牽引器工藝在西北油田測井施工中的應(yīng)用

陳 烈, 杭洪燕, 邵皓楓

（1.中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心, 新疆輪臺 841600；2.中石化西北油田分公司采油一廠, 新疆輪臺 841600）

1 概述

水平井可以增大井筒和油氣層之間的接觸面積, 提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直井的滲流通道[1], 一口水平井成本約為直井的2倍左右, 而產(chǎn)量是直井的3～5倍, 與直井相比具有更大的經(jīng)濟(jì)效益, 因此水平井技術(shù)在西北油田開發(fā)中被廣泛應(yīng)用[2-6]。隨著水平井在工區(qū)內(nèi)的發(fā)展, 對測井施工工藝的要求也越來越高, 在大斜度水平井固井質(zhì)量檢測時, 若采用電纜測井的施工方式, 儀器僅靠自身的重力很難下放到目標(biāo)井段, 且存在儀器遇阻的風(fēng)險(xiǎn)[7], 因此一般采用鉆具輸送或存儲式方式完成測井施工, 而鉆具輸送施工方式受環(huán)空、水眼內(nèi)徑等因素影響, 大部分井不滿足施工條件, 需要倒換油管后才能進(jìn)行測井作業(yè), 存在效率低、耗時長等缺點(diǎn)；存儲式施工方式的測井資料質(zhì)量無法實(shí)時監(jiān)控, 還存在深度不可靠、資料無法校驗(yàn)等缺點(diǎn)。針對大斜度水平井固井質(zhì)量檢測這一難點(diǎn)問題, 2017年11月西北油田在工區(qū)內(nèi)引入牽引器測井工藝, 很好地解決了大斜度水平井固井質(zhì)量檢測效率低、耗時長、資料質(zhì)量差的問題。牽引器測井工藝具有施工簡便、施工時間短、深度易控制等優(yōu)點(diǎn)[8], 近幾年在西北油田測井施工中內(nèi)得到了越來越廣泛的推廣與應(yīng)用。

2 牽引器測井工藝在西北油田工區(qū)發(fā)展

2.1 牽引器測井工藝在西北油田工區(qū)的使用與發(fā)展

在工區(qū)沒有引入牽引器工藝之前, 對于大斜度井（主要指最大井斜超過50°）水平井固井質(zhì)量檢測, 主要采用鉆具輸送或存儲式方式進(jìn)行測井施工。表1為統(tǒng)計(jì)的2013～2017年工區(qū)固井質(zhì)量檢測鉆具輸送/存儲式井次, 由圖中數(shù)據(jù)計(jì)算可得, 從2013～2017年, 對于大斜度水平井固井質(zhì)量檢測, 每年平均進(jìn)行鉆具輸送/存儲式施工8.6井次, 施工井次較多, 耗費(fèi)工時長, 投入成本大。

表1 2013~2017年工區(qū)固井質(zhì)量測井鉆具輸送/存儲式井次統(tǒng)計(jì)

針對這一現(xiàn)狀, 2017年11月西北油田在TH10374CH井側(cè)鉆一開固井質(zhì)量測井時首次應(yīng)用JHQY-B型牽引器進(jìn)行測井施工, 取全取準(zhǔn)了TH10374CH井一開聲幅測井資料, 為牽引器工藝在西北油田工區(qū)內(nèi)的廣泛推廣與應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

統(tǒng)計(jì)工區(qū)引進(jìn)牽引器測井工藝后近3年?duì)恳鞴に嚋y井施工井次, 見表2, 可以看出, 工區(qū)自引進(jìn)牽引器測井工藝后, 采用牽引器工藝進(jìn)行測井施工的井次逐年增多, 2018年固井質(zhì)量測井牽引器施工11井次, 2019年固井質(zhì)量測井牽引器施工13井次, 2020年固井質(zhì)量測井牽引器施工14井次, 牽引器測井工藝在工區(qū)內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛, 也表明工區(qū)內(nèi)牽引器測井工藝日趨成熟。

表2 近3年工區(qū)固井質(zhì)量測井牽引器施工井次統(tǒng)計(jì)

2.2 牽引器工藝介紹

在西北油田工區(qū)內(nèi)最早應(yīng)用的牽引器為JHQY-B型牽引器, 此牽引器是由江漢測錄井公司為實(shí)現(xiàn)水平段測井儀器輸送自主研發(fā), 截至目前為止, JHQY-B型牽引器已升級更新至第四代, 儀器性能趨于成熟, 可以適應(yīng)更多的井下復(fù)雜情況。

2.2.1 牽引器儀器組成

JHQY-B型牽引器按組成可分為井下儀器與地面設(shè)備, 其中井下儀器部分基本配置由五部分連接而成, 依次為上扶正器、電子線路段、推靠段、牽引段和下扶正器組成。推靠段采用液壓推靠方式, 使?fàn)恳髋佬休喤c井壁可靠接觸, 電子線路段是井下設(shè)備的控制中心, 接受地面計(jì)算機(jī)的指令, 控制牽引器工作, 同時將牽引器工作各種信息上傳到地面計(jì)算機(jī)。每個單獨(dú)牽引段驅(qū)動力達(dá)2000N, 多段牽引段可以自由組合。扶正器內(nèi)含有一定數(shù)量的貫通線, 在儀器串中對牽引器起扶正作用, 使?fàn)恳髟诰蹆?nèi)處于居中位置, 保證測得曲線質(zhì)量。牽引器地面設(shè)備包括地面大功率直流電源、控制面板、便攜計(jì)算機(jī)、牽引器操作軟件。圖1為牽引器組成示意圖。

圖1 牽引器組成示意圖

2.2.2 牽引器工作原理

通過地面控制供電電壓, 喚醒牽引器, 讓其進(jìn)入工作狀態(tài), 與地面系統(tǒng)建立通信。地面依次發(fā)出激活液壓推靠系統(tǒng)、關(guān)閉電磁閥門、液壓系統(tǒng)壓力值等指令, 控制液壓泵工作, 液壓油經(jīng)高壓液壓路徑到每組動力模塊, 推動活塞運(yùn)動, 將互成90°夾角的牽引臂張開, 當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)置值時, 液壓泵自動停止。啟動牽引動力傳遞系統(tǒng), 牽引電機(jī)動力依次經(jīng)過減速器和齒輪傳動并減速, 使?fàn)恳喰D(zhuǎn)并帶動儀器移動, 將測井儀器送到測井目的層[9]。圖2為牽引器在井下帶動測井儀器向下移動流程圖。

圖2 牽引器工作流程圖

2.2.3 JHQY-B型牽引器各項(xiàng)性能參數(shù)

最大牽引力：8000N；

最高工作溫度：175℃；

儀器耐壓：120MPa；

最大牽引速度：10m/min；

牽引方向：雙向；

適用套管：5-1/2″～9-7/8″；

加壓模式：液壓（電腦程序控制）；

適用電纜：7芯、單芯（可進(jìn)行密閉高壓作業(yè)）；

重量：195kg；

長度：10.2m。

3 牽引器測井工藝在工區(qū)應(yīng)用實(shí)例

截至2020年底, 在大斜度水平井固井質(zhì)量檢測中采用牽引器施工已累計(jì)達(dá)40余井次, 應(yīng)用越來越廣泛, 并且采用牽引器施工測得的資料質(zhì)量與電纜測井得到的資料質(zhì)量相同, 具有較好的應(yīng)用前景, 以下是具體應(yīng)用實(shí)例：

A井為西北油田工區(qū)一口三開制水平井, 井深5730m, 最大井斜52°, 在該井三開5″套管固井質(zhì)量檢測時, 測井設(shè)計(jì)為鉆具輸送測井施工, 因套管與鉆具之間的環(huán)空不滿足鉆具輸送尺寸要求, 同時該井在井深5380m處井斜48°, 從5380m至井底, 存在350m的大斜度穩(wěn)斜井段, 若采用電纜施工, 依靠自身重力儀器很難在大斜度穩(wěn)斜井段實(shí)現(xiàn)自然下放, 實(shí)際采用牽引器完成施工。在測井施工過程中, 儀器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放至5393m, 井斜49°處, 然后技術(shù)人員打開牽引器進(jìn)行牽引, 最終將儀器牽引至5730m, 測井儀器順利到底, 牽引距離337m, 創(chuàng)造了西北工區(qū)牽引器牽引最長距離的記錄。與鉆具輸送測井方式相比節(jié)省工時約26h, 節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本約13萬元。

B井為西北油田工區(qū)一口二開制水平井, 井深4760m, 最大井斜82°, 該井在二開7-5/8″套管固井質(zhì)量檢測時, 采用牽引器工藝完成施工。在測井施工過程中, 儀器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放4550m, 井斜55°, 然后技術(shù)人員打開牽引器進(jìn)行牽引, 最終將儀器牽引至4760m, 測井儀器順利到底, 牽引距離210m, 創(chuàng)造了西北油田工區(qū)牽引器施工最大井斜82°、牽引距離最長記錄。相比鉆具輸送測井方式節(jié)約測井周期30h以上, 節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本16萬元以上。

牽引器將測井儀器送達(dá)目的層后, 通過地面系統(tǒng)將工作狀態(tài)設(shè)置為通路, 這時候牽引器就起到電路通線的作用。在電纜拉力的作用下, 測井儀器開始向上移動并采集資料。通過對比資料可得, 牽引器測井施工采集的固井質(zhì)量資料與電纜測井采集的固井質(zhì)量資料并無任何差異, 能準(zhǔn)確反映井下固井質(zhì)量的好壞。

4 牽引器測井工藝的優(yōu)勢與不足

4.1 牽引器測井工藝的優(yōu)勢

（1）與電纜測井施工相比, 牽引器測井工藝可減少測井遇阻風(fēng)險(xiǎn)、施工成功率高。電纜測井通常是依靠自身重力將測井儀器下放至井底, 對于大斜度井或水平井, 在進(jìn)行聲幅測井時, 若采用電纜測井施工, 當(dāng)出現(xiàn)井內(nèi)摩擦阻力大于儀器自身重力時, 就會存在儀器無法下放到底的風(fēng)險(xiǎn), 導(dǎo)致測井施工成功率降低, 需要更換其他方式方法完成測井施工, 增加作業(yè)時效和成本。

（2）與鉆輸測井施工相比, 牽引器測井工藝可節(jié)約施工時效, 降低成本。在工區(qū)沒有引進(jìn)牽引器之前, 大斜度井水平井聲幅檢測通常是采用鉆具傳輸施工完成, 鉆具傳輸施工過程中依靠鉆井隊(duì)下鉆及起鉆進(jìn)行測井施工, 施工時間較長；并且在測井儀器下至造斜點(diǎn)之前, 還需借助濕接頭與公頭外殼對接的方式將電纜與測井儀器連接, 若對接失敗, 還需重新對接或起出儀器檢查原因, 這些都會導(dǎo)致測井施工時間增長, 經(jīng)濟(jì)成本投入增大。統(tǒng)計(jì)鉆具輸送測井施工與牽引器測井施工的失效對比, 見表3, 從表中數(shù)據(jù)可以看出, 與鉆具輸送測井施工相比, 牽引器測井施工可節(jié)省24h, 較大地節(jié)省了施工工期。

表3 鉆具輸送測井與牽引器測井的時效對比

（3）與存儲式測井施工相比, 牽引器測井工藝效率高、資料質(zhì)量可靠。與鉆具傳輸施工類似, 存儲式測井過程也依靠鉆井隊(duì)下鉆及起鉆進(jìn)行測井施工, 施工時間較長；同時由于沒有電纜將儀器與地面系統(tǒng)連接, 所以無法和地面系統(tǒng)建立實(shí)時的信號通道, 不能及時掌握井下儀器的工作狀態(tài)。特別是儀器釋放后, 上測過程中, 不能實(shí)時對儀器工作和安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控, 測井資料也必須等到測井儀器起出井口后才能查驗(yàn), 若資料無法解編或不可靠, 則要返工重新測量, 導(dǎo)致測井施工時間增長, 施工效率低, 成本投入增大。統(tǒng)計(jì)存儲式測井施工與牽引器測井施工的時效對比, 見表4, 從表中數(shù)據(jù)可以看出, 與存儲式測井施工相比, 牽引器測井施工可節(jié)省23h, 較大地節(jié)省了施工工期。

表4 存儲式測井與牽引器測井的時效對比

4.2 牽引器測井工藝的不足

（1）對井壁質(zhì)量要求較高：在用牽引器進(jìn)行聲幅測井施工前, 需提前對井內(nèi)套管做刮壁處理, 清除套管內(nèi)壁上的雜物, 因此需要將完井作業(yè)前刮壁作業(yè)流程提前到測井施工前。

（2）儀器性能指標(biāo)無法滿足超深、高溫井要求：在西北油田順北區(qū)塊, 正在鉆進(jìn)的部分井井深超過8000m, 井底溫度超過160℃, 井底壓力超過140MPa, 目前的牽引器性能很難在這種高溫高壓條件下保持正常工作, 無法適用于這類高溫高壓的深井。

（3）實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)通過性方面還有改進(jìn)空間。西北油田工區(qū)內(nèi)大斜度水平井尾管固井中存在變徑短節(jié)（兩種型號套管連接處）, 如果變徑短節(jié)在井斜較小的位置, 基本不影響牽引器使用, 一旦變徑短節(jié)位置井斜超過40°, 現(xiàn)有牽引器工藝就無法通過變徑短節(jié)處, 導(dǎo)致無法完成施工任務(wù)。

5 結(jié)論及建議

（1）與鉆具傳輸或存儲式測井工藝相比, 牽引器測井工藝具有施工風(fēng)險(xiǎn)低、測井成功率高、資料質(zhì)量可靠以及降低經(jīng)濟(jì)成本投入等優(yōu)點(diǎn), 今后可在西北油田工區(qū)測井施工中大范圍推廣；

（2）牽引器測井工藝受牽引器耐溫耐壓的限制, 不能滿足某些高溫高壓井的測井施工要求, 后期在儀器改進(jìn)方面, 建議提升儀器耐溫耐壓性能, 對儀器多進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn), 以提高牽引器測井施工的適用范圍；

（3）針對有變徑的套管牽引器工藝通過性問題, 一方面可以建議變徑短節(jié)位置上移至井斜較小位置, 另一方面可以針對牽引器動力部分再次改進(jìn), 提升牽引器工藝適應(yīng)性、通過性。