FITS過(guò)鉆具測(cè)井系統(tǒng)性能及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

張炳軍,曹孟鑫,李華鋒,高波,朱倩萍,張文黎

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西西安710077;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司,陜西高陵710201)

0 引 言

油田開發(fā)過(guò)程中大位移水平井、大斜度井逐漸增多,這些井通常具備表套淺、表套口附近裸眼段井斜大、造斜點(diǎn)過(guò)淺、井況復(fù)雜、水平段位移長(zhǎng)等特點(diǎn),且常出現(xiàn)一些阻卡非常嚴(yán)重的復(fù)雜井,傳統(tǒng)的濕接頭水平井測(cè)井工藝,存在著對(duì)接失敗的風(fēng)險(xiǎn)[1-5]。針對(duì)一些井況復(fù)雜的水平井,過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井具有高時(shí)效、低風(fēng)險(xiǎn)和低成本的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。FITS過(guò)鉆具測(cè)井系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱FITS)是中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司自主研制的CPLog統(tǒng)一品牌下的過(guò)鉆具測(cè)井裝備。FITS由一套能夠通過(guò)鉆具水眼的,直徑為57 mm的完井測(cè)井系列儀器,和一套過(guò)鉆具特殊工具組合而成;具有電纜測(cè)井和無(wú)纜存儲(chǔ)測(cè)井2個(gè)模式,配套了電纜、泵送(出)過(guò)鉆桿(頭)和回收式保護(hù)套工器具等3種施工工藝,適用于疑難井、長(zhǎng)水平井等復(fù)雜井況下的測(cè)井資料采集[1]。2020年該測(cè)井系統(tǒng)在鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長(zhǎng)7頁(yè)巖油區(qū)塊應(yīng)用45口井,取得良好應(yīng)用效果。在介紹FITS特征及可靠性基礎(chǔ)上,分析了其在長(zhǎng)慶油田應(yīng)用效果及性能提升,對(duì)于推進(jìn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的過(guò)鉆具測(cè)井系統(tǒng),提高國(guó)產(chǎn)測(cè)井儀器的實(shí)際應(yīng)用能力具有重要的意義。

1 FITS簡(jiǎn)介

1.1 地面系統(tǒng)

FITS地面系統(tǒng)主要由DCS600直流電源面板、FITS深度與纜芯安全控制面板、深度張力采集箱、數(shù)據(jù)讀取箱、SDDP機(jī)箱等組成,有柜式箱體系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng),具有集成度高、體積小、移動(dòng)方便等特點(diǎn),系統(tǒng)每個(gè)面板都是獨(dú)立的功能模塊,與測(cè)井計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交互均基于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;支持存儲(chǔ)式測(cè)井儀器供電和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集功能。

1.2 井下儀器

FITS常規(guī)組合井下儀器由高速遙傳、無(wú)線通信捕捉儀、伽馬連斜、自然電位、四臂井徑、雙側(cè)向、補(bǔ)償中子、巖性密度組成。一次組合測(cè)井作業(yè)可以測(cè)量雙側(cè)向、密度、中子、聲波、自然伽馬、自然電位、井徑、連斜等測(cè)井項(xiàng)目。輔助短節(jié)有馬龍頭、三參數(shù)、偏心器、扶正器、柔性短節(jié)、旋轉(zhuǎn)短節(jié)、絕緣短節(jié)、硬電極、上承壓短節(jié)、下承壓短節(jié)等。配套工藝工具有旁通短節(jié)、專用鉆頭、保護(hù)艙、可回收式儀器保護(hù)套等。FITS最高耐溫電纜測(cè)井175 ℃/30 h、存儲(chǔ)式測(cè)井150 ℃/30 h;最大耐壓140 MPa;外徑57 mm;傳輸速率上行通道≥1 000 kbit/s、下行通道≥50 kbit/s;儀器其他技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)技術(shù)要求。

1.3 組合方式及測(cè)井模式

測(cè)井儀器可根據(jù)需要進(jìn)行組合測(cè)井,根據(jù)長(zhǎng)慶油田實(shí)際地質(zhì)情況,在生產(chǎn)中按照低孔隙度、低滲透率常規(guī)砂泥巖和非常規(guī)頁(yè)巖油測(cè)井需求及鉆井液性質(zhì)確定儀器系列組合方式。常用的儀器組合方式是自然伽馬、連斜、井徑、補(bǔ)償中子、巖性密度、雙側(cè)向(陣列感應(yīng))、補(bǔ)償聲波測(cè)井等。不同性質(zhì)的鉆井液,選擇不同的電阻率測(cè)井系列,鹽水鉆井液采用雙側(cè)向測(cè)井,淡水鉆井液采用陣列感應(yīng)測(cè)井。FITS的2種測(cè)量模式為電纜測(cè)井和無(wú)纜存儲(chǔ)測(cè)井;3種測(cè)井施工工藝分別是電纜測(cè)井、泵送過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井和鉆桿輸送回收式保護(hù)套泵出式存儲(chǔ)式測(cè)井。電纜測(cè)井主要在定向井中施工,電纜懸吊儀器測(cè)井與常規(guī)電纜測(cè)井相同;電纜泵送過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井和鉆桿輸送泵出式存儲(chǔ)式測(cè)井均適用于疑難井、長(zhǎng)水平井等復(fù)雜井況下測(cè)井資料采集,安全性高,可以隨時(shí)回收儀器。二者的區(qū)別在于前者儀器入井時(shí)間短,儀器利用周轉(zhuǎn)效率高,但受鉆桿水眼的限制?，F(xiàn)場(chǎng)施工中根據(jù)不同的井型、井況選擇不同的測(cè)井工藝模式,可實(shí)現(xiàn)快速測(cè)井作業(yè)。

2 FITS過(guò)鉆具測(cè)井系統(tǒng)可靠性分析

在標(biāo)準(zhǔn)井中對(duì)FITS的整體性能以及單支儀器的可靠性做了全面的評(píng)價(jià);FITS在標(biāo)準(zhǔn)井或探評(píng)井中與LOGIQ、ECLIPS5700、CPLog等外徑為90 mm的儀器及ThruBit外徑為54 mm的儀器進(jìn)行“三性一化”的對(duì)比評(píng)價(jià),表現(xiàn)出較高的重復(fù)性和一致性。

2.1 重復(fù)性對(duì)比分析

FITS投產(chǎn)前,在模擬井和定向井中對(duì)儀器的重復(fù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià),均表現(xiàn)出了很高的穩(wěn)定性。模擬井砂泥巖地層中對(duì)FITS的雙側(cè)向、聲波時(shí)差、自然伽馬、自然電位、井徑、陣列感應(yīng)等常規(guī)測(cè)井重復(fù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià);巖性密度、補(bǔ)償中子、連斜等測(cè)井項(xiàng)目的重復(fù)性評(píng)價(jià)是在3口定向試驗(yàn)井中進(jìn)行的;同一口定向試驗(yàn)井中主測(cè)井段和重復(fù)測(cè)井段測(cè)量深度基本相同,目的是進(jìn)行重復(fù)性評(píng)價(jià)時(shí),按照不同巖性、不同井深、不同測(cè)井響應(yīng)值多井段重復(fù)性分析,這樣即可對(duì)測(cè)井儀器的重復(fù)性評(píng)價(jià),還可以評(píng)價(jià)儀器在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性,在2井次的模擬井和3井次的試驗(yàn)井中,主測(cè)井與重復(fù)測(cè)井曲線形態(tài)一致,同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行了重復(fù)性誤差分析;不同測(cè)井項(xiàng)目的重復(fù)性誤差與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ST/Y 5132進(jìn)行了對(duì)比,重復(fù)性誤差均達(dá)到儀器設(shè)計(jì)要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ST/Y 5132質(zhì)量要求[6-7],FITS的重復(fù)性和穩(wěn)定性合格。圖1是在模擬井中對(duì)雙側(cè)向、聲波時(shí)差、自然伽馬等測(cè)井項(xiàng)目的主測(cè)井與重復(fù)測(cè)井對(duì)比圖。圖2是聲波測(cè)井和深側(cè)向測(cè)井的主曲線與重復(fù)曲線的交會(huì)圖,并對(duì)其重復(fù)性誤差進(jìn)行了分析,深側(cè)向重復(fù)性相對(duì)誤差為3.21%,聲波時(shí)差曲線滲透層重復(fù)絕對(duì)誤差是-2～3 μs/m。

圖1 FITS儀器雙側(cè)向和聲波測(cè)井重復(fù)性對(duì)比

圖2 聲波測(cè)井和深側(cè)向測(cè)井的主曲線與重復(fù)曲線的交會(huì)圖

2.2 一致性對(duì)比分析

圖3 2支深側(cè)向測(cè)井儀器一致性及其誤差直方圖

一致性對(duì)比遵循分段進(jìn)行,分段選取的原則同重復(fù)性分段選取一樣,按照不同巖性、不同井深、不同測(cè)井響應(yīng)值選取一致性對(duì)比段;對(duì)比內(nèi)容包括曲線形態(tài)和測(cè)量數(shù)值的絕對(duì)誤差分析,主要體現(xiàn)儀器的一致性、穩(wěn)定性和測(cè)量范圍。FITS投產(chǎn)前在模擬井中不僅對(duì)該系統(tǒng)的2支相同儀器之間的一致性進(jìn)行了分析,還對(duì)比分析了與ThruBit儀器測(cè)井裝備之間的一致性。在定向試驗(yàn)井中FITS與EILog、LOGIQ等測(cè)井裝備進(jìn)行了一致性對(duì)比;無(wú)論FITS自身儀器一致性對(duì)比還是與其他測(cè)井裝備一致性對(duì)比,均表現(xiàn)出較高的一致性。圖3是FITS在模擬井中針對(duì)2支雙側(cè)向儀器之間的一致性與絕對(duì)誤差直方圖,相關(guān)系數(shù)在0.99以上,測(cè)量值絕對(duì)誤差在1.0 Ω·m內(nèi);同一系統(tǒng)內(nèi)2支儀器間的一致性很可靠,絕對(duì)誤差均能滿足解釋評(píng)價(jià)要求。

圖4 X井FITS與CPLog測(cè)井曲線一致性對(duì)比圖*非法定計(jì)量單位,1 b/eV=6.241 46×10-10 m2/J,下同

在FITS推廣過(guò)程中,分別在試驗(yàn)定向井中與外徑90 mm的CPLog、LOGIQ測(cè)井儀器進(jìn)行常規(guī)測(cè)井項(xiàng)目一致性對(duì)比。X井是一口石油預(yù)探井,井眼尺寸是8.5 in[注]非法定計(jì)量單位,1 in=25.4 mm,下同,選擇井徑相對(duì)規(guī)則井段進(jìn)行FITS與CPLog儀器一致性對(duì)比,二者測(cè)井曲線形態(tài)、測(cè)量數(shù)值基本一致(見(jiàn)圖4)。2 186.0～2 191.4 m和2 196.6～2 203.4 m砂巖井段,井徑規(guī)則無(wú)擴(kuò)徑,2種儀器所測(cè)得曲線形狀一致,數(shù)值接近,均呈現(xiàn)低電阻率高侵入特征,對(duì)比良好。FITS的光電吸收截面指數(shù)曲線測(cè)量值略微偏高,巖性密度曲線和補(bǔ)償中子對(duì)井徑擴(kuò)徑比較敏感,擴(kuò)徑處測(cè)量值偏低更多,與儀器外徑較小有關(guān),2種儀器一致性良好。

2.3 測(cè)量精度分析

2.3.1縱向分層能力

YX井是一口石油預(yù)探井,FITS在綜合段1 085.0～2 200.0 m與LOGIQ儀器進(jìn)行了對(duì)比測(cè)井。圖5中1 900.0～1 940.0 m井段為長(zhǎng)7地層鉆井取心段。取心顯示砂泥薄互層,測(cè)井處理的砂泥巖厚度與巖心描述的砂泥巖厚度基本一致,測(cè)井解釋剖面與巖心剖面具有很高的對(duì)應(yīng)性;FITS的自然伽馬、三孔隙度和陣列感應(yīng)測(cè)井均能識(shí)別出砂泥薄互層,其縱向分辨率能達(dá)到0.5 m;該井長(zhǎng)6～長(zhǎng)8段地層1 780.0～2 100.0 m鉆井取心段砂巖層總厚70.9 m,FITS測(cè)井曲線識(shí)別砂巖厚度分別是67.0 m,巖性剖面符合率達(dá)到95.06%。FITS密度測(cè)井與巖心分析密度進(jìn)行一致性對(duì)比,二者形狀與數(shù)值同樣具有較高吻合度,FITS所測(cè)密度曲線計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度一致性好。FITS密度測(cè)井采集精度較高,其縱向分辨率和測(cè)量精度均能達(dá)到解釋評(píng)價(jià)要求。

圖5 YX井FITS縱向分辨率與巖心對(duì)比*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

2.3.2物性參數(shù)計(jì)算精度

圖6 YX井FITS與LOGIQ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的孔隙度對(duì)比

對(duì)于取心的井可以利用取心資料分析儀器的測(cè)量精度。利用預(yù)探井YX井的巖心物性分析數(shù)據(jù),同樣的解釋模型,在長(zhǎng)8地層分別用FITS和LOGIQ的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算取心段的物性參數(shù)和含水飽和度,與巖心物性分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。從圖6可見(jiàn),FITS所測(cè)聲波時(shí)差和密度交會(huì)計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度一致性好,且吻合程度要高于LOGIQ。滲透率計(jì)算,還需用到自然電位、電阻率等其他測(cè)井曲線,通過(guò)滲透率與巖心分析的滲透率對(duì)比,可以評(píng)價(jià)儀器的其他測(cè)井曲線的采集精度。圖6中FITS計(jì)算的滲透率與巖心分析的滲透率吻合度明顯高于LOGIQ;LOGIQ計(jì)算的物性參數(shù)低于巖心分析的滲透率;FITS計(jì)算的物性參數(shù)與巖心分析的物性參數(shù)很接近。對(duì)FITS計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度誤差進(jìn)行分析,誤差在±1個(gè)孔隙單位內(nèi)[8-9]。FITS物性參數(shù)計(jì)算精度可以滿足頁(yè)巖油、超低滲透儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)需求。

3 儀器應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3.1 儀器性能穩(wěn)定施工安全

2020年4月至8月進(jìn)行配套FITS試驗(yàn),經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)井和直井的試驗(yàn)對(duì)比,不斷完善FITS配套工具及工藝流程,確保了FITS順利推廣應(yīng)用;在試驗(yàn)對(duì)比中解決各類問(wèn)題42項(xiàng),系統(tǒng)優(yōu)化及儀器性能提升5項(xiàng);聲波儀器在水平井中因儀器長(zhǎng)度、材質(zhì)問(wèn)題及扶正器的問(wèn)題,導(dǎo)致聲波源距發(fā)生變化,聲波測(cè)量數(shù)值偏低;通過(guò)優(yōu)化聲波儀器的外殼材質(zhì)、儀器扶正器及算法,校正聲波測(cè)量值[10-12]。改進(jìn)巖性密度和補(bǔ)償中子的刻度裝置及源倉(cāng)設(shè)計(jì)[13-15],實(shí)現(xiàn)放射性測(cè)井的安全施工。

3.2 一次成功率和曲線優(yōu)等品率高

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)井的測(cè)試以及生產(chǎn)井的檢驗(yàn),井下儀器的重復(fù)性、一致性符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),能夠滿足生產(chǎn)要求;地面系統(tǒng)的性能穩(wěn)定可靠,簡(jiǎn)潔的操作界面更易掌握。正式投產(chǎn)以后,2020年共測(cè)井45口,其中40口水平井,5口大斜井,全部采用過(guò)鉆具方式。下井一次成功率97.82%;總曲線條數(shù)536條,優(yōu)等曲線517條,優(yōu)等品率96.46%。

3.3 測(cè)井的時(shí)效性高

應(yīng)用FITS的45口井平均測(cè)量井段長(zhǎng)3 700 m,測(cè)井平均用時(shí)26 h,與傳統(tǒng)濕接頭工藝測(cè)井56 h相比,測(cè)井時(shí)效提高53%。FITS電纜泵送過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井時(shí),鉆井隊(duì)用鉆桿輸送回收式保護(hù)套工器具至井底,測(cè)井隊(duì)用電纜輸送儀器過(guò)鉆桿水眼至保護(hù)套工器具,然后釋放儀器,回收電纜,加壓儀器出保護(hù)套后開始上提鉆桿測(cè)井。這種過(guò)保護(hù)套測(cè)井工藝與其他鉆具輸送存儲(chǔ)測(cè)井工藝相比,提高了測(cè)井隊(duì)伍的周轉(zhuǎn)率。

4 結(jié) 論

(1)FITS在長(zhǎng)慶油田試驗(yàn)對(duì)比及在頁(yè)巖油水平井的規(guī)模應(yīng)用中,儀器性能有了很大的提升,提高了在復(fù)雜井況和復(fù)雜井型條件下進(jìn)行安全、高效的施工作業(yè)能力和裝備保障能力;在放射性源施工安全保障上具備明顯的優(yōu)勢(shì),具有較強(qiáng)的適用性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性。

(2)FITS性能穩(wěn)定可靠,施工安全,一次下井成功率高,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)井的測(cè)試以及生產(chǎn)井的檢驗(yàn),井下儀器的重復(fù)性、一致性符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);它的2種模式3種施工工藝,為復(fù)雜井況資料采集提供了一種可靠解決方案。

(3)FITS所測(cè)曲線計(jì)算的儲(chǔ)層參數(shù)精度高,其所測(cè)聲波時(shí)差、密度曲線計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度誤差在±1個(gè)孔隙單位內(nèi),達(dá)到儀器精度要求,而且一次作業(yè)成功率和曲線優(yōu)等品率高,測(cè)井資料合格率達(dá)100%。

(4)FITS測(cè)井時(shí)效高,回收式保護(hù)套工器具測(cè)井工藝與傳統(tǒng)濕接頭工藝相比,測(cè)井時(shí)效提高了53%,提高了測(cè)井隊(duì)的周轉(zhuǎn)率。