測(cè)井電纜綜合受力分析與防范措施

王相森

摘要：測(cè)井電纜在受拉力情況下會(huì)產(chǎn)生拉伸現(xiàn)象，不同生產(chǎn)廠家、不同型號(hào)的電纜伸長(zhǎng)系數(shù)不同。通過對(duì)井下測(cè)井儀器和測(cè)井電纜的受力分析，根據(jù)測(cè)井張力變化和電纜拉伸量之間的關(guān)系，提出一種可以準(zhǔn)確計(jì)算測(cè)井電纜拉伸系數(shù)的方法，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：測(cè)井電纜;受力分析;防范措施

1 計(jì)算原理

在不同張力條件下，由于電纜拉伸程度不同，測(cè)井儀器測(cè)量井下某一標(biāo)志性特征（如短套管、分級(jí)箍、同位素標(biāo)簽等），會(huì)得到不同的深度結(jié)論。通過對(duì)比2次測(cè)井的深度差，結(jié)合2次測(cè)井電纜所受不同的張力，就能計(jì)算出正在使用的這種電纜的實(shí)際拉伸系數(shù)。勻速測(cè)井過程中，電纜張力等于測(cè)井儀器重量、電纜重量、電纜和測(cè)井儀器所受浮力、電纜和測(cè)井儀器與井壁產(chǎn)生的摩擦力、電纜和測(cè)井儀器與鉆井液之間的動(dòng)切力的合力，電纜、測(cè)井儀器保持勻速運(yùn)動(dòng)。井下儀器串自重是恒定數(shù)值，不會(huì)改變。對(duì)于井下某一特定位置，電纜展開長(zhǎng)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(cè)井過程中，當(dāng)測(cè)井儀器通過井中某標(biāo)志物瞬間，井中電纜和測(cè)井儀器排開鉆井液的體積也是一定的。

2 測(cè)井原理及誤差分析

馬丁代克測(cè)深系統(tǒng)主要由深度輪、夾持機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)光電編碼器，控制系統(tǒng)等組成，其測(cè)量原理是將待測(cè)長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為測(cè)量深度輪的周長(zhǎng)，因此測(cè)量時(shí)的誤差主要是來(lái)源于深度輪。

2.1 深度輪測(cè)量原理

深度輪測(cè)量原理是一對(duì)深度輪夾著電纜，電纜的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)深度輪旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，深度輪上安裝的與之同軸的光電旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)而開始輸出脈沖信號(hào)，通過計(jì)算輸出脈沖數(shù)量，可以得到電纜運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。

2.2 深度輪磨損影響因素

通常深度輪使用一段時(shí)間后，由于深度輪與電纜之間的摩擦而導(dǎo)致深度輪表面出現(xiàn)磨損。深度輪表面磨損后的情況，通過肉眼就能明顯觀察到深度輪的磨損痕跡。通過對(duì)深度輪測(cè)量原理的深入分析，可知深度輪周長(zhǎng)的變化是深度輪測(cè)量誤差的主要原因。

2.3 電纜所受拉力影響因素

在實(shí)際工作中，電纜在運(yùn)動(dòng)過程中必然會(huì)受到拉力作用，從而導(dǎo)致電纜發(fā)生拉伸形變。因此在實(shí)際測(cè)量過程中，需要減小拉力對(duì)測(cè)量深度造成的誤差。假設(shè)電纜形變長(zhǎng)度為Δl，此時(shí)電纜運(yùn)行的真實(shí)長(zhǎng)度為L(zhǎng)+Δl。

3 光柵尺校正深度輪誤差方法

通過分析馬丁代克測(cè)量系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因，以及由于深度輪在一周上的磨損具有不均勻性、拆卸復(fù)雜且需專業(yè)人員與專業(yè)設(shè)備等因素，在實(shí)際測(cè)量過程中不能簡(jiǎn)單的只考慮以深度輪的周長(zhǎng)作為誤差校正依據(jù)而通過測(cè)量其磨損后的周長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行誤差校正。

4 實(shí)施條件

為計(jì)算精確，深度記錄系統(tǒng)采用光電編碼，光柵數(shù)不少于300/ft。測(cè)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(zhǔn)確關(guān)系，減少井眼情況對(duì)張力的影響，應(yīng)在油井套管段進(jìn)行計(jì)算。井內(nèi)要有短套管、分級(jí)箍、同位素標(biāo)簽等標(biāo)志物。如果是裸眼井，需有3 000 m以上的技術(shù)套管。測(cè)井深度系統(tǒng)計(jì)量要精準(zhǔn)，誤差在0.5‰以內(nèi)。張力計(jì)的計(jì)量要準(zhǔn)確，選擇無(wú)風(fēng)、干燥的天氣進(jìn)行計(jì)算。

5 計(jì)算過程

5.1 測(cè)量電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長(zhǎng)度L

在下放測(cè)井儀器過程中，當(dāng)電纜總張力超過1 000 lbf后，地滑輪與電纜滾筒之間電纜下垂現(xiàn)象消失，呈一條直線。此時(shí)，緩慢停絞車，在即將脫離電纜滾筒的電纜處做一個(gè)明顯記號(hào)，并記錄此時(shí)絞車顯示深度為D0-1。繼續(xù)緩慢下放測(cè)井儀器，當(dāng)電纜上的記號(hào)到達(dá)與鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面平齊位置時(shí)，停住絞車，記錄此時(shí)的絞車顯示深度為D0-2，電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=D0-2-D0-1

5.2 下放測(cè)井，測(cè)量井中某一標(biāo)志物的深度D1

在距離標(biāo)志物以上50 m處，開始記錄測(cè)井曲線，下放速度不能超過20 m/min，且勻速。當(dāng)標(biāo)志物磁定位（或其他參考曲線）特征顯示到測(cè)井系統(tǒng)監(jiān)視屏后，繼續(xù)向下測(cè)量50 m，緩慢停住絞車并停止記錄。打開下放測(cè)井記錄到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件，讀出標(biāo)志物對(duì)應(yīng)磁定位（或其他參考曲線）的深度D1及對(duì)應(yīng)的張力T1。

5.3 上提測(cè)井，測(cè)量井中同一標(biāo)志性特征的深度D2

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

打開上提測(cè)井記錄到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件，讀出標(biāo)志物對(duì)應(yīng)磁定位（或其它參考曲線）的深度D2及對(duì)應(yīng)的張力T2。

5.4 計(jì)算電纜拉伸系數(shù)E

由于井中標(biāo)志物到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面的距離（標(biāo)志物深度）是一個(gè)恒定數(shù)值，下放測(cè)井與上提測(cè)井得到不同的深度結(jié)果是因?yàn)?次測(cè)井電纜所受張力不同，電纜拉伸量產(chǎn)生差異。

不同張力條件下，電纜拉伸量的差為ΔL1=D1-D2。由于上提測(cè)井電纜張力大于下放測(cè)井，ΔL1即為上提測(cè)井時(shí)增加的張力作用在從電纜滾筒到井下標(biāo)志物這段電纜（D1+L）后對(duì)電纜產(chǎn)生的額外拉伸長(zhǎng)度。所以，正在使用的這種電纜拉伸系數(shù)E為E=ΔL1/[（T2-T1）·（D1+L）]·106。式中，深度、長(zhǎng)度單位均為m，張力單位為lbf。×106轉(zhuǎn)換為電纜km·klbf拉伸量，即電纜拉伸系數(shù)。

5.5 計(jì)算方法的計(jì)算誤差

式中ΔL1，D1和L都來(lái)源于測(cè)井隊(duì)的深度系統(tǒng)，假設(shè)該測(cè)井隊(duì)的深度系統(tǒng)誤差為a‰，那么在式中當(dāng)計(jì)算ΔL1/（D1+L）后，a‰的誤差可以抵消。式中T2和T1來(lái)源于測(cè)井隊(duì)張力系統(tǒng)假設(shè)該測(cè)井隊(duì)張力系統(tǒng)誤差為b%，那么通過式計(jì)算的電纜拉伸系數(shù)E就會(huì)有誤差。綜上所述，通過該方法計(jì)算電纜拉伸系數(shù)誤差取決于測(cè)井隊(duì)張力系統(tǒng)誤差，這個(gè)誤差在該計(jì)算方法實(shí)際應(yīng)用得到的電纜拉伸系數(shù)計(jì)算卡點(diǎn)深度時(shí)也會(huì)得到消除。假設(shè)某測(cè)井小隊(duì)在測(cè)井施工中，測(cè)井電纜在某深度點(diǎn)卡死，測(cè)井工程師采用SY/T5361—2007所給公式計(jì)算卡點(diǎn)深度。由于上述測(cè)井小隊(duì)張力系統(tǒng)誤差為b%，實(shí)際增加的電纜張力值為ΔT′那么會(huì)有以下關(guān)系ΔT′=ΔT·（1+b%）所以，對(duì)特定的測(cè)井小隊(duì)來(lái)講，在測(cè)井儀器或電纜在井下遇卡后，采用該計(jì)算方法得到的電纜拉伸系數(shù)計(jì)算卡點(diǎn)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(duì)的，在計(jì)算過程中會(huì)抵消，所以也會(huì)得到準(zhǔn)確的卡點(diǎn)深度。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提供的方法，針對(duì)某一特定的已裝備電纜，計(jì)算出該電纜的拉伸系數(shù)，應(yīng)用該種方法計(jì)算得到的電纜拉伸系數(shù)從理論上消除了深度系統(tǒng)和張力系統(tǒng)的誤差對(duì)計(jì)算卡點(diǎn)深度的影響，為測(cè)井小隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)深度校正、井下復(fù)雜處理提供了理論依據(jù)和實(shí)際支撐。隨著電纜使用時(shí)間的增長(zhǎng)和電纜鋼絲的磨損或使用環(huán)境的變化（井內(nèi)溫度、鉆井液等影響），測(cè)井電纜拉伸系數(shù)會(huì)產(chǎn)生微改變，只要掌握本文提供的計(jì)算方法，定期計(jì)算，就能及時(shí)掌握測(cè)井小隊(duì)所使用的電纜的拉伸系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì). 中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：測(cè)井電纜穿心打撈操作規(guī)程：SY/T5361—2007 [S]. 北京：石油工業(yè)出版社，2007.