電測作業(yè)的井筒完整性標準

張紹槐

西安石油大學(xué)

電測作業(yè)是在電纜、網(wǎng)線纜或鋼絲纜中使用各種電的或機械的井下工具如測錄井工具-儀表、堵塞封隔工具、封隔器、射孔槍、井身軌跡變位工具、造斜定向工具、提拉工具等開展測試作業(yè)。井筒全生命周期內(nèi)［1-2］，如鉆井［3］、測試-試油［4］、完井［5］、采油氣生產(chǎn) (包括：注水、壓裂、酸化、增產(chǎn)等)［6］以及修井作業(yè)，直到關(guān)停、報廢［7］，都有相應(yīng)的井筒屏障及完整性要求，在這些作業(yè)中隨時可能進行電測作業(yè)，研究針對電測作業(yè)井筒完整性的相關(guān)標準和要求很有必要。

本研究旨在闡述用井筒屏障組件(WBEs)構(gòu)成電測作業(yè)的井筒屏障(WB)及其要求，以便作業(yè)施工能夠按標準執(zhí)行，確保作業(yè)安全。電測作業(yè)是在有壓力的井或“過平衡作業(yè)時把井壓死的井”中進行。

1 井筒屏障圖解

每口井都應(yīng)準備好井筒屏障圖解。圖1～圖7是NORSOK D-010 V4［8］標準中各作業(yè)項目應(yīng)用較多的圖例，電測作業(yè)時的井筒屏障比較特殊，許多屏障組件是電測作業(yè)專用的。

圖1 在地面采油樹上方起下電測設(shè)備的井筒屏障示意圖Fig.1 Schematic well barrier of running and pulling the electric log equipment above the surface Christmas tree

電測井筒屏障圖解圖1～圖7中的專用縮寫詞解釋如表1。

2 井筒屏障驗收標準

具體說明電測作業(yè)專用(特別)的井筒屏障要求與指南。

2.1 電測作業(yè)的井控設(shè)備結(jié)構(gòu)

電測作業(yè)使用電纜，因為電纜表面不光滑，在進行井控等作業(yè)時達不到密封井口等要求。所以要使用潤滑密封系統(tǒng)，包括在注入管和電纜之間注入潤滑油等，來保證電測等作業(yè)時的井控安全。應(yīng)該使用下列基本的井控設(shè)備結(jié)構(gòu)。同時應(yīng)依據(jù)各種測井作業(yè)的風(fēng)險分析來考慮使用附加組件(如閘板)。

2.1.1 陸地作業(yè)設(shè)備

2.1.2 海上作業(yè)設(shè)備

海洋作業(yè)需要有隔水導(dǎo)管和連接器、壓力控制頭(流動管線/填料盒子)、雙密封裝置組合、工具穩(wěn)定(制動)裝置(或工具擋板)；關(guān)閉/密封閘板或真對電測作業(yè)的密封閥；潤滑器；上部和下部的隔離閥；安全頭(剪切/密封閘板)；連接器。電測工具長而作業(yè)復(fù)雜時，需要配備以上工具串。

2.2 工具串的使用

2.2.1 在地面潤滑系統(tǒng)中使用附加的長電測工具串

圖2 通過地面采油樹下入測井電纜Fig.2 Running the logging cable through the surface Christmas tree

圖3 通過帶有下部隔水導(dǎo)管組合的海底垂直采油樹下入測井電纜的井筒屏障示意圖Fig.3 Schematic well barrier of running the logging cable through the submarine vertical Christmas tree with lower riser combination

圖4 海底水平采油樹帶有鉆井防噴器和海水面以下測試裝置的井筒屏障示意圖Fig.4 Schematic well barrier of submarine horizontal Christmas tree with drilling BOP and test unit below the sea level

圖5 在鉆桿（鉆柱）中進行電纜錄井/測井作業(yè)時的井筒屏障示意圖Fig.5 Schematic well barrier during the wireline mud log/log operation in drill pipe (drill string)

圖6 在水平采油樹下入電測電纜進行輕型井筒維修工作的井筒屏障示意圖Fig.6 Schematic well barrier of running the electric log cable through the horizontal Christmas tree for light-weight wellbore repair

圖7 下入擴展延伸棒的井筒屏障示意圖Fig.7 Schematic well barrier of running the expanded extension rod

表1 電測井筒屏障圖解中的縮略詞釋義Table 1 Explanations of the contractions listed in the well barrier diagrams of electric log

使用擴展棒和可展開的閘板(圖1～圖7)。擴展棒指可變直徑與長度的測井儀表筒，根據(jù)井筒直徑確定測井儀表筒直徑，同時按需要的測井參數(shù)選擇多種不同的測井儀表，如γ、中子等，其長度可根據(jù)需要來選擇。

擴展棒周圍應(yīng)使用2個分開的密封閘板密封，并保證剪切/密封質(zhì)量(加入到標準電測剪切/密封功能中)。

2.2.2 在井下安全閥(DHSV)之上使用1個井下潤滑器閥(球形)

商品住宅交付時多為毛坯房，絕大多數(shù)業(yè)主不具備裝修專業(yè)知識或選擇的裝修公司不夠?qū)I(yè)，裝修完全從自身的需求出發(fā)，隨意改變房屋結(jié)構(gòu)和功能。特別是在一些不好的戶型中，容易出現(xiàn)大改動，易造成房屋結(jié)構(gòu)的破壞，留下質(zhì)量安全隱患。部分裝修公司自身技術(shù)不過關(guān)，又缺乏有效的監(jiān)管，裝修完不久就出現(xiàn)吊頂開裂、墻磚脫落等問題，業(yè)主無處維權(quán)。

在潤滑器閥以上的油管內(nèi)應(yīng)換成惰性流體(inert fluid)；關(guān)閉井下安全閥并在流體流動方向測試；關(guān)閉潤滑器閥并按“關(guān)閉的井口壓力+70巴”以上壓力進行測試。

2.2.3 用滴入保護方法使用DHSV

在DHSV以上的油管內(nèi)應(yīng)換成一種惰性流體；十字頭循環(huán)取道于釋放罐(trip tank )，應(yīng)按位置監(jiān)管/監(jiān)視井下安全閥以上油管中的流體流量；井下安全閥應(yīng)關(guān)閉，并在流體流動方向測試；BHA應(yīng)按快速釋放滴入或注入潤滑油脂(測井專用語)操作表格(quick release drop table GRDT/GRD)的要求操作并允許在任何時候都能在電測樹以下滴入或注入潤滑脂。

2.3 電測作業(yè)

對電測作業(yè)來說，安全頭被作為有質(zhì)量保證的剪切/密封關(guān)閉裝置，在地面井控設(shè)備結(jié)構(gòu)中緊接于井筒，它是第2道井筒屏障的上部關(guān)閉裝置。

如果有文件說明水力控制閥(HMV)對工作管柱有關(guān)閉(Cutting，切割)和密封功能，從井筒屏障角度它應(yīng)被設(shè)計為安全頭。在采油樹之上的井控裝置中經(jīng)常具有剪切/密封功能組件。

隔水導(dǎo)管和潤滑器連接接頭的數(shù)目及其在地面采油樹和安全頭之間的相隔距離是關(guān)鍵問題，應(yīng)保持距離最小。為此，有時在該處不把水力控制閥(HMV)設(shè)計在安全頭中。

安全頭的所有工具或部件不能省略，應(yīng)在作業(yè)開始前確定。應(yīng)急程序和補償措施應(yīng)到位，包括它在上述工具或部件要穿過安全頭位置時如何操作。

在第1道井筒屏障(井下安全閥DHSV)已經(jīng)失效的地方，下部控制主閥(LMV)和水力控制主閥(HMV)兩者應(yīng)在安裝上井筒前就關(guān)閉并進行測試。剪切/密封功能組件應(yīng)安裝在緊靠采油樹的位置，同時在繼續(xù)安裝其余電測井控設(shè)備前先進行測試。

在安裝部件中應(yīng)包括雙閥門壓井接口(接頭)。本身不要求安裝壓井管線。內(nèi)閥(lnner valve)應(yīng)是法蘭連接。采油樹的翼閥可作為內(nèi)閥使用。2種閥都應(yīng)在流體流動方向進行滲漏測試。

在已完成的海洋井中，下入電測纜線時，下部隔水導(dǎo)管組裝體中的剪切/密封閘板作為第2道WB中的上部關(guān)閉裝置(圖4、圖6)。所以用于下部隔水導(dǎo)管組裝體中的剪切/密封閘板作為電測纜線安全頭時，有同樣的最低要求。

海洋井中下入電測纜線，在防噴器中的剪切/密封閘板被作為第2道WB中的上部關(guān)閉裝置。所以對其作為電測纜線安全頭時有同樣的最低要求。

NORSOK標準中對電測作業(yè)中的安全問題非常重視，涉及專用裝置儀表、閥件及其操作使用要求、如何安裝等。

3 WB組件驗收標準

3.1 協(xié)調(diào)WB組件的第1種方法

協(xié)調(diào)WB組件的第1種方法是減少風(fēng)險可能性方法(probability reducing risk measures)。

某些電測作業(yè)發(fā)生卡阻的可能性高于一般作業(yè)，非剪切組件通過井筒屏障各種組件或采油樹閥件以下近地面處，會有增大切割電纜但未失效的風(fēng)險；例如，下入和回接外徑尺寸大、井筒/管柱與電纜之間空隙小(緊窗口余量)的塞件和閥件(電纜回收式嵌入安全閥，wire-line retrievable insert safety valves)等工作。

對這些類型的電測作業(yè)應(yīng)該特別注意作業(yè)風(fēng)險分析和特別說明在井筒的關(guān)鍵井段或/和地面井控系統(tǒng)中發(fā)生卡阻時應(yīng)采取減小風(fēng)險可能性的措施。對某些可能應(yīng)用的方法和情況應(yīng)評估以下幾方面：(1)直徑余量小的電測工具組合體下入和回接前，在下入和回接的井深處應(yīng)下入通徑規(guī)和/或量規(guī)對全部井控組合體和井筒內(nèi)徑進行實質(zhì)性檢查；(2)下入直徑余量小(close tolerance)的組合體的最大直徑組件應(yīng)進行實際檢查；(3)回接任何直徑余量小的組合體前，應(yīng)按技術(shù)文件規(guī)定的方法識別和檢查所有直徑、長度、臺肩等，外徑有可能比設(shè)計值增大的情況(如由于變形或膨脹)應(yīng)予以識別、得到認可、并納入作業(yè)風(fēng)險分析中；(4)當(dāng)回接(或下入)直徑余量小的組合體出現(xiàn)阻力時，應(yīng)立刻在上提電纜進入關(guān)鍵部位前進行風(fēng)險評估；(5)應(yīng)評估工具卡阻井筒的可能性，隨之協(xié)調(diào)壓井作業(yè)。

3.2 協(xié)調(diào)WB組件的第2種方法

協(xié)調(diào)WB組件的第2種方法是降低風(fēng)險結(jié)果的方法(Consequence reducing measure)，在剩余風(fēng)險仍然被認為不能接受高難度作業(yè)的井段，應(yīng)該采取措施以減輕因井況變化而造成的工具串卡組減輕方法應(yīng)作如下評估：(1)如工具串設(shè)置了程控松脫功能，應(yīng)能在發(fā)生卡阻時將WBE卸扣松脫或上扣連接；(2)設(shè)置和檢查可用閘板剪切開關(guān)的部位；(3)在井控結(jié)構(gòu)中設(shè)置附加的關(guān)閉裝置(如：在較高位置安放附加的剪切/密封閘板)；(4)在安全頭以下用法蘭連接。例如，加強在電纜被切割損傷但還不致于掉落到采油樹閥以下地方的機械完整性；(5)可使用壓井設(shè)備和壓井材料。

4 井控工作程序和鉆井

4.1 井控工作程序

測井作業(yè)應(yīng)做好井控工作。表2說明易發(fā)生問題時應(yīng)該采用的井控工作程序。

4.2 井控工作的鉆井作業(yè)

鉆井作業(yè)應(yīng)在作業(yè)開始用2個輪換班(both shifts)和以后每周1次的2個輪換班之前進行并完成。

4.3 三級注脂技術(shù)的應(yīng)用

下井電纜高壓動密封是生產(chǎn)測井帶壓作業(yè)和分簇帶壓射孔、帶壓穿孔作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到作業(yè)的安全和井場環(huán)保。電纜高壓動密封的有效辦法是往阻流管與電纜間隙以及電纜鋼絲間隙中泵注密封脂，以形成間隙高壓阻止井口壓力泄漏。國內(nèi)使用“一級注脂”，最近川渝頁巖氣區(qū)塊等電測和分簇帶壓射孔作業(yè)中發(fā)現(xiàn)“一級注脂”不能滿足要求，為此研究與應(yīng)用了“三級注脂”創(chuàng)新技術(shù)。典型的三級注脂動密封控制系統(tǒng)包括3級密封，即：電纜由上至下穿過注脂頭的防噴盒、5根上阻流管、3根下阻流管；每根下阻流管對應(yīng)每級注脂。注脂頭以下依次與抓卡器、防噴管、捕集器、試注短節(jié)、閘板防噴器、井口裝置連接。用泵注入密封脂，通過注脂管線和注脂頭在上、下阻流管之間以一定的壓力和排量注入密封脂，在阻流管內(nèi)形成“高壓帶”來平衡井口壓力。三級注脂動密封技術(shù)的關(guān)鍵在于針對不斷變化的井口壓力，能夠快速設(shè)定各級注脂壓力來實現(xiàn)可靠動密封。為此要建立三級注脂系統(tǒng)的注脂壓力與排量的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過求解對比，選出最優(yōu)方案。密封脂屬于非牛頓流體中的賓漢流體。因此，密封脂在注入管內(nèi)的壓降和回油管內(nèi)的壓降可根據(jù)賓漢流體圓管層流壓降公式計算。由于阻流管內(nèi)壁要磨損，電纜會偏心而增大密封脂消耗量，所以要根據(jù)賓漢流體偏心圓環(huán)層流壓降公式計算。目前，該技術(shù)已在長寧—威遠、焦石壩等頁巖氣分簇帶壓射孔作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用近百井次，效果很好?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，實際注脂壓力需要考慮起下電纜和電纜粗細不均的影響，在理論計算值的基礎(chǔ)上提高2%～10%，能夠提高密封效果［9-11］。

表2 測井作業(yè)的井控工作程序Table 2 Well control procedure of log operation

4.4 其他項目

有形成水合物風(fēng)險時應(yīng)使用水合物－抑制液來防止/防治水合物生成。

5 結(jié)論

(1)闡述了用井筒屏障組件構(gòu)成的電測作業(yè)井筒屏障及其要求，建議在作業(yè)施工按標準執(zhí)行。

(2)電測作業(yè)的井控非常重要，特別是電纜高壓動密封技術(shù)。在中國頁巖氣井應(yīng)用的三級注脂動密封新技術(shù)取得了很好的應(yīng)用效果，建議進一步推廣應(yīng)用。