测井过程中扶正器及配套工具的选择

2012测井相关

随着油气田开发的深入进行及钻井技术的快速发展,大斜度井和水平井测井数量和项目必然会随之增加,加之常规测井仪器组合能力越来越强,从根本上保证了大斜度井和水平井的测井装备需求。如何用这些装备顺利完成大斜度井和水平井测井施工并取得合格资料,除过PCL工艺本身外,扶正器选择、辅助工具选择及仪器连接设计等也是一个非常重要的方面。

1、直井、斜井、大斜度井、水平井的定义

不同的人对于直井、斜井、大斜度井、水平井的定义和分类是不同的,为了更好地跟本文结合起来,采用以下的分类方法:

1)直井:    井斜为0°—10°, 测井施工没有问题;

2)斜井:    井斜为10°—45°,测井施工没有太大问题;

3)大斜度井:井斜为45°—65°,常规扶正器已经失效,需要合理的选择扶正器及测井辅助设备才能确保仪器自由下落并获得合格资料;

4)水平井:  井斜大于65°,必须使用水平井测井工艺。

2、大斜度井、水平井测井的施工设计

根据以上分类可以看到,大斜度井和水平井测井施工的主要问题是:选择合理的扶正器及测井辅助设备确保仪器在大斜度井能够自由下落,在水平井不损伤仪器,并控制仪器在井眼内的状态及运行轨迹,确保取得合格的测井资料。

2.1 常用的扶正器及测井辅助设备

目前测井常用扶正器有灯笼式弹簧扶正器、胶皮扶正器、Teflon扶正器、滚轮扶正器。

灯笼式弹簧扶正器主要用于直井和小斜度井测井,在仪器重量较小时,也可用于大斜度井。滚轮扶正器主要用于套管井,裸眼井由于井眼环境原因一般不使用。胶皮扶正器、Teflon扶正器主要用于大斜度井和水平井测井施工。合理地选用不同的扶正器和扶正位置,对于获得合格的测井资料至关重要(这在后边要结合测井辅助设备进行讨论),而且对仪器顺利下井、顺利测井也有影响。对于大斜度井,除了地质、泥浆、井筒等因素外,还有一个很重要的原因就是仪器扶正器和井壁的摩擦阻力。

摩擦系数 扶正器和地层
0.10 滚轮扶正器
0.30 Teflon扶正器
0.35 套管井中灯笼式弹簧扶正器
0.40 泥岩层灯笼式弹簧扶正器
0.60 泥岩层胶皮扶正器
0.80 仪器上附着的黏土和地层

表一:不同扶正器的摩擦系数

因此,选取摩擦系数较小的扶正器有助于大斜度井中仪器顺利下井,而且在上提过程中能减少井下张力,并避免由于摩擦力大造成仪器跳跃式运行对资料质量的影响。

常用的测井辅助设备有以下几种:

1)井下张力短节

井下张力短节能反映测井仪器在井下的所承受的压力或拉力情况,为操作人员判断区分电缆粘卡、仪器阻卡、钻具阻卡提供依据,尤其在水平井湿接头测井工艺中对井下仪器的保护至关重要。在水平井测井工艺中,使用井下张力短节时要注意和钻具的机械隔离,避免在通过曲率较大的井段时侧向受力损坏短节,因此一般在张力短节上方接柔性短节以改变仪器刚性长度。目前事业部在用的国产井下张力短节普遍存在准确的刻度问题,只能定性地指示仪器受力情况,对于操作人员准确判断有很大影响。

2)柔性短节、铰链

柔性短节、铰链可使仪器自由弯曲10°—20°,改变仪器的刚性长度,从而使仪器顺利通过曲率较大的井段而不致损坏。同时,合理地使用柔性短节,可以满足不同仪器各自的测量要求,获得可靠的测井资料。比如,在偏心测量和居中测量的仪器之间必须加柔性短节,才能确保资料质量。

3)旋转短节

旋转短节可以两个方向自由转动,能连接的仪器串的任何位置。当连接到仪器顶部时,可以隔离电缆、钻具与井下仪器之间的扭力,确保仪器不因电缆扭力或钻具转动而转动。在大斜度井、水平井测井时连接在带推靠、贴井壁测量的仪器顶部,并配合其它设备,如偏心器、推靠臂,能有效保证测量极板方向,获取可靠的测井资料。

4)偏心短节

偏心短节能够使仪器串中偏心短节以下部分的仪器的中心轴和重力偏离上面部分的仪器串和钻具3/4英寸。如果偏心短节和极板成一直线,并放置在同一居中的旋转短节下面,旋转短截以下的偏心仪器串由于重力作用发生旋转,使得极板转至井眼底侧,确保贴井壁良好。它主要用于大斜度井、水平井测井中带极板或推靠的仪器组合中。

5)导向胶锥(间隙器)

导向胶锥帮助仪器找到井眼轨迹,减少遇阻或仪器损坏的风险。间隙器用于仪器串的合适位置,可避免仪器在大斜度段的磨损。大斜度井、水平井测井需要很硬的永久性橡胶制作的导向胶锥(间隙器),否则容易撕裂。

2.2大斜度井、水平井测井设计时需要收集的资料

1)井深、套管深度、测量段;用于确定水平井测井对接次数及材料准备。

2)钻头尺寸、套管尺寸;以便确定扶正器尺寸、仪器最大刚性长度和旁通尺寸。

3)曲率半径、最大曲率、造斜点;用于确定仪器最大刚性长度及旁通下井深度。

4)最大井斜;有助于仪器串设计、并决定了泵下接头的施工设计。

5)钻杆尺寸、丝扣类型、最小内径;决定了钻杆和旁通、钻杆与公头外壳之间所需的转换接头的大小和丝扣类型,钻具最小水眼内径则决定通井规尺寸及母枪上扶正器尺寸。

6)测量项目;便于提早设计仪器串组合,并合理选择扶正器、测井辅助设备。

7)井下坏境、钻井过程中曾经出现的情况;有助于完善整个测井设计。

2.3 曲率半径及仪器最大刚性长度计算

有时钻井方并没有提供曲率半径或只提供了设计值,需要自己根据对方提供的井斜数据计算或验证实际的曲率半径值。计算公式如下:

R=360*(D2-D1)/2*3.14*∣θ2-θ1∣

其中:R 为曲率半径

D2、D1为选取的井斜变化最大处的深度

θ2、θ1 为D2、D1深度点的井斜数值

如果已知曲率半径R、钻头尺寸BIT、仪器最大外径OD,就可以计算仪器最大允许的刚性长度L(注意使用同一单位)。

L=2*[(R+BIT)2 -(R+OD)2]1/2

计算出仪器最大刚性长度后,则可以根据需要分配柔性短节,确保仪器安全。

2.4常见仪器在大斜度井、水平井测井时扶正器、辅助工具的选择

1)声波类仪器

声波类仪器主要是居中测量方式,因此只需要选择适当的扶正器即可。在直井和小斜度井中选用灯笼式弹簧扶正器效果很好,同时可以与胶皮扶正器配合使用。但是在大斜度井和水平井中由于弹簧扶正器失效,则主要依靠胶皮扶正器。Teflon扶正器由于比较硬,虽然摩擦力较小,但是和地层摩擦会产生噪声,影响声波采集,因而一般不用。扶正器位置一般选择在声系两端,不要在声系中间添加,扶正器尺寸小于钻头尺寸1英寸即可。对于偶极子声波来说,仪器居中要求更高一些,因此可适当增加扶正器数量。对于声成像仪器来说,居中要求更高,扶正器尺寸应该更大一些,以小于钻头尺寸0.5英寸为好。为了保护扫描探头和井壁接触造成损坏,应在其上部紧挨着固定胶皮扶正器,同时紧挨着再配合使用弹簧扶正器。需要注意的是,交叉偶极子声波和声成像仪器经常需要和方位短节同时测量,所以在这两种仪器和方位短节之间绝对不能添加旋转短节和柔性短节,以防止井斜、方位、相对方位不能反映真实情况。

2)偏心测量的仪器(指测量探头偏心)

偏心测量的仪器主要有密度、中子、微球、微电极等,由于每种仪器情况不同,也要分别对待。密度仪器由于推靠臂和探头张开后可以联动,而且贴井壁的探头比较重,而推靠臂很轻,因此在密度仪器上部加旋转短节于电缆或其它仪器隔离(与其它仪器组合时上面再加上一柔性短节),依靠重力及推靠臂的作用,探头自然向下转动,而推靠臂则向井眼上部寻求最大伸展空间,确保探头向下贴井壁。也可以自下而上利用偏心短节、旋转短节组合达到探头向下定位的目的,注意偏心短节的方向要和密度探头方向一致。补中仪器一般与密度组合,所以也可以轻易做到偏心测量,在单测时,由于偏心器的作用(类似于密度推靠臂)也能贴到井壁。微球仪器的推靠和密度不同,推靠臂与极板不能联动,加之重量相差不多,所以极板定位很难,只有尽量保持仪器轴心居中,才能获得较好的测量效果。今年来由于气田开发需要,每年都有气井定向井,我们采用在微球仪器推靠上方加胶皮扶正器的方法获得了比较好的测量效果,有时使用补中偏心器效果也不错。微电极、井径仪器的情况和微球类似,也可以使用同样的方法。

3)感应仪器、侧向仪器、电成像仪器

这类仪器在大斜度井和水平井施工时还是主要依靠胶皮扶正器或Teflon扶正器来达到居中测量的目的,同时也可以保护仪器外壳或扫描极板因摩擦损坏,扶正器尺寸以小于钻头尺寸1英寸为宜。同交叉偶极子声波和声成像仪器一样,电成像需要和方位短节同时测量,所以仪器和方位短节之间绝对不能添加旋转短节和柔性短节。

4)核磁共振仪器

核磁共振仪器在大斜度或水平井施工时使用专用的Teflon扶正器,分别加在探头的上下两侧,可以保证仪器居中并保护探头不受磨损。同时还需要注意以下问题:

由于核磁共振仪器探头部分不能承受很大的扭力,所以应该在仪器串中加旋转短节,尤其钻具输送测井时必须添加。

探头和电子线路之间不能添加柔性短节,因此仪器最大刚性长度会比较大,并且在计算最大刚性长度时仪器外径要包括耐磨保护套外径。

核磁共振仪器工作电压达到600伏,因此所有添加的辅助设备必须事先经过耐压检查,确保无误后再接入。

4.结论

1)合理的选取扶正器及其它测井辅助设备对于顺利完成测井施工、取得合格资料至关重要,尤其在大斜度井、水平井测井施工中更是如此。在作测井设计时要尽量考虑周全。

2)在实际生产过程中要善于总结经验,并加强交流,充分利用各种辅助设备,才能使我们的测井工艺得到发展。

3)在大斜度井、水平井测井时,由于地层不再是测量段、围岩在仪器移动方向上的响应模式,也不再是对称的冲洗带、侵入带、原状地层的解释模式,所以现场资料的验收及测井解释需要进行相应的研究。