的重復性、一致性符合驗收標準,能夠滿足生產要求;地面系統的性能穩定可靠,簡潔的操作界面更易掌握。正式投產以后,2020年共測井45口,其中40口水平井,5口大斜井,全部采用過鉆具方式。下井一次成功率97.82%;總曲線條數536條,優等曲線517條,優等品率96.46%。

3.3 測井的時效性高

應用FITS的45口井平均測量井段長3 700 m,測井平均用時26 h,與傳統濕接頭工藝測井56 h相比,測井時效提高53%。FITS電纜泵送過鉆具存儲式測井時,鉆井隊用鉆桿輸送回收式保護套工器具至井底,測井隊用電纜輸送儀器過鉆桿水眼至保護套工器具,然后釋放儀器,回收電纜,加壓儀器出保護套后開始上提鉆桿測井。這種過保護套測井工藝與其他鉆具輸送存儲測井工藝相比,提高了測井隊伍的周轉率。

4 結 論

(1)FITS在長慶油田試驗對比及在頁巖油水平井的規模應用中,儀器性能有了很大的提升,提高了在復雜井況和復雜井型條件下進行安全、高效的施工作業能力和裝備保障能力;在放射性源施工安全保障上具備明顯的優勢,具有較強的適用性、可靠性、穩定性、安全性。

(2)FITS性能穩定可靠,施工安全,一次下井成功率高,通過標準井的測試以及生產井的檢驗,井下儀器的重復性、一致性符合驗收標準;它的2種模式3種施工工藝,為復雜井況資料采集提供了一種可靠解決方案。

(3)FITS所測曲線計算的儲層參數精度高,其所測聲波時差、密度曲線計算的孔隙度與巖心分析孔隙度誤差在±1個孔隙單位內,達到儀器精度要求,而且一次作業成功率和曲線優等品率高,測井資料合格率達100%。

(4)FITS測井時效高,回收式保護套工器具測井工藝與傳統濕接頭工藝相比,測井時效提高了53%,提高了測井隊的周轉率。