計算測井電纜拉伸系數的方法

李朋,王文鋒,李衡,王守斌,李偉,呂巍,鄧亮亮

(中國石油集團測井有限公司天津分公司,天津 300280)

0 引 言

由于生產測井電纜的廠家不同,根據Q/zCJ-J02-005-89標準計算的電纜拉伸系數與實際有很大差別。即使生產廠家給出電纜拉伸系數的標稱值,由于生產批次不同,電纜使用環(huán)境不同,在實際應用中也會存在一定的差異。例如,SY/T5361—2007采用Camesa廠家技術手冊數據,提到Camesa-7J46測井電纜拉伸系數為0.174 m/(kN·km)[1]而Q/zCJ-J02-005-89給出各類7芯電纜伸長系數均為1.322 02 m/(t·km)[約0.132 m/(kN·km)],這2個數據并不一致,使現場工程師在工作中應用電纜拉伸系數時無所適從。

通常,測井工程師會在上提儀器遇卡時根據張力增加與電纜拉伸量之間的關系,采用已知的電纜拉伸系數,計算卡點位置,以確定正確的解卡方法。電纜拉伸系數的不正確直接影響卡點位置的錯誤判斷,對后續(xù)處理造成很大的安全風險[2-8]。掌握測井系統(tǒng)所用電纜的拉伸系數對測井現場技術人員至關重要。本文從實際應用出發(fā),提出一種計算測井電纜拉伸系數的方法。

1 計算原理

在不同張力條件下,由于電纜拉伸程度不同,測井儀器測量井下某一標志性特征(如短套管、分級箍、同位素標簽等),會得到不同的深度結論。通過對比2次測井的深度差,結合2次測井電纜所受不同的張力,就能計算出正在使用的這種電纜的實際拉伸系數。

勻速測井過程中,電纜張力等于測井儀器重量、電纜重量、電纜和測井儀器所受浮力、電纜和測井儀器與井壁產生的摩擦力、電纜和測井儀器與鉆井液之間的動切力的合力,電纜、測井儀器保持勻速運動。井下儀器串自重是恒定數值,不會改變。對于井下某一特定位置,電纜展開長度一定,電纜重量固定。每口井的鉆井液密度恒定,在不同張力條件下的測井過程中,當測井儀器通過井中某標志物瞬間,井中電纜和測井儀器排開鉆井液的體積也是一定的。所以,電纜和測井儀器所受的浮力在不同張力條件下的測井過程中,在井中特定位置是恒定的。張力試驗中,盡可能減小由于電纜長距離延展產生的深度誤差,應采用同一次下井,下放、上提2種測井方式測量井中標志物深度的方法。上提、下放測井過程中電纜和測井儀器運行軌跡可能發(fā)生變化,測井儀器串的頂、末端形狀不同,電纜和測井儀器與鉆井液之間的動切力、同井壁產生的摩擦力方向不同,數值會有所改變。

2 實施條件

為計算精確,深度記錄系統(tǒng)采用光電編碼,光柵數不少于300/ft*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同。測井采集系統(tǒng)和絞車面板深度顯示精確到0.001 m。為建立張力與電纜拉伸量的準確關系,減少井眼情況對張力的影響,應在油井套管段進行計算。井內要有短套管、分級箍、同位素標簽等標志物。如果是裸眼井,需有3 000 m以上的技術套管。測井深度系統(tǒng)計量要精準,誤差在0.5‰以內。張力計的計量要準確,選擇無風、干燥的天氣進行計算。

3 計算過程

3.1 測量電纜滾筒到鉆臺轉盤平面之間電纜的長度L

在下放測井儀器過程中,當電纜總張力超過1 000 lbf**非法定計量單位,1 lbf=4.448 N,下同后,地滑輪與電纜滾筒之間電纜下垂現象消失,呈一條直線。此時,緩慢停絞車,在即將脫離電纜滾筒的電纜處做一個明顯記號,并記錄此時絞車顯示深度為D0-1。繼續(xù)緩慢下放測井儀器,當電纜上的記號到達與鉆臺轉盤平面平齊位置時,停住絞車,記錄此時的絞車顯示深度為D0-2,電纜滾筒到鉆臺轉盤平面之間電纜的長度為

L=D0-2-D0-1

(1)

3.2 下放測井,測量井中某一標志物的深度D1

在距離標志物以上50 m處,開始記錄測井曲線,下放速度不能超過20 m/min,且勻速。當標志物磁定位(或其他參考曲線)特征顯示到測井系統(tǒng)監(jiān)視屏后,繼續(xù)向下測量50 m,緩慢停住絞車并停止記錄。

打開下放測井記錄到的測井數據文件,讀出標志物對應磁定位(或其他參考曲線)的深度D1及對應的張力T1。

3.3 上提測井,測量井中同一標志性特征的深度D2

上提測井,速度與上述下放測井保持一致,當標志物磁定位(或其他參考曲線)特征顯示到測井系統(tǒng)監(jiān)視屏后,繼續(xù)向上測量50 m,停住絞車并停止記錄。

打開上提測井記錄到的測井數據文件,讀出標志物對應磁定位(或其它參考曲線)的深度D2及對應的張力T2。

3.4 計算電纜拉伸系數E

由于井中標志物到鉆臺轉盤平面的距離(標志物深度)是一個恒定數值,下放測井與上提測井得到不同的深度結果是因為2次測井電纜所受張力不同,電纜拉伸量產生差異。

不同張力條件下,電纜拉伸量的差為

ΔL1=D1-D2

(2)

由于上提測井電纜張力大于下放測井,ΔL1即為上提測井時增加的張力作用在從電纜滾筒到井下標志物這段電纜(D1+L)后對電纜產生的額外拉伸長度。

所以,正在使用的這種電纜拉伸系數E為

E=ΔL1/[(T2-T1)·(D1+L)]·106

(3)

式中,深度、長度單位均為m,張力單位為lbf?！?06轉換為電纜km·klbf拉伸量,即電纜拉伸系數。

3.5 計算方法的計算誤差

綜上所述,通過該方法計算電纜拉伸系數誤差取決于測井隊張力系統(tǒng)誤差,這個誤差在該計算方法實際應用得到的電纜拉伸系數計算卡點深度時也會得到消除。

假設某測井隊正在使用的電纜實際準確的拉伸系數為E′,則

(4)

根據SY/T5361—2007所給計算卡點深度的公式[1]為

(5)

式中,D為卡點深度;ΔL為從電纜上量出的電纜伸長值;ΔT為增加的電纜張力值;E為電纜伸長系數。

假設某測井小隊在測井施工中,測井電纜在某深度點卡死,測井工程師采用SY/T5361—2007所給公式計算卡點深度。由于上述測井小隊張力系統(tǒng)誤差為b%,實際增加的電纜張力值為ΔT′那么會有以下關系

ΔT′=ΔT·(1+b%)

(6)

準確的卡點深度應該為:

(7)

將式(4)和式(6)代入式(7),不難發(fā)現,張力系統(tǒng)b%的誤差也可以抵消。

所以,對特定的測井小隊來講,在測井儀器或電纜在井下遇卡后,采用該計算方法得到的電纜拉伸系數計算卡點深度,即使深度系統(tǒng)、張力系統(tǒng)存在不同程度的誤差,誤差都是相對的,在計算過程中會抵消,所以也會得到準確的卡點深度。

4 實際應用(以Camesa-7J46電纜為例)

4.1 測量電纜滾筒到鉆臺轉盤平面之間電纜的長度L

圖1 在電纜上做標記及對應的深度顯示

測井施工中,該測井小隊電纜滾筒到鉆臺轉盤平面之間電纜的長度L為

L=D0-2-D0-1=85.581 m

圖2 圖1中所做標記到達鉆臺轉盤平面及對應的深度顯示

4.2 下放測井,測量本井9 in套管分級箍下變扣接箍深度D1

4.3 上提測井,測量本井9 in套管分級箍下變扣接箍深度D2

4.4 計算該測井小隊使用的Camesa-7J46測井電纜拉伸系數E

該測井小隊正在使用的Camesa-7J46測井電纜拉伸系數E為

ΔL=D1-D2=1 625.269 8-1 624.355 4=0.911 4 mE=ΔL/[(T2-T1)·(D1+L)]×106=0911 4 m/[(2 024.703 lbf-1 331.930 lbf)·(1 625.269 8 m+85.581 m)]×106=0.768 9 m/(km·klbf)

圖3 下放測井得到的該井9 in套管分級箍下變扣深度及對應的電纜張力

圖4 上提測井得到的該井9 in套管分級箍下變扣深度及對應的電纜張力

所以,該測井小隊正在使用的測井電纜在當前情況下的拉伸系數為0.768 9 m/(km·klbf),如果在深度系統(tǒng)、張力系統(tǒng)沒發(fā)生改變的情況下,發(fā)生測井儀器或測井電纜井下遇卡后,可采用此系數計算卡點深度。

5 結束語

(1) 由于施工需求和成本控制因素,造成了各測井小隊裝備的測井電纜之間的存在差異。測井電纜采用的鋼絲的材質不同,生產工藝不同,加之使用環(huán)境不同,所以不可能存在一個固定的測井電纜拉伸系數。

(2) 本文提供的方法,針對某一特定的已裝備電纜,計算出該電纜的拉伸系數,應用該種方法計算得到的電纜拉伸系數從理論上消除了深度系統(tǒng)和張力系統(tǒng)的誤差對計算卡點深度的影響,為測井小隊現場深度校正、井下復雜處理提供了理論依據和實際支撐。

(3) 隨著電纜使用時間的增長和電纜鋼絲的磨損或使用環(huán)境的變化(井內溫度、鉆井液等影響),測井電纜拉伸系數會產生微改變,只要掌握本文提供的計算方法,定期計算,就能及時掌握測井小隊所使用的電纜的拉伸系數。