隨鉆測井ADN放射源應用及打撈方法分析

崔自強，朱晨明

（中海油田服務股份有限公司，天津 300457）

0 引言

放射源測井是一項特殊的作業，在石油勘探過程中，放射性測井在分析地層的元素組成、確定地層孔隙度、劃分地層巖性等方面發揮了重要作用[1-2]。但是由于放射源的特殊性，對環境和生物的危害較大。因此，涉及放射源的作業都是特殊作業，需要高度重視。在放射性測井帶源作業前，需對作業井的基本情況及作業環境熟知并調研，做好防范預案。

1 放射源打撈作業的背景

油田開發生產過程中產生的放射性污染主要來源于放射源落井，其發射出的伽馬射線和中子射線會對人體產生嚴重的傷害，對生態環境也會造成極大的破壞，因此放射源的打撈預案是十分必要的[3]。放射源能否進行打撈作業，與儀器的結構和設計有關，本文以具備打撈設計的斯倫貝謝ADN工具為例，介紹打撈作業中需要注意的事項。某井12-1/4"井段，鉆進至3 306 m中完井。在起鉆過程中，測井鉆具組合長起至1 274.73 m遇阻（1 245～1 272 m測點狗腿2.6°，1 258～1 283 m為旋轉井段），司鉆過提20 t左右（正常上提71 t，中和懸重68 t，最高提至91 t），后下壓至30 t左右，發生卡鉆事故，活動空間1 274.73～1 275.69 m，開泵正常，正常循環，泵壓穩定，鉆具無法轉動（開轉蹩停頂驅）。該井井下放射性測井工具為：8-1/4"ADN，密度源為CS-137，活度為1.7 居里；中子源核素為Am-Be241，活度為10 居里。放射源打撈設計打撈工具，井下儀器組合，打撈絞車負載等問題。

2 放射性測井工具

在隨鉆測井中，放射性測井是以地層和井內介質的核物理性質為基礎的地球物理方法。測井時，用探測器在井中連續測量由天然放射性核素發射的或由人工激發產生的核射線，以計數率或標準化單位記錄射線強度隨深度的變化，也可直接轉換成測井分析所需要的地球物理參數，以更直觀的形式進行記錄。

2.1 ADN工具簡介

ADN是斯倫貝謝方位密度和中子孔隙度儀器的簡稱，可測量地層的密度和孔隙度、光電指數等。

ADN的測量值對地層評價具有重要意義，可以得出地層密度、中子及井眼超聲波等參數，得到比較合理的體積孔隙度，進行定性的地層評價[4]。同時，成像導出密度、井眼校正中子孔隙度，超聲波井徑和密度測量井徑作為ADN工具在密度、中子和井徑測量方面的高級測量產品，已得到廣泛應用。

在ADN工具旋轉時將整個井眼劃分成均勻16個扇區，密度探測器所測量數據被編譯寫入這些扇區中。中子傳感器負責讀取中子數據，數據分為整體平均值和4個象限的平均值。超聲波數據也是象限性的平均讀值。

2.2 基本理論

2.2.1 密度測量原理

ADN密度測量原理與電纜的測量原理類似，采用Cs137伽馬源與2個碘化鈉晶體探測器測量（分為長距離和短距離）。測井放射源發射伽馬射線，經過地層衰減后返回射線探測器。傳感器按照伽馬射線的能量進行分類。每個能量級別區間記錄不同的數量，因此，每個能量區間可反映出地層的某種屬性和特征，如體積密度和光電指數。利用長短距離兩個探測器的數據進行井眼補償，校正擴徑或者非光滑井壁的影響，給出可靠的密度數據。密度的環空間隙校正利用脊-肋校正圖補償技術，使得即便環空間隙增至最高25.4 mm時仍能確保密度值的準確性。

2.2.2 中子孔隙度測量原理

ADN工具中子孔隙度測量利用強度10居里的Am241-Be镅鈹中子放射源和兩排氦3探測器來測量地層中子孔隙度。AND可以測量整體平均性和方向性地層中子孔隙度。中子源向地層發射高能量中子束，與地層發生作用，中子束減速，能量降低，達到熱中子量級，熱中子隨后被氦3探測器所探測。遠近距離兩組探測器對地層中返回中子計數，通過遠近探測器數值的比率計算孔隙度。

2.2.3 中子、密度源結構

ADN工具的放射源設計為帶打撈頭結構，為作業中的險情處理和打撈提供依據，便于打撈矛抓緊。中子源和密度源的結構決定了其可打撈，放射源安裝前后要對放射源進行檢查，維保人員也要對放射源進行定期的維護，保證在現場操作的可行和安全，中子、密度源內部結構如圖1所示。

圖1 中子、密度源內部結構圖

3 打撈過程的處理和分析

3.1 計算打撈落魚位置

鉆具組合：鉆頭位置1 255.35 m，落魚位置的井斜為42°，中子源距離鉆頭位置22.34 m，密度源離鉆頭位置19.95 m，打撈頭到鉆頭位置22.29 m。放射源位置信息如表1所示。

表1 放射源位置信息

3.2 打撈工具尺寸核算

打撈工具外徑必須小于井下鉆具的內徑尺寸，井下鉆具的尺寸如表2所示。

表2 井下鉆具內徑尺寸

由表2可知，打撈工具可通過鉆具內徑，滿足打撈條件。

3.3 打撈工具

為使打撈工具順利下到鉆具中放射源的位置，放射源以上鉆具的最小內徑來調整打撈工具上Centralizer的橡膠棒尺寸，鑒于最小內徑是7.13 cm，將橡膠棒調整到6.98～7.11 cm。

打撈工具串為絞車托撬電纜頭+SLB電纜頭轉換接頭(Xover)＋4根加重桿(Sinker Bar或Heavy weight bar)＋JAR(震擊器)＋Centralizer with rubbers(橡膠扶正器)＋Overshot(打撈頭)。打撈BHA從下到上如圖2所示。

圖2 打撈BHA從下到上

打撈工具尺寸如表3所示，打撈矛和扶正器短節如圖3所示。

表3 打撈工具串信息

圖3 打撈矛和扶正器短節

3.4 打撈拉斷力計算

放射源打撈成功時，打撈頭部分的安全銷被固定在儀器中，安全銷的拉斷力要大于8 006 N，故絞車拉斷力需提供下放電纜重量和打撈工具串之和后附加上8 006～8 896 N的拉力，通過計算得出8 mm電纜的最大拉斷力為24.46 kN，滿足此次放射源的打撈作業條件。

打撈前工程師需重新制作電纜頭，按照要求進行電纜的曲繞試驗，電纜頭為外層12根鋼絲，內層3根鋼絲電纜頭。

3.5 絞車就位

在作業過程中，絞車負載需滿足重量需求，提前進行固定和加固。作業由于條件限制絞車就位于多排套管之上，為保障絞車的負載滿足要求，保證作業安全，作業前需將絞車進行了固定。

3.6 打撈工具入井前準備工作

3.6.1 天滑輪的高度和強度固定

作業中天滑輪和導輪均使用大滑輪，并用安全銷進行固定。天滑輪高度應考慮到打撈工具的總長、遇卡點鉆臺鉆具高度、天滑輪懸掛方式與放射源入罐的安全措施。

3.6.2 井口操作注意事項

將鉆桿接箍盡量放低并做卡，這樣既有利于打撈工具進出鉆桿，還能更好控制放射源出鉆桿后的晃動，避免因意外碰撞導致墜落和泄漏；放射源箱的位置，應便于放射源的及時就位，最大限度地減少輻射劑量。清空鉆臺，做好井口防護，對井口的孔洞進行遮擋，防止出井放射源掉落孔洞。

3.7 打撈作業過程

放射源打撈示意圖如圖4所示。

圖4 放射源打撈示意圖

3.7.1 下放打撈工具

預案分析：若打撈工具懸掛在鉆桿中無法下放，則上提至少30 m，嘗試不同的速度快放。執行過程：鉆臺組合好打撈工具開始下放，在鉆桿臺面清零，量好鉆臺面鉆桿長度，下放電纜速度在20 m/min以內，并做好張力記錄。儀器井口初始張力為289 N，下放到1 000 m張力增長到890 N左右；再以10 m/min下放至放射源打撈位置，張力迅速下降至400 N，稍作停留，開始緩慢上提電纜，張力逐漸增大至4.2 kN，隨后瞬間張力減少至1.15 kN，放射源同儀器，本體固定裝置分離成功。隨后以5 m/min速度上提電纜過加重鉆桿后，再以10 m/min速度上提至井口。作業中發現此次安全銷的剪斷力小于計算的額度，分析原因為打撈管串缺乏定期維護造成，在實際準備中加強安全工作的管理，防止因此造成重大安全事故發生。

3.7.2 安全廣播，拆卸放射源

待起至距離鉆臺200 m處，進行廣播，無關人員遠離，遵循時間、距離和防護。放射源出井前，測量井口放射性強度，并做好記錄；待放射源出井后，作業人員將打撈矛上端固定放射源的安全銷拔掉，放射源整體落入罐內。放射源井入罐后，及時測量罐內放射性強度，并做好記錄。

4 結語

放射源作業被列為鉆井工程安全防范的重中之重，事關企業的安全發展，保護環境和人員的生命財產安全應慎之又慎。在放射性測井過程中，由于各種原因，儀器會卡死在井中[5]。放射源打撈不上來，影響資源開發，導致財產損失；或不慎將放射源損壞而致使放射元素泄漏，都可能對周圍環境造成放射性污染。若防護不當，現場人員當時就可能受到放射性傷害。因此如何打撈放射源的意義重大。探究打撈作業為安全生產敲響了警鐘，也為國產中子密度儀器的改進提供很好的借鑒意義。