中低斜度定向井過環(huán)空測井遇阻原因分析與輸送工藝改進(jìn)

謝忠林

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163853)

0 引 言

為了使地面或地下條件受到限制的油氣資源得到有效開發(fā)，近年來油田大規(guī)模應(yīng)用了定向井開發(fā)技術(shù)，它在保護(hù)自然環(huán)境、減少征地和生產(chǎn)管理等方面具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在傾斜角度不大的定向井的套管或油管內(nèi)測井時(shí)，儀器可以靠自身重量克服管內(nèi)摩擦阻力及液體浮力下入井中。然而，在偏心定向井中進(jìn)行過環(huán)空測井時(shí)，經(jīng)常因儀器遇阻而下不到目的層位，導(dǎo)致測井失敗。2008年，在大慶油田西部過渡帶有近700口定向井，當(dāng)年利用常規(guī)方法進(jìn)行定向井過環(huán)空測井施工16口，最大斜度32.34°，均因儀器在造斜點(diǎn)遇阻而未能錄取到資料，遇卡還造成2支儀器掉井[1]。所以，保證儀器完好地下到目的層是定向井過環(huán)空測井急需解決的問題。

1 定向井井身結(jié)構(gòu)及過環(huán)空儀器輸送遇阻原因分析

1.1 偏心定向井井身結(jié)構(gòu)[2]

定向井井身結(jié)構(gòu)分兩種類型，如圖1所示。

三段型，如圖1(a)所示：直井段+造斜段+穩(wěn)斜段

五段型，如圖1(b)所示：直井段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+直井段油、套管的相對(duì)位置有如下2個(gè)特點(diǎn)。

圖1 定向井井身結(jié)構(gòu)示意圖

1)相對(duì)位置的復(fù)雜性

定向井井身軌跡在垂直投影圖(圖2(a))和水平投影圖(圖2(b))上都是一條曲線，油管在套管內(nèi)的相對(duì)位置在不同深度會(huì)有一定變化，多數(shù)情況下油管因重力緊貼套管下側(cè)，但由于井身的非直線性，在局部還存在著油管在上部、同心、側(cè)部等復(fù)雜情況[3]。

圖2 英51-10-斜5井垂直和水平投影圖

2)相對(duì)位置的變化

由于抽油機(jī)工作，油管有著一定的彈性活動(dòng)量，油、套管相對(duì)位置隨時(shí)間還會(huì)存在一定的變化。

1.2 儀器下井遇阻原因分析

在進(jìn)行過環(huán)空測井時(shí)，儀器要通過油、套管月牙形環(huán)形空間，下達(dá)目的層。當(dāng)儀器不能順利通過整口井的油、套環(huán)形空間時(shí)，就會(huì)發(fā)生遇阻現(xiàn)象，分析有如下3方面原因。

1)管柱彎曲 在造斜點(diǎn)附近，由于管柱彎曲，環(huán)形空間形態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)其彎曲角度大于儀器串可彎曲角度時(shí)，儀器遇阻。

2)環(huán)形空間尺寸過小 油、套管相對(duì)位置在不同深度發(fā)生變化，當(dāng)月牙空間尺寸小于儀器外徑時(shí)，造成遇阻。

3)摩擦阻力 由于井斜，在重力作用下，儀器緊貼油、套管壁滑行，當(dāng)運(yùn)行到油管接箍處時(shí)，空間尺寸減小，摩擦阻力增大，造成遇阻[4]。

由以上3種原因綜合影響，加上油套環(huán)形空間形態(tài)隨時(shí)間又有一定的變化，有時(shí)會(huì)造成一口井有多處遇阻，有時(shí)遇阻點(diǎn)的重復(fù)性不好。

2 定向井過環(huán)空儀器輸送工藝改進(jìn)

2.1 改進(jìn)電纜結(jié)構(gòu)

研制12.7 mm三層鎧裝電纜，替代原8 mm二層鎧裝電纜，有兩方面作用：

1)增加總重量

8 mm二層鎧裝電纜自重260 kg/km，12.7 mm三層鎧裝電纜自重760 kg/km，相當(dāng)于增加了儀器的總配重，作用是儀器串的下行推力加大。

2)提高電纜彈性

經(jīng)檢測，12.7 mm三層鎧裝電纜的彈性較8 mm二層鎧裝電纜有了顯著的提高，見表1。一方面它有韌性，可彎曲通過造斜點(diǎn)；另一方面彈性大，遇到阻礙時(shí)彎曲程度小，可突破阻力前行，同時(shí)也減少了儀器在上提過程中纏井的幾率。

沒有12.7 mm三層鎧裝電纜時(shí)，用常規(guī)的12.7 mm二層鎧裝工程電纜也可起到近似的作用。

表1 8 mm二層鎧裝電纜與12.7 mm三層鎧裝電纜彈性試驗(yàn)對(duì)比表

2.2 縮短儀器剛性長度

1)采用螺桿泵產(chǎn)出剖面測井

螺桿泵產(chǎn)出剖面測井儀如圖3所示。該儀器由不同的剛性短節(jié)組成，單節(jié)最大長度為0.9 m，各短節(jié)間做成可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的軟連接，相鄰兩節(jié)間最大彎曲角度為90°，較好地適應(yīng)了井身曲率的變化[5]。

圖3 螺桿泵產(chǎn)出剖面測井儀實(shí)物圖

2)采用不同加重方式

根據(jù)不同井況及施工方式，采用不同的加重桿，曲率半徑大時(shí)可選用短式加重，曲率半徑小時(shí)選用鞭式加重，使用扭動(dòng)器下井時(shí)，使用過芯加重。

短式加重：將1.2 m長的加重改成0.5 m長的短加重，直徑28 mm，加重間最大可彎曲角度為35°。

鞭式加重：采用多節(jié)以活結(jié)相連的方式，每節(jié)長度為0.1 m，直徑28 mm，總長度1.5 m，加重可以沿任意方面彎曲成半圓狀，最大彎曲角度為80°。

過芯加重：外徑28 mm，由桿體、短節(jié)和上下桿頭組成，桿體之間及桿體與桿頭之間通過短節(jié)連接，每個(gè)桿體長度0.4 m，能夠縱向打開，分成兩半，中間有一條放電纜的凹槽。

2.3 研制減震器和扭動(dòng)器

1)減震器

在儀器的下沖作用下，遇阻時(shí)容易造成直流電機(jī)的限位開關(guān)損壞，無法打開集流傘，為此研制了減震器，長度0.31 m，直徑28 mm。將減震器連接在儀器下端，在受到?jīng)_擊力時(shí)能起到緩沖作用，減少對(duì)儀器的損壞，提高測井成功率[6]。減震器實(shí)物如圖4所示。

圖4 減震器實(shí)物圖

2)扭動(dòng)器

扭動(dòng)器直徑28 mm，長度1.2 m，外筒采用活動(dòng)鏈接筒，內(nèi)部采用凸輪結(jié)構(gòu)，聯(lián)接在儀器下端,由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪實(shí)現(xiàn)整體扭動(dòng)，使儀器串前端處于不穩(wěn)定狀態(tài)，自行移出狹窄部位，提高儀器在環(huán)形空間的通過能力。扭動(dòng)器實(shí)物如圖5所示。

圖5 扭動(dòng)器實(shí)物圖

3 應(yīng)用效果及存在問題

3.1 定向井過環(huán)空儀器輸送方法

1)下井儀器串連接

有兩種連接方式，一種是測井儀+減震器+短式或鞭式加重；另一種是過芯加重+測井儀+扭動(dòng)器。

2)儀器下井操作

直井段以2 000 m/h速度下放儀器，距造斜點(diǎn)以上50 m處減速至1 000 m/h，直至目的層。遇阻時(shí)，對(duì)于測井儀+減震器+短式或鞭式加重組合，上提儀器串至遇阻點(diǎn)以上50 m，以不超過5 000 m/h速度快速下放儀器，靠沖力突破遇阻點(diǎn)下行。對(duì)于過芯加重+測井儀+扭動(dòng)器組合，上提儀器到遇阻點(diǎn)10 m以上，待張力儀恢復(fù)正常顯示時(shí)，給扭動(dòng)器供電，使儀器串最前端扭動(dòng)，以1 000 m/h速度下放儀器，儀器串自動(dòng)尋找路徑通過遇阻點(diǎn)。

3)測后儀器上提操作

為了防止儀器卡掉事故的發(fā)生，造斜點(diǎn)以下以1 000 m/h的速度上提儀器，到直井段后再以2 000 m/h的速度上提儀器。

3.2 儀器輸送成功率得到顯著提高

應(yīng)用改進(jìn)后工藝，2015～2017年在大慶西部過渡帶進(jìn)行定向井過環(huán)空產(chǎn)出剖面測井施工437井次，儀器下到目的層323井次，成功錄取資料269井次，一次下井成功率為73.9%，一次測井成功率為61.6%。在這些井中，最大井斜角度33.79°，最大井深2 250 m，取得了較好的應(yīng)用效果。

大慶油田西部薩葡油層過渡帶龍83-斜20井，井深1 758 m，水平位移421.5 m，造斜點(diǎn)深360 m，最大井斜點(diǎn)深度1220 m，最大井斜角度28.6°，目的層斜深1 571.3 m、水平位移409.6 m，如圖6所示。采用測井儀+減震器+短式加重儀器串下井，當(dāng)儀器下至造斜點(diǎn)深度360 m處，電纜稍感停頓，但馬上通過該點(diǎn)，之后順利下至目的層，采用阻抗式產(chǎn)出剖面測井，錄取完資料，上提電纜，起出儀器，測井任務(wù)完成。

圖6 龍83-斜20井垂直剖面圖

3.3 存在問題

對(duì)于中低斜度定向井，雖然下井成功率有了較大的提高，但仍有30%的井不能下到目的層。另外儀器遇阻時(shí)，如果上提儀器后仍按原有速度下放電纜，仍會(huì)遇阻，所以要適當(dāng)提高儀器下放速度。但儀器與油、套管碰撞會(huì)造成不同程度的損傷，影響測井成功率，一次測井成功率只有60%。這些問題，還需要在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中繼續(xù)完善和改進(jìn)。

4 結(jié) 論

1)遇阻原因

在造斜點(diǎn)附近管柱的彎曲角度大于儀器串可彎曲角度、局部油套環(huán)形空間尺寸小于儀器外徑以及儀器與井下管柱的摩擦阻力是造成定向井過環(huán)空測井儀器遇阻的主要原因。

2)輸送工藝改進(jìn)

采用12.7 mm三層鎧裝電纜，替代8 mm二層鎧裝電纜，增加了電纜的自重和彈性，有助于突破阻力前行；采用儀器串軟連接，縮短儀器各剛性部位的長度，可有效增加儀器串的可彎曲角度，適應(yīng)定向井井身曲率的變化；利用扭動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，使儀器串自行尋找路徑，移出狹窄部位，提高了儀器在環(huán)形空間的通過能力；利用減震器，在儀器受到?jīng)_擊力時(shí)能起到緩沖作用，減少自身的損壞，提高測井成功率。

3)應(yīng)用效果

應(yīng)用改進(jìn)后工藝，對(duì)斜度小于30°的定向井，儀器一次下井成功率可達(dá)70%。