測井新工藝在煤層氣水平井的應(yīng)用

陳金宏 馮 雷 藺 凱 胡少華 趙 睿

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部，河北 062552；2.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 062552)

測井新工藝在煤層氣水平井的應(yīng)用

陳金宏1馮 雷1藺 凱1胡少華1趙 睿2

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部，河北 062552；2.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 062552)

通過采用爬行器、無纜存儲(chǔ)設(shè)備、硬電纜等測井新工藝，可以有效解決煤層氣水平井測井資料錄取難度大、時(shí)效低以及施工風(fēng)險(xiǎn)高的問題。本文介紹了適用于煤層氣水平井的測井新工藝，提出了煤層氣水平井固井質(zhì)量測井的技術(shù)方案，這些新工藝在提速提效和保障井筒測井安全上作用明顯。

爬行器 無纜存儲(chǔ)設(shè)備 硬電纜

隨著國家對新能源的開發(fā)，煤層氣水平井的數(shù)量迅速增多，但受煤層氣水平井井況和配套設(shè)備的影響，傳統(tǒng)的水平井測井施工工藝非常受限。爬行器、無纜式存儲(chǔ)設(shè)備、硬電纜等測井新工藝的發(fā)展，有效的解決煤層氣水平井測井資料錄取難度大、時(shí)效低以及施工風(fēng)險(xiǎn)高的問題，大大提高作業(yè)時(shí)效和作業(yè)安全性。

1 爬行器

爬行器適用于水平井或大斜度井的套管井測井作業(yè)，是一種將測井儀器輸送到預(yù)定位置的特殊工具，具有操作方便、工作效率高及使用成本相對較低的特點(diǎn)。

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

爬行器是自成一體的獨(dú)立系統(tǒng)，包含地面控制系統(tǒng)和井下儀器兩部分，與測井絞車配合即可工作(圖1所示)。

圖1 爬行器連接示意圖

地面控制系統(tǒng)包括地面控制箱、筆記本電腦，是爬行器的控制操作中心，按照操作人員的操作指令，控制爬行器的啟動(dòng)、停止、工作方向、速度，監(jiān)視并記錄各種地面及井下儀器的工作狀態(tài)和工作參數(shù)。操作人員通過這些信息，對爬行器進(jìn)行控制、調(diào)整，使其工作在最佳狀態(tài)。

1.2 施工工藝及過程

1.2.1 收集數(shù)據(jù)

到井隊(duì)了解井筒狀況，收集井筒井深、井溫和水平段長度，分析連斜數(shù)據(jù)，了解其狗腿度狀況。

1.2.2 檢查儀器

在地面檢查好爬行器設(shè)備的工作狀態(tài),包括齒輪磨損和儀器油量,配接測井儀器。根據(jù)套管內(nèi)徑調(diào)整滾輪扶正器的滾輪大小，保證其套管內(nèi)徑基本一致。

1.2.3 連接井下儀器

將井下測井儀器的最下端配接輪式扶正器底鼻，測井儀器最上端連接帶轉(zhuǎn)換接頭的扶正器，以便與爬行器下端相連。將補(bǔ)償短節(jié)、驅(qū)動(dòng)短節(jié)及推靠短節(jié)同時(shí)吊裝與井口扶正器對接。對接完以后將扶正器短節(jié)與推靠短節(jié)相連接，然后將張力CCL短節(jié)、電子線路短節(jié)與井下扶正器短節(jié)相接。在張力CCL短節(jié)上再加裝扶正器短節(jié)，配上旋轉(zhuǎn)短節(jié)，最后連接馬龍頭，此時(shí)爬行器井下儀配接完成。進(jìn)行固井質(zhì)量測井時(shí)，所有儀器可分3次吊裝：TPMS+GR+CCl+CBL、扶正器+(補(bǔ)償短節(jié)、驅(qū)動(dòng)短節(jié)及推靠短節(jié))+下轉(zhuǎn)接頭扶正器、旋轉(zhuǎn)短節(jié)+上轉(zhuǎn)接頭扶正器+張力CCL短節(jié)。

1.2.4 儀器下放測井

按規(guī)定速度下放儀器至自然遇阻，遇阻后繼續(xù)下放電纜10m左右，利用地面系統(tǒng)控制爬行器打開爬行輪進(jìn)行爬行作業(yè)，并利用電壓和電流控制爬行速度。當(dāng)儀器爬行遇阻后，爬行器地面系統(tǒng)顯示電流增大，系統(tǒng)自動(dòng)泄壓停止爬行。

1.2.5 儀器上提測井

按規(guī)定速度上提儀器并記錄測井。

1.2.6 現(xiàn)場資料驗(yàn)收及處理

在收集測井資料的同時(shí)，可對測井資料進(jìn)行驗(yàn)收，確保資料真實(shí)可靠。

1.3 井筒適應(yīng)能力

要求套管內(nèi)壁無變徑、無變形、無破損、無出砂、 無污物， 作業(yè)前通井及洗井， 保證管道內(nèi)壁清潔。

實(shí)際施工過程中，由于井眼軌跡過于復(fù)雜、管柱曲率變化過大、井下油砂及雜物、套管變形引起的爬行器行進(jìn)遇阻，儀器串上提遇卡均有發(fā)生。一旦遇卡，爬行器的解卡和打撈是較為困難的。

1.4 應(yīng)用效果分析

喬平2井深2324m，在1412m處左右井斜達(dá)到75°，儀器無法自由下放，改用爬行器爬行，爬行至2300m。整個(gè)爬行過程耗時(shí)個(gè)5小時(shí)，爬行900m左右，平均每小時(shí)爬行200m左右。

爬行器測井施工作業(yè)可以有效地解決多芯測井儀器在水平井套管井下井困難的問題，能夠高效的完成水平井的測井任務(wù)，尤其是在不占用鉆機(jī)條件下，可以節(jié)約出大量的鉆井時(shí)間。

2 無纜存儲(chǔ)設(shè)備

該工藝主要使用存儲(chǔ)直讀式固井質(zhì)量測井儀，該儀器一次下井能同時(shí)測出聲幅曲線、變密度曲線、磁定位曲線、伽馬曲線、井溫曲線和壓力曲線，可以解釋第一膠結(jié)面(水泥和套管)和第二膠結(jié)面(水泥和地層)及相關(guān)參數(shù)測井?dāng)?shù)據(jù)，主要應(yīng)用于水平井、大斜度井等電纜無法下放儀器井況的固井質(zhì)量檢測。存儲(chǔ)直讀儀器是由聲系、電子儀器、電池筒、地面箱體、軟件組成(圖2所示)。

圖2 存儲(chǔ)儀器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

無纜存儲(chǔ)式測井系統(tǒng)由下井儀器、地面時(shí)深采集系統(tǒng)和現(xiàn)場資料處理系統(tǒng)三部分組成。下井儀器采用高溫電池供電，在儀器內(nèi)部芯片的控制下，根據(jù)工作的程序，按照一定的時(shí)間間隔對測量信息進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)一個(gè)隨時(shí)間變化的測量信息數(shù)據(jù)文件。地面時(shí)深采集系統(tǒng)通過鉆井絞車傳感器、大繩張力傳感器或輸送的鉆具的長度，完成鉆具下放、上提時(shí)的儀器深度測量，生成一個(gè)測井時(shí)深數(shù)據(jù)文件，時(shí)深數(shù)據(jù)文件按照一定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)儀器的深度信息。下井儀器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息與地面時(shí)深數(shù)據(jù)信息都與時(shí)間有關(guān)聯(lián)，通過測后數(shù)據(jù)處理軟件得到測井曲線。

2.2 施工工藝及過程

2.2.1 收集數(shù)據(jù)

到井隊(duì)收集井斜數(shù)據(jù)、鉆具(油管)、套管數(shù)據(jù)，并召開施工協(xié)調(diào)會(huì)。

2.2.2 安裝深度系統(tǒng)

將絞車傳感器安裝在鉆井絞車滾筒上，將大繩張力傳感器安裝在死繩上。這兩個(gè)傳感器分別通過信號(hào)電纜接到實(shí)時(shí)深度數(shù)據(jù)采集箱體。

2.2.3 連接井下儀器

通過筆記本電腦與各井下儀器相連，將編制好的儀器工作程序傳輸?shù)絻x器中。根據(jù)工作程序，儀器按照一定的時(shí)間間隔對測量信息進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)一個(gè)隨時(shí)間變化的測量信息數(shù)據(jù)文件。

2.2.4 儀器下放測井

將連接好的儀器吊裝到井口，逐步連接鉆具(油管)輸送儀器，同時(shí)啟動(dòng)地面實(shí)時(shí)深度系統(tǒng)，對儀器下放和上提的深度變化進(jìn)行全過程檢測并記錄。儀器下放速度為1min一根鉆具(油管)，速度大約為600m/h。下放過程中注意觀察張力變化，當(dāng)張力增大為N時(shí)，可判斷為遇阻。

2.2.5 儀器上提測井

儀器上提速度為1min一根鉆具(油管)，速度大約為600m/h。每次鉆具上提至剛好可以放入吊卡的位置。

2.2.6 現(xiàn)場資料回放及處理

檢查起出地面的儀器，發(fā)現(xiàn)外觀正常。將筆記本電腦與井下儀器的存儲(chǔ)器連接，將儀器存儲(chǔ)的測井?dāng)?shù)據(jù)輸送到電腦保存。利用專用軟件對儀器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件及地面記錄的實(shí)時(shí)深度文件進(jìn)行處理，得到隨深度變化的測井?dāng)?shù)據(jù)文件。

2.3 井筒適應(yīng)能力

該技術(shù)對井筒條件要求低，在測井前要先用小鉆具(油管)探底。由于電池續(xù)航力和存儲(chǔ)器大小的限制，儀器連續(xù)工作時(shí)間最好不要超過18小時(shí)，在起下鉆測井過程中，不要無故停止，方式儀器工作超時(shí)。

2.4 應(yīng)用效果分析

存儲(chǔ)式固井質(zhì)量測井技術(shù)主要針對套管水平井固井質(zhì)量評價(jià)的一種新的測井技術(shù)。該技術(shù)采用小鉆具(油管)輸送，時(shí)間驅(qū)動(dòng)。通過嚴(yán)格監(jiān)控施工過程，取得了合格的固井質(zhì)量測井資料(見圖3)。與常規(guī)測井技術(shù)相比，該技術(shù)具有輸送能力強(qiáng)、井筒條件要求低，測井資料全、施工安全、測井時(shí)效高的特點(diǎn)。

圖3 存儲(chǔ)測井資料

3 硬電纜

硬電纜是一種可實(shí)現(xiàn)撓性油管功能且能在裸眼井、大斜度套管井或水平井中輸送井下儀器，完成測井作業(yè)的傳輸設(shè)備。

3.1 技術(shù)特點(diǎn)

硬電纜常規(guī)直徑為11.8mm，電纜外鎧裝高強(qiáng)度硬鋼絲(外加高強(qiáng)度鋼絲鎧裝)及工程塑料，其外徑為22～36mm。從內(nèi)到外分別是普通測井電纜、工程塑料外皮、加重元件配重體、加固層、外部工程塑料絕緣耐磨層等。

3.2 施工工藝及過程

在大斜度套管井中依靠電纜自重、配重模塊和硬電纜的剛性特點(diǎn)，利用硬電纜在垂直井段的自重及其在水平段的剛性，克服儀器和電纜在水平井段與井壁的摩擦阻力，將測井儀器推送到目的層底部，達(dá)到輸送測井儀器的目的，不需要鉆井隊(duì)配合，可獨(dú)立完成測井作業(yè)。

硬電纜輸送方式有兩種：一是直接輸送。井身斜度不大或水平井段較短，儀器和電纜的自身重量足以克服儀器的推進(jìn)阻力時(shí)，可以不加外力，直接依靠電纜自身的重力和硬電纜撓性特點(diǎn)將儀器輸送到大斜度或水平井內(nèi)。二是附加外力輸送。理論上如果全部采用硬電纜，可借用井內(nèi)流體加壓泵送、鉆桿傳輸?shù)确绞街苯油苿?dòng)硬電纜和井下儀器，可以大大增加大斜度井或水平井段的測井儀器輸送距離。

3.3 井筒適應(yīng)能力

硬電纜目前測井施工時(shí)，套管井60度時(shí)為儀器的自平衡階段。配套應(yīng)用的硬電纜長度為550m左右，可以完成井斜60°～90°不超過300m的97%的固井質(zhì)量測井施工作業(yè)，連接方式見圖4。部分超長段可以使用750m的硬電纜完成施工任務(wù)。

圖4 硬電纜連接方式

3.4 應(yīng)用效果分析

硬電纜水平井測井占用井口時(shí)間較常規(guī)電纜測井大幅度縮短，作業(yè)時(shí)效明顯提升。硬電纜測井在水平井固井質(zhì)量測井時(shí)，無需鉆具推送和濕接頭對接，只占常規(guī)鉆桿輸送濕接頭工藝作業(yè)測井時(shí)間的1/3。

與此同時(shí)，硬電纜的抗撞擊性能、耐摩擦能力明顯優(yōu)于常規(guī)電纜。在水平井的施工過程中，硬電纜測井技術(shù)更加安全可靠，與傳統(tǒng)鉆具傳輸相比，夾傷、擠傷電纜事故可減少80%。

4 結(jié)論

以上測井新工藝可以有效解決煤層氣水平井測井時(shí)效低、難度大及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高的問題，通過總結(jié)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

(1)如果直井段長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸段長度，建議采用鉆具/油管濕接頭傳輸測井方式。

(2)套管內(nèi)徑lt;5吋半，傾角≤90°，爬行井段≤500m，建議采用爬行器傳輸測井方式；套管內(nèi)徑≥5吋半，傾角≤90°，爬行井段≤1000m，建議采用爬行器傳輸測井方式。

(3)套管內(nèi)徑較小、傳輸井段較長、傾角變化頻繁且多處大于90°，建議采用鉆具/油管存儲(chǔ)式測井方式。

(4)硬電纜可以完成井斜60°～90°不超過300m的97%的固井質(zhì)量測井施工。

[1] 董銀夢.復(fù)雜油氣藏測井技術(shù)論文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：369-375.

[2] 張炳軍，周揚(yáng)，孫志忠，等.硬電纜測井施工工藝及應(yīng)用效果分析[J].測井技術(shù)，2015，39(6)：740-745.

(責(zé)任編輯 桑逢云)

Application of New Logging Technology in CBM Horizontal Well

CHEN Jinhong1，F(xiàn)ENG Lei1，LIN Kai1，HU Shaohua1，ZHAO Rui2

(1. Huabei Branch of CNPC Logging Co.，Ltd.，Hebei 062552；2. The Fourth Oil Production of Huabei Oilfield Company, PetroChina, Hebei 062552)

By adopting the new logging technology，such as the downhole tractor，able-less storage device and hard cable，the problems occurred in CBM horizontal well，including the difficulties and low efficiency of logging data acquisition，and high risk of constructions，could be solved effectively. This paper introduces the new logging technology for CBM horizontal well，and puts forward the technical scheme of the cementing quality logging. These new processes are of significant impact on improving the working efficiency of logging and protecting the safety of the shaft.

Downhole tractor; cable-less storage device; hard cable

陳金宏，男，高級(jí)工程師，一直從事測井采集及科研管理工作。