南海東部電纜地層測(cè)試儀器井下遇卡原因分析與應(yīng)用

周 全，王顯南，尹 璐，吳樂(lè)軍

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，河北廊坊 065201；2.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000)

近幾年，隨著南海東部測(cè)井作業(yè)量不斷攀升，儀器在井下遇卡的現(xiàn)象已屢見(jiàn)不鮮，有因井壁掉塊導(dǎo)致的硬卡，也有因儀器貼靠泥餅導(dǎo)致的粘卡，尤其是在復(fù)雜井況的裸眼井中，儀器遇卡的概率更是成倍增加，每年因處理該類(lèi)事故都會(huì)耗費(fèi)大量作業(yè)時(shí)間，這在很大程度上增加了作業(yè)成本。國(guó)內(nèi)外很早就對(duì)測(cè)井儀器遇卡原因進(jìn)行過(guò)研究，早在1961年，Annis等人就指出測(cè)井儀器在井下的停留時(shí)間并非儀器與井壁發(fā)生粘卡的主要原因，若在其他條件不變的情況下，要將儀器粘卡風(fēng)險(xiǎn)減半，停留時(shí)間需減少95%，這對(duì)認(rèn)識(shí)儀器粘卡的因素和機(jī)理有很大的借鑒作用；此后，W.B Underhill等人又將測(cè)井儀器遇卡的機(jī)制分為三大類(lèi)：壓差卡、機(jī)械卡及地層因素卡；國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為造成儀器遇卡的因素主要有井眼環(huán)境、泥漿性能、鉆井液柱與地層之間的壓差以及井壁掉塊等[1-4]。

當(dāng)然，不同區(qū)域也存在差異，文中主要以南海東部近幾年電纜地層測(cè)試作業(yè)的資料為樣本，對(duì)儀器遇卡原因進(jìn)行系統(tǒng)分析。從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)復(fù)雜情況的31井次中，僅儀器遇卡占比就超過(guò)50%，其中尤其以電纜地層測(cè)試作業(yè)遇卡率最高，約占總遇卡量的64%。而該測(cè)井項(xiàng)目作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層和識(shí)別流體性質(zhì)最直接有效的手段[5]，常作為必測(cè)項(xiàng)目，因此，為了降低測(cè)井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，有必要重點(diǎn)對(duì)電纜地層測(cè)試儀器遇卡原因進(jìn)行深入分析，以便找到有效的應(yīng)對(duì)措施。

1 電纜地層測(cè)試儀器遇卡原因分析

通過(guò)對(duì)80余井次電纜地層測(cè)試作業(yè)進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn)，發(fā)生儀器遇卡共計(jì)9井次，約占作業(yè)總量的10%。綜合分析地質(zhì)、工程及測(cè)井資料，總體上可將儀器遇卡原因歸納為地質(zhì)因素、井眼環(huán)境因素及綜合因素。

1.1 地質(zhì)因素

在所有相關(guān)的地質(zhì)因素中，區(qū)塊、層位及巖性對(duì)儀器遇卡的影響相對(duì)較大，研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)平、西江及陸豐區(qū)塊的儀器下井遇卡率最高，均大于25%；其次為流花和白云區(qū)塊，儀器遇卡率約占10%，其他區(qū)塊的遇卡率則相對(duì)較低(圖1)。研究還發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生儀器遇卡的這些井中，絕大多數(shù)都發(fā)生在文昌組地層。另外，通過(guò)分析地層巖性與儀器遇卡的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，巖性對(duì)儀器遇卡的影響主要表現(xiàn)在上部煤層的發(fā)育程度，由于井下煤層通常節(jié)理、割理發(fā)育，本體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都較低[6-7]，經(jīng)過(guò)儀器碰撞或電纜剮蹭后容易發(fā)生坍塌掉塊，倘若儀器與井壁的間距較小，很容易因井壁掉塊導(dǎo)致儀器遇卡，從統(tǒng)計(jì)的案例來(lái)看，在儀器遇卡的9井次中，有兩井次均為煤層掉塊導(dǎo)致。

圖1 不同區(qū)塊儀器遇卡率對(duì)比

1.2 井眼環(huán)境

井眼環(huán)境包含的因素較多，通過(guò)對(duì)樣本案例井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，井型、井斜、井眼尺寸及泥漿比重與電纜地層測(cè)試儀器遇卡有較強(qiáng)的相關(guān)性。其中井型的影響主要表現(xiàn)在定向井中發(fā)生儀器遇卡的概率遠(yuǎn)高于直井，而在這些定向井中，儀器所處井段的井斜大小又與遇卡率呈正相關(guān)關(guān)系，即井斜越大，儀器遇卡風(fēng)險(xiǎn)越高。研究還發(fā)現(xiàn)，不同井眼尺寸中的儀器遇卡率也存在較大差異，在收集的311.15 mm和215.90 mm井眼案例中，儀器遇卡均發(fā)生于215.90 mm井眼，且這些井中的泥漿比重均大于1.28 g/cm3，而黏度、失水等泥漿性能參數(shù)則與儀器遇卡沒(méi)有明顯的相關(guān)性。

1.3 綜合因素

由于井下環(huán)境復(fù)雜，往往儀器遇卡并非是單一因素導(dǎo)致的，而是由多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，比如在尺寸相對(duì)較小的井眼中，若采用較大外徑的儀器作業(yè)，一旦發(fā)生井壁掉塊，將大大增加儀器遇卡的風(fēng)險(xiǎn)，為此，經(jīng)過(guò)大量綜合因素的分析對(duì)比，認(rèn)為儀器的粘卡風(fēng)險(xiǎn)與儀器所在滲透段的位置、儀器外徑與井眼尺寸相對(duì)大小，以及測(cè)點(diǎn)井斜、壓差等綜合因素有較好的相關(guān)性。

滲透層段的影響主要來(lái)自于泥餅和壓差。一般說(shuō)來(lái)，在泥漿性能不變的情況下，地層滲透性越好，徑向滲流效應(yīng)越顯著，固相顆粒越容易在井壁堆積形成泥餅[8-14]，當(dāng)儀器偏心導(dǎo)致其與井壁泥餅相接觸時(shí)，因受井筒內(nèi)泥漿柱壓力和地層壓力差的影響，會(huì)增大儀器貼靠井壁的附著力，且隨著井斜加大，儀器重量在垂直井壁方向上的分量也會(huì)隨之增加，即儀器貼靠井壁的力度加大。通過(guò)對(duì)比不同測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)發(fā)現(xiàn)，儀器所處滲透段長(zhǎng)度占儀器長(zhǎng)度60%以上時(shí)，儀器遇卡風(fēng)險(xiǎn)明顯提高，且井斜、壓力差越大，粘卡風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加(圖2)。由此看來(lái)，儀器所處滲透層段的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，儀器與泥餅接觸的風(fēng)險(xiǎn)越大，這也從一定程度上反映了儀器與泥餅的接觸面積對(duì)儀器粘卡有較大影響。

圖2 滲透層段對(duì)儀器遇卡率的影響

儀器外徑與井眼尺寸相對(duì)大小指儀器最大外徑與井徑的比值。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)比值越接近1時(shí)，遇卡風(fēng)險(xiǎn)越大，特別是在井壁容易坍塌掉塊的井中，發(fā)生儀器遇卡的概率會(huì)明顯上升，圖3可見(jiàn)，遇卡點(diǎn)的儀器最大外徑與井徑比值均超過(guò)0.6，而其中因井壁掉塊導(dǎo)致儀器遇卡的兩口井，比值均超過(guò)0.9，可見(jiàn)相對(duì)外徑對(duì)儀器遇卡的影響不可忽視。

圖3 儀器外徑對(duì)儀器遇卡率的影響

井斜、壓力差、泵抽時(shí)間影響：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，普遍認(rèn)為井斜、壓差及電纜地層測(cè)試泵抽時(shí)間對(duì)儀器遇卡均有一定影響，為此，文中針對(duì)不同類(lèi)型取樣點(diǎn)的各參數(shù)進(jìn)行了交會(huì)圖相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)取樣點(diǎn)處井斜越大，且同時(shí)伴隨著高壓差(大于7.6 MPa)時(shí)，儀器的遇卡風(fēng)險(xiǎn)越高，而泵抽時(shí)間則與儀器遇卡沒(méi)有明顯的相關(guān)性(圖4)。

圖4 井斜、壓差及泵抽時(shí)間對(duì)儀器遇卡的影響(圓點(diǎn)半徑越大，表示泵抽時(shí)間越長(zhǎng))

2 實(shí)例應(yīng)用

以LF13區(qū)塊某井為例，該井情況較復(fù)雜，計(jì)劃測(cè)井項(xiàng)目為測(cè)壓取樣和井壁取心，參考前文可能造成儀器遇卡的影響因素，本井風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要來(lái)源于：①作業(yè)段處于陸豐區(qū)塊文昌組地層，屬于發(fā)生儀器遇卡事故的高發(fā)區(qū)塊和層位；②本井為215.90 mm井眼，井深4 289 m，最大井斜23°，井底溫度為154 ℃；③泥漿密度1.47 g/cm3，預(yù)測(cè)的鉆井液和地層壓差為14.5 MPa，均較高；④設(shè)計(jì)取樣點(diǎn)砂巖層厚度大。綜合分析認(rèn)為，本井進(jìn)行取樣作業(yè)發(fā)生儀器遇卡的風(fēng)險(xiǎn)較高，由于井眼環(huán)境本身屬性無(wú)法改變，經(jīng)綜合考慮后，決定使用外徑更小的MDT儀器，同時(shí)考慮到井況復(fù)雜，不利于儀器在井下長(zhǎng)時(shí)間停留，將原本設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)較高的取樣作業(yè)計(jì)劃推后，決定先只進(jìn)行測(cè)壓作業(yè)，待通井改善井眼環(huán)境后再進(jìn)行取樣作業(yè)。在后續(xù)的作業(yè)過(guò)程中，第一趟測(cè)壓作業(yè)較為順利，而在按計(jì)劃進(jìn)行第2趟大井壁取心作業(yè)時(shí)，儀器在3 800～3 840 m井段頻繁出現(xiàn)阻卡，于是第3趟更換更細(xì)的常規(guī)旋轉(zhuǎn)井壁取心儀器，收獲32顆壁心；緊接著作業(yè)人員對(duì)該井進(jìn)行通井處理，待井眼環(huán)境改善后，進(jìn)行了第4趟MDT取樣作業(yè)，同時(shí)在取樣點(diǎn)附近進(jìn)行了儀器粘卡實(shí)驗(yàn)，最后成功在設(shè)計(jì)深度取到地層流體樣品，期間沒(méi)有發(fā)生儀器粘卡情況。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)南海東部歷年測(cè)壓取樣井資料的分析，明確了南海東部測(cè)壓取樣儀器遇卡的主要因素，包括地質(zhì)因素、井眼環(huán)境因素及綜合因素，其中地質(zhì)因素包括作業(yè)區(qū)塊、地層層位及巖性等，井眼環(huán)境因素包括井眼尺寸、井斜及泥漿密度等，綜合因素包括儀器外徑與井眼尺寸相對(duì)大小、儀器與滲透層接觸面積等。

(2)將研究成果應(yīng)用于實(shí)際井中，提前評(píng)估了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的存在，并根據(jù)實(shí)際情況在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下對(duì)儀器類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)調(diào)整了取樣作業(yè)順序，保證了作業(yè)的順利進(jìn)行。研究成果對(duì)于提前判斷儀器下井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。