米桑油田電成像ERMI遇卡原因分析及預(yù)防控制措施

王 帥，鈕依莎

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300459)

0 引 言

伊拉克米桑油田群主力儲層[1]巖性以白云巖、灰?guī)r為主，儲集類型為次生的孔洞、裂縫、微裂縫，老井取心已局部證實目的層的儲集類型。為進一步開展儲層裂縫發(fā)育和分布的研究，成像測井是除鉆井取心以外最直接、經(jīng)濟、有效的方式。ERMI電成像儀器是中海油服自主研發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代國產(chǎn)電成像測井儀，其分辨率高，采集信息量多，可以直觀連續(xù)的對碳酸鹽巖儲層進行精細(xì)識別，定性定量描述裂縫及孔洞的發(fā)育情況，同時還可以做地層沉積構(gòu)造分析、地應(yīng)力分析、地層孔隙度分析等地質(zhì)解釋，在米桑油田得到了廣泛認(rèn)可。

1 地質(zhì)及工程概況

1.1 地質(zhì)概況

米桑油田群包括3個油田，分別是A、 B和F油田。區(qū)域內(nèi)包括兩套主力儲層，第三系的Asmari白云巖+灰?guī)r+砂巖和白堊系Mishrif灰?guī)r。區(qū)域內(nèi)富含結(jié)核狀石膏的云巖或云巖與硬石膏互層，塑性與脆性巖石交互，裂縫和孔洞發(fā)育豐富。儲集空間類型為孔隙、溶洞(孔) 以及裂縫,與砂巖儲集層相比碳酸鹽巖儲層空間類型多、次生變化大，具有更大的復(fù)雜性和多樣性[2]。

1.2 工程概況

本區(qū)灰?guī)r地層在應(yīng)力和溫度作用下具有明顯的塑性變形特點,再加上目的層局部裂縫發(fā)育容易形成井壁不穩(wěn)定[3],使得井眼垮塌和井壁掉塊現(xiàn)象表現(xiàn)較為嚴(yán)重。近4年來共發(fā)生4次鉆井卡鉆事故，這其中有井斜和鉆井操作的一些原因，但主要原因還是碳酸鹽巖掉塊引起的“硬”卡鉆，由于對裂縫的分布和形態(tài)還沒有充分的認(rèn)識，還沒有太好的避免辦法，這也對裸眼測井帶來了很大的風(fēng)險和不便。

2 增強型微電阻率電成像儀ERMI簡介

2.1 基本原理

測井過程中，推靠器、極板體等金屬起著聚焦電極作用，使極板中間的陣列電扣，如圖1所示，流出的測量電流垂直進入地層，電流路徑如圖2所示。6個極板緊貼井壁，聚焦電極和陣列鈕扣電極向井壁地層發(fā)射同極性的電流，電極流出的電流以掃描測量方式被記錄下來[4]。

圖1 極板陣列電扣

圖2 ERMI測量電流路徑圖

由于鈕扣電極接觸的巖石成分、結(jié)構(gòu)及所含流體的不同，由此引起電流的變化，電流的變化反映了井壁各處巖石電阻率的變化。地面軟件對電流經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砜煽潭葹椴噬蚧叶鹊燃増D像，淺色代表高電阻率，深色代表低電阻率。最終形成了井壁附近地層的圖象，典型地層特征如圖3所示；可用于描述地層層析結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征，直觀顯示裂縫、斷層面、不整合及其產(chǎn)狀，進行碎屑巖油藏的沉積相描述,可為解決復(fù)雜巖性地層勘探提供有效幫助。

圖3 增強型微電阻率掃描成像儀(ERMI)典型地層表現(xiàn)特征

2.2 ERMI 技術(shù)特點

低電阻率泥漿和超高阻地層是擺在電成像測井面前的兩個難題。而伊拉克米桑油田正是這種超高阻的碳酸鹽巖裂縫儲層。地層電阻率和泥漿電阻率比值很高，造成測量信號小，測量難度大。但ERMI具備的特點，使得它克服了這一困難，保證了在極端條件下的測井效果，具體特點[5]如下：

1)激勵信號源強大，地層適應(yīng)性較強。

2)極板信號數(shù)字化，大大提升信噪比，提高了地層圖像清晰度。在行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的STAR電成像儀器，其極板與電子線路之間為模擬信號，ERMI與之相比具備一定優(yōu)勢。

3)6個機械極板可實現(xiàn)獨立推靠，能夠在不同井眼條件下，實現(xiàn)貼壁測量，確保儀器與井眼和儀器中心軸保持平行，在橢圓形的井眼中也能保證極板與井壁較好的貼靠。在儀器沒有很好居中時也能使極板與井壁間的距離達(dá)到最小。

4)地面處理系統(tǒng)[6]強大，實時圖像顯示實現(xiàn)了圖像均衡增強和動態(tài)增強，能更好的反映地層特征。處理系統(tǒng)共包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、圖像生成、傾角處理、縫洞定量評價、孔隙度分析、地應(yīng)力分析等功能。如圖4所示為Weatherford公司的CMI(在應(yīng)用ERMI之前，CMI是米桑油田主流成像測井儀器)與中海油服ERMI處理效果對比圖，可以看出ERMI的圖像分辨率更勝一籌。

圖4 增強型微電阻率掃描成像儀(ERMI，左)與緊湊型微電阻率成像儀(CMI，右)在同區(qū)同層對比圖

2.3 ERMI儀器參數(shù)及適用條件

儀器參數(shù)[7]見表1：

表1 ERMI儀器參數(shù)及適用條件

注：1 in=25.4 mm，1 ft=3 048 mm, 1 psi=6.894 757 kPa

3 BU-X井遇卡分析及處理措施

3.1 EMRI遇卡過程分析

EMRI儀器在3 974.93 m遇卡。EMRI儀器串下放至到井底(4 067.5 m)過程中，無遇阻顯示。到井底后，開腿上提記錄時正常張力顯示5 800 lbf(1 lbf=0.453 592 4 kgf)，上測100 m至3 974.93 m處，有遇卡現(xiàn)象，張力從5 900 lbf逐漸升高6 200 lbf，立即停止絞車，并收儀器推靠臂，地面面板顯示第2、3、4三個推靠臂能夠完全收回，1、5、6推靠臂不能完全收回到儀器本體(面板顯示6.5 in，實際正常完全收回應(yīng)為4.8 in)，地面數(shù)據(jù)顯示推靠臂已經(jīng)完全泄壓，繼續(xù)上提儀器串至超過正常張力700 lbf時未能解卡，放松電纜到遇卡點深度以下2 m儀器不能自由活動，從電纜張力、張力短節(jié)張力顯示來看，判斷為儀器卡。

3.2 處理措施

現(xiàn)場嘗試多次未能解卡。多次上下活動電纜，期間將電纜張力拉到最大安全張力值9 920 lbf(最大安全張力：正常張力(5 800)+弱點張力(8 000)×70%×95%-儀器泥漿中懸重(1 200))未能解卡。在安全張力范圍內(nèi)使用不同的上提、下放速度嘗試解卡未果后，轉(zhuǎn)入穿心打撈作業(yè)。打撈成功后，儀器出井口，電成像儀器兩個推靠臂(5號、6號)掉落在井內(nèi)，如圖5所示。

圖5 極板掉落

3.3 遇卡原因分析

EMRI儀器出井后，儀器推靠臂未能完全收回，極板與儀器主體中間夾雜大量泥巖和片狀灰?guī)r掉塊，如圖6所示。具體遇卡原因分析如下：

圖6 電成像推靠臂與主體間夾雜有大量掉塊

3.3.1 地層原因

目的層測量井段，塑性與脆性巖石交互，裂縫和孔洞較發(fā)育，在鉆井的過程中也曾出現(xiàn)井眼垮塌和井壁掉塊現(xiàn)象；電成像測井前已進行聲波電阻率、放射性、核磁等四項作業(yè)，中間未進行通井作業(yè)，井內(nèi)泥漿長時間未循環(huán)，井壁不穩(wěn)定，易出現(xiàn)井壁掉落泥塊現(xiàn)象。

3.3.2 工程作業(yè)原因

井徑數(shù)據(jù)顯示： 3 970～3 975 m井眼規(guī)整，3 985～3 977 m井眼擴徑嚴(yán)重，最大達(dá)到12 in，如圖7所示。上提測井時，ERMI的分動推靠臂隨著井徑的變化而變化，使得探頭可以緊貼井壁。當(dāng)儀器從進入3 985～3 977 m段測量時，此段井徑很大，V字形縫隙也會變大，如此時有泥塊掉落，則泥塊掉落入推靠臂與儀器本體的機率大大增加，泥塊粘附的幾率也大大增加；當(dāng)儀器從3 980 m向上進入3 977 m時，推靠臂因大量泥塊阻擋并沒有隨井徑變化收縮到8.25 in以內(nèi)，從而導(dǎo)致儀器不能通過井徑較小的該段，導(dǎo)致儀器遇卡。

3.3.3 儀器自身原因

EMRI儀器上測時，六個推靠臂張開，推靠臂與下部支撐臂成V字形結(jié)構(gòu)，如圖8所示，在井徑較大的地方，V字形縫隙也會變大，此時掉塊落入V字形縫隙中，便會出現(xiàn)粘附在上面的風(fēng)險，如果掉塊粘附較多，推靠臂便不能完全的收回到儀器本體上。

圖7 卡點附近井段井徑情況

圖8 電成像EMRI開腿結(jié)構(gòu)圖

同時，推靠臂貼井壁向上移動時會對井壁產(chǎn)生作用力，極板與上支撐臂的連接處會剮蹭井壁，使本來不太穩(wěn)定的井壁更容易產(chǎn)生掉塊。8.25 in目的層段測井時一般極板壓力設(shè)置為百分之四十，壓力設(shè)置越大，對井壁產(chǎn)生的作用力也越大，在某種程度上剮蹭井壁出現(xiàn)掉塊的幾率也就越高。

3.4 預(yù)防控制措施

1)在極板上方加裝遮擋物，減少泥塊直接落入極板內(nèi)的數(shù)量，讓其從極板外面通過，然后繼續(xù)滑落至井底，減小遇卡風(fēng)險。

2)井隊完鉆后，在工程條件允許的情況下，適當(dāng)調(diào)整泥漿比重和性能，維持井壁穩(wěn)定，加長泥漿循環(huán)時間，盡可能把井內(nèi)殘余的掉塊循環(huán)干凈。

3)優(yōu)化測井順序，盡量減少作業(yè)前泥漿靜止時間，維持井眼相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

4)優(yōu)化測井時的極板壓力，在保證能取得合格電成像資料的前提下，使用最小的極板壓力，減小儀器剮蹭井壁產(chǎn)生掉塊的幾率。

4 實例應(yīng)用效果

在BU-X井ERMI遇卡原因分析及經(jīng)驗總結(jié)基礎(chǔ)上，采用了以下預(yù)防措施成功避免了BU-Y井電成像遇卡，安全順利地獲得了可靠的測井資料，資料品質(zhì)如圖9所示。具體措施如下：

圖9 BU-Y井電成像成果圖

在電成像極板上部加裝7 in橡皮扶正器。加扶正器一方面能阻擋上面掉下來的落塊直接落入極板內(nèi)，另一方面使儀器居中，各極板受力均勻。扶正器的尺寸如果太小則不能起到改變掉塊掉落路線的作用，如果太大，則容易出現(xiàn)遇阻遇卡現(xiàn)象，經(jīng)過綜合考慮，選擇了使用7 in的橡皮扶正器，扶正器位置如圖10所示。

圖10 儀器上部加裝扶正器

測井前，微調(diào)泥漿比重，降低失水、提高PH值，保持井壁穩(wěn)定，延長泥漿循環(huán)調(diào)整時間，直至落塊循環(huán)干凈。

常規(guī)聲波電阻率和放射性測井完成后，馬上轉(zhuǎn)入通井作業(yè)，隨后再進行電成像測井，這樣就減少了測前的泥漿靜止時間，保證了井眼的相對穩(wěn)定性。

測井過程中遇到張力變化大的情況，將極板壓力開到相對比較安全的15%～20%之間。度過困難井段后，迅速恢復(fù)正常極板壓力。

極板壓力取值經(jīng)驗積累：選用8.25 in井徑較好井段對比了40%～10%之間不同極板壓力測井對資料質(zhì)量的影響：

1)極板壓力在10%～15%時，極板貼靠不緊，圖像發(fā)虛。

2)在15%～20%時，資料在可接受的范圍內(nèi)。

3)在20%～25%時，資料質(zhì)量較好。

4)25%～40%時，資料質(zhì)量優(yōu)良。

這些數(shù)據(jù)也為以后在伊拉克同類型井中測井提供了很好的參考和依據(jù)。

5)儀器遇卡超過700 lbf，最短時間內(nèi)收腿，根據(jù)井況和目的層位決策，是否重新下放補測。

5 結(jié) 論

1)ERMI設(shè)備遇卡的主要原因是灰?guī)r掉塊落入V 形機械臂內(nèi)，導(dǎo)致機械臂不能正常收腿而導(dǎo)致的硬卡。

2)基于BU-X井電成像儀器遇卡原因分析及經(jīng)驗總結(jié)，在同區(qū)域后續(xù)9口井電成像測井作業(yè)中，采用上述控制措施，實現(xiàn)作業(yè)安全順利，測井資料質(zhì)量可靠。

3)因區(qū)域地層原因，灰?guī)r地層易出現(xiàn)掉塊，且不容易避免。儀器極板上方加裝扶正器遮擋掉塊的方法只是解燃眉之急。建議在儀器極板間加裝非剛性的傘裝遮擋膜，可以隨著極板收放而收放，自上而下形成一個相對封閉的雨傘狀空間，更大程度上阻止儀器上方井壁掉塊落入儀器機械臂的V型空間中。具體可操作性在實驗當(dāng)中。