連續(xù)油管井下影像測井在套變診斷中的應用

王 旭， 高 森， 時 崢

中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司

0 引言

長慶區(qū)域氣田具有低壓、低滲、低豐度的特點，在開發(fā)中常采用水平井鉆井以及大規(guī)模分段壓裂完井的開發(fā)模式，很多因素(諸如目的層加深、水平段加長、井眼軌跡復雜等)導致套管下入和受力分析難度加大，經(jīng)常出現(xiàn)套管變形[1]等復雜情況，后期改造困難。打鉛印等常規(guī)檢查套管及套管內(nèi)其他結(jié)構(gòu)形態(tài)的方法通常只能適用于直井，且多用于規(guī)則形變的判斷。對于不規(guī)則的形變，鉛印則存在定位不準確、縮徑方位不明確、整體不夠直觀等缺點。連續(xù)油管一方面可以提供鏡頭的水沖洗通道，另一方面可以將井下電視推入水平段。井下電視[2]則可以提供比鉛印更加清晰直觀的可視化信息[3]。通過井下電視與連續(xù)油管技術(shù)優(yōu)勢的結(jié)合[4]，可準確監(jiān)測到套管措斷、縮徑、異物卡堵等視像資料，從而為采取有效處理措施提供可靠依據(jù)。

1 連續(xù)油管井下影像測井技術(shù)優(yōu)勢

連續(xù)油管井下影像測井工藝的實施，標志著井下電視與連續(xù)油管的結(jié)合趨于成熟，其技術(shù)優(yōu)勢為：以連續(xù)油管作為水平井輸送載體，針對套管變形的特點，采用雙攝像頭(下視和側(cè)視)結(jié)構(gòu)，實施水平段實時沖洗條件下的影像拍攝，在實時清理鏡頭和改善影像拍攝所需介質(zhì)環(huán)境的前提下，完成水平段異常點套管及落魚形態(tài)捕捉，并通過地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制側(cè)視攝像頭旋轉(zhuǎn)360°，完成對拍攝對象的精細觀察和診斷。

2 設備及工具

2.1 地面設備配套

連續(xù)油管井下影像測井設備配套主要包括井口設備(注入頭、防噴系統(tǒng)等)、?38.1 mm穿芯連續(xù)油管、高壓密封頭、電纜滑環(huán)、地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，其中，井口設備為標準配置。

2.1.1 穿芯連續(xù)油管的配套

(1)連續(xù)油管穿芯方案。穿芯連續(xù)油管所選油管為?38.1 mm、5 600 m連續(xù)油管，所選電纜為?5.6 mm單芯電纜，在泵注條件下，電纜經(jīng)高壓流通管、液壓動力絞盤及高壓管匯，被送入連續(xù)油管，直至連續(xù)油管自由端[5- 6]。連續(xù)油管和電纜性能參數(shù)如表1和表2所示。

表1 連續(xù)油管性能參數(shù)表

表2 電纜性能參數(shù)表

(2)水力學參數(shù)的確定。采用降阻水作為循環(huán)工作液，泵送?5.6 mm單芯電纜入?38.1 mm、5 600 m連續(xù)油管中，最終控制排量小于250 L/min，壓力小于40 MPa，確保電纜穿入過程中不出現(xiàn)鼓包或變形；同時，計算雷諾系數(shù)Re=47 554，遠大于2 000。因此，管內(nèi)流體為明顯的紊流狀態(tài)[7]，能夠使電纜在水中上下波動，穿入期間不會遇阻，可順利到達連續(xù)油管自由端。穿芯連續(xù)管如圖1所示。

圖1 穿芯連續(xù)油管

2.1.2 密封頭及滑環(huán)的配套

高壓密封頭(承壓等級：70 MPa，承載噸位：2 t)用于滾筒根部連續(xù)油管與電纜的帶壓及承載連接；電纜滑環(huán)用于銜接其上游電纜和下游信號線，確保上游電纜不隨滾筒旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，同時，確保下游信號線在隨動過程中正常通訊(導線電阻≤110 Ω，絕緣電阻≥550 MΩ)，固定在連續(xù)油管旋轉(zhuǎn)接頭法蘭位置。高壓密封頭和電纜滑環(huán)如圖2和圖3所示。

圖2 高壓密封頭

圖3 電纜滑環(huán)

2.1.3 地面采集系統(tǒng)的配套

地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將電纜傳輸信號轉(zhuǎn)換為可以識別的信號，通過上位機軟件成像并保存[8]。另外，可以對井下電視測井儀進行控制和調(diào)節(jié)。

2.2 井下工具配套

配套的井下工具從上到下依次為：連續(xù)油管(?38.1 mm)+外卡瓦連接器(?54 mm)+機械丟手(?54 mm)+轉(zhuǎn)換柔性二合一短節(jié)(?54 mm)+沖洗短節(jié)(短節(jié)：?54 mm，護套：?82 mm)+密封短節(jié)及電纜頭(?54 mm)+井下電視測井儀(?54 mm),工具串總長小于2.9 m。井下工具組合如圖4所示。

圖4 井下工具組合示意(從右至左連接)

連續(xù)油管和沖洗短節(jié)的結(jié)合可實現(xiàn)邊影像拍攝邊沖洗，實時保證鏡頭及其附近井筒環(huán)境的潔凈度，同時，沖洗短節(jié)的護套具有引流至鏡頭位置和扶正的作用；連續(xù)油管和柔性短節(jié)的結(jié)合可避免工具串剛性遇阻；井下電視支持單芯電纜傳輸，具備下視、側(cè)視、旋轉(zhuǎn)側(cè)視三種模式，主要技術(shù)參數(shù)[9]如表3。

表3 井下電視主要技術(shù)參數(shù)

3 作業(yè)方案

3.1 井筒準備

安裝連續(xù)油管防噴系統(tǒng)和注入頭進行通洗井作業(yè)，同時伴注除油劑,是因為單純循環(huán)清水很難將水平段的油污雜質(zhì)帶上來，所以洗井液中應該混配除油劑。

3.2 地面測試

(1)地面測量油管自由端電纜及滑環(huán)信號通斷與絕緣。

(2)接沖洗工具作做地面循環(huán)測試，排量180 L/min，循環(huán)壓力30 MPa，穩(wěn)壓30 min，測試至密封頭無滲漏。

(3)測量沖洗工具底部電纜頭通斷至正常。

(4)斷電后測量電纜絕緣正常。

3.3 通洗井

(1)確保電纜伸出連續(xù)油管末端2.5 m以上。

(2)在連續(xù)油管末端依次連接外卡瓦連接器、機械丟手、轉(zhuǎn)換柔性二合一短節(jié)、沖洗短節(jié)內(nèi)管、密封短節(jié)[10]。其中，機械丟手參數(shù)如表4所示。

表4 機械丟手性能參數(shù)

(3)在沖洗短節(jié)和電纜頭之間編制錐形馬龍頭，外鎧和內(nèi)鎧分布采用外9內(nèi)3的方式，防止電纜下放速度慢于連續(xù)油管下放速度，在電纜頭處拔脫。

(4)連接好電纜頭及?54 mm底堵，結(jié)合軟件模擬結(jié)果，在不安裝井下電視測井儀的前提下進行通洗井，用以確保儀器入井后的安全。

3.4 井下影像拍攝

(1)通洗井結(jié)束后，在井口連接好井下電視測井儀、沖洗短節(jié)外護套及?82 mm尾錐(底部帶出液孔)；進行地面測試，上位機出現(xiàn)下視、側(cè)視、旋轉(zhuǎn)側(cè)視畫面后，表明儀器工作正常，可以入井。

(2)下入過程中保持井下電視儀器在工作狀態(tài)。仔細觀察井下電視影像圖。根據(jù)提供的前期異常套管位置和情況，到達預定位置進行反復的影像拍攝。如果儀器可以安全地通過異常套管位置，還可用側(cè)視以及旋轉(zhuǎn)側(cè)視對預定位置進行更詳盡地觀察，記錄所有拍攝的圖像。井下電視地面測試如圖5所示。

圖5 井下電視地面測試

(3)若不能觀測到清晰地異常套管圖像，則適度增大沖洗排量，直至可以看清楚為止。

(4)成功拍攝到異常套管形態(tài)后，上提連續(xù)油管至井口，拆卸工具、儀器及防噴系統(tǒng)。

4 現(xiàn)場應用

4.1 應用井況

連續(xù)油管帶輔助沖洗工具及井下電視測井儀，在×井進行了現(xiàn)場試驗。該井下鉆至3 820.44 m遇阻，先后進行了鉆具活動、正循環(huán)磨鉆、下三牙輪鉆頭鉆磨及下銑錐磨銑等處理，處理工具均難以通過遇阻點，且起出后工具上均有劃痕，分析原因為：?114.3 mm套管節(jié)箍采用LTC扣型，上扣時扭矩過大造成套管節(jié)箍處公扣過頂，在節(jié)箍內(nèi)部連續(xù)形成臺階縮徑。

4.2 通洗井

4.2.1 模擬下深

通過Cerberus軟件模擬×井井身結(jié)構(gòu)，同時模擬?38.1 mm連續(xù)油管帶工具(最大直徑82 mm)在該結(jié)構(gòu)井筒內(nèi)的最大下深。軟件模擬結(jié)果為：在不考慮泵注的情況下，連續(xù)油管將在5 042.0 m的位置發(fā)生自鎖，該深度大于施工井的完鉆井深4 489 m。因此，穿芯連續(xù)管帶輔助沖洗工具通洗井時，理論上可順利到達前期遇阻位置。下深模擬如圖6所示。

圖6 連續(xù)油管下深模擬載荷曲線圖

4.2.2 通洗井

連續(xù)油管帶輔助沖洗工具通洗井：排量160 L/min，泵壓28.9～30.1 MPa，入井清水共計68 m3，返出68 m3，進出口水色一致，預探遇阻位置,載荷下降2 t，深度經(jīng)校驗與前期處理遇阻位置一致。

4.3 連續(xù)油管井下影像拍攝

通過穿芯連續(xù)油管帶輔助沖洗工具及井下電視至遇阻位置影像拍攝，效果不理想；后采用清水+除油劑二次沖洗影像拍攝，達到預期效果，診斷并驗證了井筒內(nèi)鉆具遇阻的原因—套管接箍變形縮徑。在3 820.44 m拍攝到了異常接箍的畫面如圖7(b)所示，并與在其上部9.94 m位置拍攝到的另一接箍畫面如圖7(a)所示進行比對，比對后發(fā)現(xiàn)，在3 820.44 m處的接箍輪廓從正圓變形成橢圓，發(fā)生了縮徑變形。因此，為下步復雜處理提供了可靠依據(jù)。

圖7 套管節(jié)箍形態(tài)比對

5 結(jié)論及建議

(1)利用連續(xù)油管穿芯系統(tǒng)，配合低磨阻循環(huán)工作液，在增加循環(huán)速度和降低初始排量的條件下，成功將?5.6 mm電纜穿入5 600 m的?38.1 mm連續(xù)油管內(nèi)，并完成輔助沖洗工具及井下電視測井儀的掛接及通訊。

(2)滑環(huán)和高壓密封頭累計帶電工作約36 h，帶壓工作約14 h，絕緣與通訊均滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。

(3)驗證了連續(xù)油管井下影像測井在帶壓水平井內(nèi)診斷套管變形的可行性，并為確定套變等復雜處置方案的制定提供了可靠依據(jù)。

(4)利用穿芯連續(xù)油管的傳輸優(yōu)勢，后期還可開展水平段生產(chǎn)測井等相關(guān)水平井測井工藝。

(5)由于輔助沖洗工具僅用于改善鏡頭附近的局部環(huán)境，建議作業(yè)前大排量洗井1次，并配合除油劑的使用，為井下電視提供一個更加良好的水平段影像拍攝環(huán)境。

(6)建議在工具串組合中加入伸縮短節(jié)，減少電纜和油管相對位移對電纜造成的形變損傷。