東海水平井大斜度段電測(cè)固井質(zhì)量方法探索

黃 召，張 峰，葉俊放，張海山，廖江東，丁建平

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中國(guó)石油化工集團(tuán)上海海洋石油局，上海 200120）

東海水平井大斜度段電測(cè)固井質(zhì)量方法探索

黃 召1，張 峰1，葉俊放2，張海山1，廖江東1，丁建平1

（1. 中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中國(guó)石油化工集團(tuán)上海海洋石油局，上海 200120）

為了提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度，東海較多水平井除開(kāi)采水平段外，還要對(duì)上部?jī)?chǔ)層段進(jìn)行開(kāi)采，該段往往井斜較大，開(kāi)采方式為9-5/8"套管內(nèi)射孔作業(yè)，為了精細(xì)化射孔層段及提高射孔質(zhì)量，需要對(duì)射孔段進(jìn)行電纜測(cè)固井質(zhì)量作業(yè)。而電測(cè)井段位于該類水平井的大斜度段，電纜測(cè)井儀器下入到位困難。通過(guò)對(duì)電測(cè)儀器進(jìn)行受力分析，采取提前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)及儀器串上加裝滾輪扶正器等措施，成功進(jìn)行了兩口井的電測(cè)固井質(zhì)量作業(yè)，兩井儀器下放深度及井斜分別為3 800 m井深77°、3 900 m井深76°。

東海；水平井；大斜度；電測(cè)固井質(zhì)量

1 背景

東海油氣田A、B兩生產(chǎn)井除開(kāi)發(fā)水平段油氣外，還需對(duì)上部9-5/8"套管大斜度段進(jìn)行射孔開(kāi)發(fā)，為確保射孔開(kāi)發(fā)井段的固井質(zhì)量良好，需對(duì)其進(jìn)行電纜測(cè)固井質(zhì)量作業(yè)[1]，通過(guò)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)優(yōu)化射孔井段。由于本次作業(yè)兩口井井斜達(dá)到77°，儀器自然下放阻力較大，且在井眼大斜度穩(wěn)斜段易堆積泥漿的殘留物，也會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生較大阻力，使得儀器難以下放到目標(biāo)深度。

電纜測(cè)固井質(zhì)量時(shí)，要使電測(cè)儀器下行，必須克服電測(cè)儀器與套管內(nèi)壁間的摩擦力、電纜上提力、鉆完井液浮力、鉆完井液對(duì)儀器及電纜粘力等多種阻力[2]。隨著井斜角的增大， 儀器靠自身重力克服各種阻力下入到位的難度越來(lái)越大[3]。為使電測(cè)儀器順利到位，需在增大儀器的下行力和減小儀器所受阻力兩方面來(lái)進(jìn)行分析研究。

本文通過(guò)對(duì)電測(cè)儀器進(jìn)行受力分析，提出一系列有利于儀器下行的技術(shù)措施，最終使得東海這2口井的電測(cè)儀器順利到位，電測(cè)深度和井斜分別為3 800 m和 77°、3 900 m和76°，取全取準(zhǔn)了電測(cè)資料，單井節(jié)約成本80余萬(wàn)元。

圖1 電測(cè)儀器串在井內(nèi)狀態(tài)圖

2 大斜度井段電纜測(cè)井措施分析

2.1 減小儀器下行阻力

電測(cè)儀器下行需要克服與套管壁的摩擦力、電纜上提力、鉆完井液浮力、鉆完井液對(duì)儀器及電纜粘力等多種阻力，所以要減小電測(cè)儀器的下行阻力需對(duì)以上各阻力進(jìn)行分析研究，以得出減小各阻力措施方法[4]。

2.1.1 減小儀器與套管內(nèi)壁的摩擦力

（1）提前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)。

鉆井過(guò)程中，巖屑及泥漿添加劑等固體顆粒會(huì)沉淀吸附在套管內(nèi)壁上[5]，阻礙電測(cè)儀器下行，使其難以下到要求深度。為此，需在測(cè)井作業(yè)前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)，通過(guò)大排量循環(huán)洗井液和刮管器、鉆柱的攪動(dòng)有效去除套管內(nèi)附著巖屑等物質(zhì)，極大地減小電測(cè)作業(yè)中對(duì)測(cè)井電纜及儀器串的摩擦阻力。

（2）完善儀器串，安裝滾輪扶正器。

通過(guò)在儀器串上加裝的四臂滾輪扶正器，使儀器與套管壁之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小了摩擦系數(shù)。其次，根據(jù)電測(cè)儀器本體剛性及外徑等參數(shù)，合理調(diào)整兩扶正器間的距離L（圖1），使兩個(gè)滾輪扶正器之間的儀器本體少接觸或不接觸套管內(nèi)壁，最大程度減小扶正器之間儀器串本體與套管壁的接觸面積和垂直于套管壁的力F（圖1），從而減小儀器所受摩擦阻力。

2.1.2 減小電纜上提力

電測(cè)儀器下行時(shí)受到電纜上提力的影響，通過(guò)減小電纜上提力提高電纜下放速度，以增大電纜下行的慣性力。由于電測(cè)作業(yè)前已進(jìn)行過(guò)刮管洗井作業(yè)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攪動(dòng)和沖洗，井眼得到有效清潔，為電纜的快速下放提供了安全保障。通過(guò)提高電纜下放速度（儀器下放時(shí)，速度穩(wěn)定在50 m/min內(nèi)，下放過(guò)程中，不遇阻的情況下速度保持在接近50 m/min），且中途沒(méi)有特殊情況不要停車，保證儀器下放速度勻速，利于保持恒定而充足的慣性力，直到下至電測(cè)要求深度。

2.1.3 減小鉆完井液浮力

通過(guò)降低鉆完井液密度，可減小鉆完井液對(duì)電測(cè)儀器產(chǎn)生的浮力，減小了下行阻力，有利于儀器的順利下入。但由于為水平井，且水平裸眼段與上部井眼未進(jìn)行封隔，所以刮管洗井后替入的完井液密度與鉆井液密度相當(dāng)，密度未得到降低。但對(duì)于大斜度定向井，下完生產(chǎn)套管并固井候凝完成后，或水平裸眼段與上部井眼得到有效封隔的水平井，可采取替入海水的方法，降低鉆井液密度，減小電測(cè)儀器所受浮力，減小下行阻力。

2.1.4 減小鉆完井液對(duì)儀器及電纜粘力等多種阻力

對(duì)于已經(jīng)轉(zhuǎn)入完井作業(yè)的井，測(cè)井作業(yè)前全井筒已經(jīng)替入了完井液，且完井液相對(duì)鉆井液其黏度較低，在電測(cè)儀器下行時(shí)，完井液對(duì)儀器及電纜的粘阻力較小，有利于儀器下放到位。

2.2 增大儀器下行動(dòng)力

2.2.1 安裝加重塊增大儀器下行動(dòng)力

為增大儀器下行動(dòng)力，可考慮在儀器串中安裝加重塊來(lái)增大平行于井壁的重力分量，但相應(yīng)的垂直于井壁的重力分量亦增大，使得儀器所受摩擦阻力增大。當(dāng)井斜較小時(shí)，重力平行分量相比垂直分量要大很多，加重塊帶來(lái)的下行動(dòng)力要大于其產(chǎn)生的摩擦阻力，是利于儀器下行的；但由于電測(cè)井段井斜較大，當(dāng)井斜角大于一定值后，加重塊所受的摩擦力大于其受到的下行動(dòng)力，則不利于儀器的下行。

由圖2可知，井斜角為α，摩擦系數(shù)為u，則加重塊所受的摩擦力（u×mg×sinα）大于等于平行于井壁的下行力（mg×cosα）時(shí)，則加重塊不利于儀器下行。

由公式：

圖2 加重塊受力分析圖

u 取0.25，則0.25×sinα≥cosα，計(jì)算出α≥ arctan4 ≥ 75.96°

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，當(dāng)井斜α≥75.96°時(shí)，摩擦力大于下行力。以上為理論計(jì)算，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，由于套管內(nèi)壁殘留物及鉆完井液等會(huì)大大增加摩擦系數(shù)，儀器在套管內(nèi)的最大下入井斜一般在50～60°左右。由于本次電測(cè)深度處井斜高達(dá)76°，故本次儀器串中并沒(méi)有試圖通過(guò)安裝加重塊的方法來(lái)增大儀器下行動(dòng)力。

2.2.2 安裝爬行器增大儀器下行動(dòng)力

若采取上述各項(xiàng)措施后，仍無(wú)法將電測(cè)儀器下放到位，則采用在儀器上加裝爬行器的方法（圖3）使儀器下放到位。

圖3 爬行器儀器串

爬行器爬行原理：爬行器的兩對(duì)臂依靠電機(jī)和穿過(guò)其中的傳動(dòng)軸來(lái)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸，使臂上的傘齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使臂內(nèi)的鏈條帶動(dòng)臂上的爬行輪轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)齒狀爬行輪以合適的尺寸推靠在套管壁上，爬行輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠靜摩擦力帶動(dòng)井下儀器可以進(jìn)行上行、下行地移動(dòng)。爬行器的臂也可以根據(jù)套管井徑的大小匹配不同的尺寸。

2.3 軟件模擬電測(cè)儀器下入深度

為保證電測(cè)作業(yè)下到目標(biāo)深度的成功率，我們?cè)陔姕y(cè)作業(yè)前利用Cerberus軟件對(duì)本次作業(yè)進(jìn)行了下放模擬（圖4），通過(guò)輸入井深、井斜、狗腿度等參數(shù)，模擬出井口電纜張力變化與理論自然最大下放深度（圖5）。Cerberus軟件是一款專門針對(duì)電纜測(cè)井的張力模擬軟件，依據(jù)井眼軌跡，提前模擬電纜測(cè)井期間的儀器遇阻情況，并制定相應(yīng)的措施，特別是針對(duì)大斜度井有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖4為Cerberus軟件模擬的A井電測(cè)儀器入井理論下放與上提情況，其中RIH為電纜下放張力，POOH為電纜上提張力，Compression為電纜及儀器下放時(shí)所受阻力，由圖中曲線可得，當(dāng)儀器下入到某一深度時(shí)，井口張力變?yōu)?，此時(shí)儀器無(wú)法繼續(xù)下放。

圖5為模擬的A井電測(cè)儀器最大允許下放深度曲線，由圖中曲線可得，當(dāng)儀器下放到3 783.4 m時(shí)，儀器所受阻力與電纜下放時(shí)的張力重合，此時(shí)儀器將無(wú)法繼續(xù)下放。本井要求電測(cè)儀器下放至3 700 m，通過(guò)模擬，理論上可以下放到此要求深度。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

由于A、B兩井的條件限制，并不能應(yīng)用上述分析的全部措施方法，本次電測(cè)作業(yè)通過(guò)提前刮管洗井作業(yè)，替入低黏度完井液，間隔加裝滾輪扶正器來(lái)完善工具串，提高電纜下放速度及軟件模擬儀器下入深度的措施方法，順利完成了A、B兩井的電測(cè)作業(yè)，儀器均下放到位且取全測(cè)井資料。

（1）A井，井深在3 800 m處，井斜為77°，電纜下放深度3 800 m，滿足測(cè)井深度要求。A井井眼軌道數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖4 井深、井斜、狗腿度與井口電纜張力變化曲線圖

圖5 電纜儀器理論最大下入深度模擬曲線

表1 A井井眼軌跡數(shù)據(jù)

（2）B井，在井深3 900 m處，井斜76°，電纜下放深度3 900 m，滿足測(cè)井深度要求。B井井眼軌道數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

4 結(jié)論

（1）電測(cè)作業(yè)前進(jìn)行刮管洗井作業(yè)，有效去除套管內(nèi)壁雜物，保證套管內(nèi)壁清潔，大大減小了對(duì)電纜和電測(cè)儀器的下放阻力；通過(guò)間隔加裝滾輪扶正器的方法來(lái)完善工具串，減小儀器與套管的接觸面積和摩擦系數(shù)，進(jìn)而減小了儀器的下行阻力。

（2）通過(guò)替入低黏度完井液，減小完井液對(duì)儀器的粘阻力；通過(guò)提高下放速度來(lái)減小電纜對(duì)儀器的上提力，保證儀器下放速度勻速，中途沒(méi)有特殊情況不要停車，始終保持較大的慣性力，利于電測(cè)儀器下行。

（3）利用Cerberus軟件模擬電纜及儀器理論下放與上提工況，得出理論最大下入深度，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)。

表2 B井井眼軌跡數(shù)據(jù)

[1]石強(qiáng)， 邵喚彬. 提高水泥環(huán)第二界面膠結(jié)質(zhì)量的固井技術(shù)[J].海洋石油， 2005， 25（4）： 84-87， 95.

[2]張冬梅. 水平井生產(chǎn)測(cè)井技術(shù)應(yīng)用[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（2）： 29-30.

[3] 石明賢. 0°～ 60°定向井測(cè)井工藝[J]. 測(cè)井技術(shù)， 1994， 18（1）：26-29.

[4]張全恒， 李新岐，楊新宏， 等. 大斜度井、水平井的測(cè)井設(shè)計(jì)[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù)， 2007， 22（2）： 38-43.

[5]余磊， 張來(lái)斌，樊建春. 重晶石和鐵礦粉對(duì)套管/鉆桿摩擦副摩擦磨損性能的影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào)， 2004， 24（5）： 462-466.

A New Method of Logging Cement Quality in High Inclination Well Section in the East China Sea

HUANG Zhao1, ZHANG Feng1, YE Junfang2, ZHANG Haishan1, LIAO Jiangdong1, DING Jianping1
（1. Shanghai Branch of CNOOC Ltd, Shanghai 200335, China; 2. SINOPEC Shanghai Offshore Petroleum Bureau, Shanghai 200120, China）

In order to improve the utilization degree of reservoir reserves, besides the horizontal section, the upper part of the reservoir with a high inclination must to be exploited in most horizontal wells in the East China Sea.The method of exploitation is to have a 9-5/8" casing perforation operation. In order to make the perforation layer precise and improve the perforation quality, logging the cement quality of the perforation section is needed. The logging section is located in the high angle section of the well, so the cable logging tool is diff i cult to be put in place. Through analyzing the forces on the equipment, washing well before logging and installing the roller stabilizer on the equipment string make two well’s logging operation successful. The putting depth of equipment and inclinationin two wells are 77° at 3 800 m and 76° at 3 900 m respectively.

East China Sea; horizontal well; high angle section; logging cement quality

P603.8

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.056

1008-2336（2017）02-0056-05

2016-08-23；改回日期：2016-11-17

黃召，男，1982年生，工程師，工學(xué)學(xué)士，石油工程專業(yè)，現(xiàn)任中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司工程技術(shù)作業(yè)中心鉆井研究室主任。E-mail：huangzhao@cnooc.com.cn。