橋式濕接頭水平井測井工藝技術(shù)研究及應(yīng)用

張炳軍, 陳建波, 成軍軍, 李金剛, 任小虎, 楊新宏

(中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201)

0 引 言

鉆具輸送濕接頭水平井測井技術(shù)是目前各類大斜度井、水平井測井中運(yùn)用最成熟的技術(shù),施工要求測井時旁通不出表套[1],因此,在表層套管長度一定的情況下,水平段越長,對接測井次數(shù)越多。在長慶油田水平井測井應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),在對接次數(shù)大于4次,以及存在井涌、井溢風(fēng)險的復(fù)雜水平井進(jìn)行濕接頭測井施工時,存在水平段開泵循環(huán)對接成功率低、井控安全風(fēng)險大、時效低、成本高等一系列問題。

針對以上問題,提出了一種新的測井工藝方法,通過應(yīng)用新型橋式濕接頭[2]、柔性電纜連接器[3]等對接工具,規(guī)范施工工藝流程,形成了橋式濕接頭水平井測井工藝技術(shù),經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,取得良好效果。

1 常規(guī)濕接頭水平井測井現(xiàn)狀

長慶油田水平井測井主要有鉆具輸送濕接頭測井和過鉆桿存儲式測井2種,其中80%以上的水平井采用鉆具輸送濕接頭測井。對2013年315口和2014年286口油井水平井套管下深、濕接頭對接測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),水平段平均長度超過了950 m,而表層套管平均下深不到300 m,濕接頭測井平均對接槍次數(shù)達(dá)到4次(見表1)。

水平井測井時旁通不允許出表套,當(dāng)濕接頭對接點(diǎn)在大斜度段或水平段時,必須依靠連接方鉆具開泵加壓循環(huán)泥漿泵送母槍,

公母槍完成對接后拆

除方鉆桿,再進(jìn)行鉆具輸送測井[4]。對接次數(shù)與完鉆井深、對槍點(diǎn)深度、表層套管下深之間的關(guān)系是

Q=E+1

(1)

E=(H-a)/b

(2)

式中,Q為對接次數(shù);E為水平段長度與表層套管長度的比值,即水表比;H為完鉆井深;a為第1次對接點(diǎn)深度(井斜小于35°),b為表套長度。

當(dāng)水表比E>1時,需多次開泵加壓循環(huán)泥漿進(jìn)行泵送對槍。由表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,隨著對接次數(shù)的增加,測井一次成功率大幅下降?？偨Y(jié)分析認(rèn)為主要有4方面原因。

(1) 泵送對接對鉆機(jī)性能要求高。受對接點(diǎn)深度、泥漿比重、黏度及沉沙等影響,在水平段大于800 m的井中,為保障對接成功,泵送母槍的速度控制在3 600～5 400 m/h,泥漿泵泵壓應(yīng)不小于12 MPa,在實(shí)際施工中,因鉆機(jī)性能不穩(wěn)定,泵壓不夠使泵送速度達(dá)不到要求,導(dǎo)致對接失敗的概率達(dá)到15%以上。

(2) 在大斜度或水平段泵送對接時受井況及泥漿性能影響大。受重力影響,泥漿中雜物(如堵漏劑、巖屑、編織袋等)容易沉積,泵送時異物填埋公槍或進(jìn)入母槍內(nèi),造成對接失敗,甚至損壞工具,導(dǎo)致起鉆返工。例如固平××-××井,表套長232 m,水平段長1 134 m,井漏嚴(yán)重,泥漿中堵漏劑含量高,在水平段泵送對槍時,選用孔隙較大的泥漿濾網(wǎng),施工中連續(xù)5次泵送對接失敗,起出鉆具發(fā)現(xiàn)堵漏劑進(jìn)入母槍內(nèi),公槍損壞變形(見圖1)。采用常規(guī)濕接頭工藝測井耗時57 h無法完成測井,后改用過鉆桿存儲式測井,總耗時近80 h。

圖1 公槍損壞對比圖

(3) 泵送對接井控安全風(fēng)險高。開泵加壓循環(huán)泥漿容易導(dǎo)致井壁垮塌,致使井筒不暢,造成計劃外通井。據(jù)統(tǒng)計,泵送濕接頭水平井測井通井率達(dá)到了17%以上,平均通井耗時大于26 h,導(dǎo)致測井時間長、效率低,延長了完井周期。高壓泥漿流作用容易導(dǎo)致低壓層被壓漏,泥漿漏失,井筒壓力失衡造成井涌井噴事故。在超前注水區(qū),因井筒壓力大,部分井段需要重泥漿平衡,循環(huán)對槍使重泥漿流失,容易誘發(fā)井涌溢流事故。

(4) 泵送對接需鉆井隊緊密配合,工序多,耗時長,成本高。在大斜度段和水平段進(jìn)行對接時,每次對接都需要鉆井隊安裝泥漿濾網(wǎng)、接方鉆桿,開泵加壓循環(huán)泥漿,對接成功后拆除方鉆桿、泥漿濾網(wǎng),再進(jìn)行鉆具輸送測井,單次泵送對接耗時2 h以上,安裝和拆卸鉆具過程中,還存在井口處夾傷電纜的風(fēng)險[5-6]。

2 橋式濕接頭水平井測井技術(shù)

橋式濕接頭水平井測井技術(shù)是以鉆具輸送濕接頭測井技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合電纜短節(jié)對接法[7]提出的將對接點(diǎn)延伸至直井段,依靠工具重力、慣性對接,省略泵送對槍環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)水平井直井段多次對接的一種新的水平井測井工藝技術(shù)。

2.1 橋式濕接頭水平井測井原理

橋式濕接頭水平井測井是通過選用一段通斷絕緣良好的電纜短節(jié)(一端接柔性電纜連接器,便于在滾筒上攜帶電纜短節(jié);另一端接常規(guī)電纜連接器,連接母槍),在施工時,首先將下井儀器串通過鉆具輸送至對槍位置處(井斜小于35°),將連接好母槍的電纜短節(jié)與下井儀器串對接,完成一級對接后,將帶有柔性電纜連接器的電纜短節(jié)另一端與橋式濕接頭對接工具連接,使二級對接點(diǎn)延伸到直井段(見圖2),施工時無需開泵加壓循環(huán)泥漿,僅依靠工具重力、慣性實(shí)現(xiàn)濕接頭公、母槍對接,鉆具輸送完成測井。應(yīng)用時可根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、電纜短節(jié)長度等拓展為3級以上分級對接,實(shí)現(xiàn)超長水平段井無泵送多次對接測井。

圖2 橋式濕接頭水平井測井示意圖

2.2 關(guān)鍵技術(shù)及革新

橋式濕接頭水平井測井工藝技術(shù)核心是通過選取合適長度的電纜短節(jié),并合理應(yīng)用柔性電纜連接器、橋式濕接頭工具,使對接點(diǎn)始終保持在井斜小于35°的井段內(nèi)。

2.2.1 電纜短節(jié)長度計算方法

電纜短節(jié)長度是指連接橋式濕接頭與常規(guī)濕接頭之間的電纜長度。電纜短節(jié)的長度要根據(jù)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算,首先應(yīng)滿足35°井斜以下至井底的距離要小于35°井斜以上至井口距離,才能保證橋式濕接頭、常規(guī)濕接頭分別對接時均處于井斜小于35°的井段內(nèi)實(shí)現(xiàn)直井段多次對接。計算電纜短節(jié)長度時要加上每次對接測井時保證資料完整的曲線重復(fù)距離(不小于50 m)[8],結(jié)合實(shí)際得出電纜短節(jié)長度計算方法

H-a-b≤L≤a-100

(3)

式中,L為電纜短接長度;H為完鉆井深;a為第1次對接點(diǎn)深度(井斜小于35°);b為表套長度。

施工前首先要選擇通斷絕緣良好的電纜制作電纜短節(jié),根據(jù)井身結(jié)構(gòu)計算電纜短節(jié)長度,如井深3 500 m,表套300 m,井斜35°時井深為2 000 m,通過式(3)計算得出電纜短節(jié)選擇范圍為1 200≤L≤1 900 m。確定了電纜短節(jié)的長度后,將電纜短節(jié)用柔性電纜連接器連接上載到測井車的滾筒上。施工完成后將電纜短節(jié)卸載到便攜式滾筒上備用。

2.2.2 柔性電纜連接器的使用方法

柔性電纜連接器主要用于滾筒攜帶電纜短節(jié),和對槍時電纜連接器能安全順利通過天地滑輪(見圖3)。柔性電纜連接器是在電纜連接器外殼上加工“Ω”形間隙縫,每2段間可彎曲一定角度,4處“Ω”型縫組成一組,可使柔性電纜連接器彎曲度達(dá)到10°～15°,與滑輪槽緊密貼合,使電纜連接器在受力均衡的情況下通過天地滑輪,避免了應(yīng)用常規(guī)電纜連接器時出現(xiàn)的易折斷情況,可實(shí)現(xiàn)不中斷連續(xù)測井。

圖3 柔性電纜連接器示意圖

2.2.3 橋式濕接頭連接方法

橋式濕接頭由公槍短節(jié)和防轉(zhuǎn)短節(jié)2部分組成(見圖4)。公槍外壁設(shè)計有定位環(huán),用于連接公槍短節(jié)的外殼;防轉(zhuǎn)短節(jié)內(nèi)設(shè)計有防轉(zhuǎn)套,可避免外殼與鉆具連接時公槍一起旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電纜打紐。

圖4 橋式濕接頭示意圖

現(xiàn)場施工時,先將下井儀器、常規(guī)濕接頭工具的公槍總成連接于鉆具底部,開始下放鉆具。鉆具下深一般比電纜短節(jié)長度短8～15 m(該數(shù)據(jù)為經(jīng)驗數(shù)據(jù)),既方便電纜短節(jié)連接橋式濕接頭,又方便電纜短節(jié)超出鉆具長度部分電纜在連接后沉沒于鉆具水眼中。例如使用1 500 m電纜短節(jié),鉆具下深范圍1 485～1 492 m。鉆具下到預(yù)定位置后,將橋式濕接頭防轉(zhuǎn)短節(jié)接于井隊鉆具上,完成后開始對槍,對槍成功后用電纜卡將電纜座于井口,用游車提起橋式濕接頭的公槍短節(jié),將電纜短節(jié)上電纜連接器和公槍短節(jié)底部的下電纜連接器連接,完成后去掉電纜卡,將公槍短節(jié)與防轉(zhuǎn)短節(jié)連接,再將組合好的橋式濕接頭與鉆具連接。所有連接完成后,井隊下鉆到對接點(diǎn),將帶電纜連接器的電纜穿過1 m提升短節(jié)、旁通短節(jié)、電纜切斷器后與母槍連接[9]。用游車提起旁通組合與鉆具連接,下放電纜對槍,對槍成功后,按照濕接頭測井工藝完成測井。橋式濕接頭連接過程見圖5。

圖5 橋式濕接頭連接過程示意

3 施工流程

根據(jù)橋式濕接頭測井工藝特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)場測井作業(yè)要求,制定了現(xiàn)場施工流程(見圖6)。

4 應(yīng)用效果評價

2014年10月在長慶油田固平××-××井首次應(yīng)用橋式濕接頭水平井測井工藝技術(shù)進(jìn)行施工。該井井深2 898 m,水平段長1 248 m,1 520 m處井斜34°,選用1 530 m的電纜短節(jié),施工中均一次對接成功,水平段測井用時7 h,取得合格資料,較常規(guī)濕接頭測井工藝節(jié)約近3 h。

圖6 橋式濕接頭測井施工流程圖

目前已應(yīng)用橋式濕接頭工藝測井16口,對測井時效、作業(yè)一次成功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計,與2015年采用常規(guī)濕接頭工藝測的21口井進(jìn)行對比(見表2)。測1口水平井平均對接4次,單井節(jié)約占井時間3.8 h;對接4次以上的井測井一次成功率提高了17.7%。采用常規(guī)濕接頭工藝測的21口井,水平段通井4次,通井率19.05%,平均野外測井時間52.7 h;采用橋式濕接頭工藝測的16口井均未出現(xiàn)通井,平均野外測井時間39.5 h,節(jié)約了13.2 h。

與常規(guī)濕接頭測井技術(shù)相比,橋式濕接頭測井具有4個特點(diǎn)。

(1) 不受鉆機(jī)性能影響,施工適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。橋式濕接頭測井技術(shù)是通過合理利用新型濕接頭對接工具,使對接點(diǎn)始終保持在直井段,無需泵送對接,

規(guī)避了因泥漿泵壓不足造成的水平段對槍

失敗,甚至無法施工的情況?？蛇m用于不同鉆機(jī)性能的施工要求。

(2) 井況和泥漿性能對測井施工的影響因素大幅減少。無泵送直井段對接,規(guī)避了在大斜度段和水平段因循環(huán)泥漿造成的巖屑、堵漏劑等異物填埋對接工具的風(fēng)險,有效降低了起鉆返工的概率。

(3) 井控安全風(fēng)險低,測井安全性更好,效率更高。橋式濕接頭工具內(nèi)部公槍總成通過定位環(huán)與殼體相連,保障了鉆具水眼暢通,方便井控措施。施工時,對接均在直井段進(jìn)行,對于實(shí)施壓井作業(yè)或用高黏度泥漿保護(hù)垮塌井段的井無需接方鉆具開泵循環(huán)泥漿,避免了因泵送對接造成井涌、井溢、井眼垮塌等安全風(fēng)險。

(4) 省略泵送對槍環(huán)節(jié),工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化,效率效益顯著提高。省略了安裝泥漿濾網(wǎng)、接方鉆桿、開泵加壓循環(huán)泥漿等工序,與常規(guī)濕接頭測井相比,一次對接可節(jié)約近1 h,按平均對接4次計算,一口井可節(jié)約近4 h,測井時效明顯提高,同時可降低井口夾傷電纜的概率。另一方面,為鉆井隊節(jié)約了泥漿、油料、人工等成本。通常循環(huán)一小時泥漿燃油費(fèi)用約1 200元,平均一口井泵送4次,僅材料成本可節(jié)省6 000余元。

5 結(jié) 論

(1) 經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,橋式濕接頭測井技術(shù)能夠滿足表套短、水平段長、泥漿泵壓低、井控風(fēng)險高的復(fù)雜水平井測井施工要求,測井流程更加優(yōu)化,時效更高,成本更低,是一種新的水平井測井工藝技術(shù)。

(2) 新型對接工具橋式濕接頭與鉆具連接方便,電氣性能良好,符合測井需求。

(3) 柔性電纜連接器能夠順利通過天地滑輪,使電纜短節(jié)與作業(yè)隊電纜連接方便,便于攜帶,安全性能良好。

(4) 該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升了復(fù)雜水平井測井能力。

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