測(cè)井工藝技術(shù)的發(fā)展與探析

張炳軍，宋宇，馬正江，謝昱北，楊新宏，高峰

（1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井技術(shù)研究院，北京 102206；2.中油石油天然氣集團(tuán)有限公司測(cè)井技術(shù)試驗(yàn)基地，陜西 西安 710077；3.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司制造公司，陜西 西安 710077；4.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司市場(chǎng)生產(chǎn)處，陜西 西安 710077；5.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司新疆分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引 言

測(cè)井工藝技術(shù)指通過測(cè)井絞車、鉆機(jī)、連續(xù)管等裝備和相應(yīng)的配套工具實(shí)現(xiàn)測(cè)井儀器入出井筒完成測(cè)井資料采集的方式方法，包括以工器具為主的測(cè)井工藝配套技術(shù)和以施工作業(yè)為主的施工工藝技術(shù)，涵蓋了從測(cè)井準(zhǔn)備、儀器入井、資料錄取及事故復(fù)雜處理等全過程的工藝技術(shù)體系，它隨著測(cè)井裝備技術(shù)發(fā)展而發(fā)展、鉆完井井筒技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步。

隨著油氣田開發(fā)的深入，勘探開發(fā)對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，與之相關(guān)的各種新型鉆井工藝被運(yùn)用，測(cè)井環(huán)境和井身結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，直井、大斜度井、水平井都已成為主要井型[1-3]。發(fā)展并采用電纜測(cè)井方法獲得垂直井井周的地層信息；發(fā)展并采用隨鉆測(cè)井方法解決大斜度井和水平井測(cè)井的難題；發(fā)展并應(yīng)用過鉆具測(cè)井方法和工藝技術(shù)解決隨鉆測(cè)井技術(shù)受限及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的可靠性等問題，并在應(yīng)用實(shí)踐中得到了發(fā)展細(xì)分，形成了系列化的測(cè)井工藝技術(shù)。這就要求測(cè)井工程師在測(cè)井前根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源、環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)政策等具體情況，針對(duì)不同井段的特點(diǎn)，選擇最合適的儀器系列和工藝技術(shù)，提高測(cè)井效率和質(zhì)量。

1 測(cè)井工藝技術(shù)的發(fā)展歷程和技術(shù)路線

1927年9月5日，斯倫貝謝兄弟通過電纜將儀器下入到井中，測(cè)出了世界上第一條測(cè)井曲線。這項(xiàng)技術(shù)的突破讓斯倫貝謝公司成為世界上第一家測(cè)井油服公司，電纜測(cè)井工藝技術(shù)也在過去90多年里發(fā)揮了重要作用。

1930年Dallas地球物理公司提出隨鉆測(cè)井概念，1978年TELECO公司開發(fā)出第一套商業(yè)化的MWD（Measurement While Drilling）系統(tǒng)——TELECO定向MWD系統(tǒng)，1986年Gearhart公司首次推出了側(cè)向與鉆頭電阻率測(cè)井儀器，1989年斯倫貝謝公司推出三組合測(cè)井儀器和相應(yīng)配套軟件，推進(jìn)了隨鉆測(cè)井技術(shù)快速發(fā)展。

20世紀(jì)80年代末，隨著水平井測(cè)井技術(shù)的研究和應(yīng)用發(fā)展，水平井井筒環(huán)境的復(fù)雜化給測(cè)井工藝技術(shù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。1986年斯倫貝謝公司申請(qǐng)了一種用于實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)中應(yīng)用多個(gè)電導(dǎo)體連接器組件的專利技術(shù)，在此基礎(chǔ)上形成了鉆具輸送電纜濕接頭測(cè)井工藝技術(shù)。

21世紀(jì)，隨著水平井鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鉆具輸送電纜濕接頭測(cè)井工藝技術(shù)難以滿足復(fù)雜井筒環(huán)境的采集需求（見圖1）。2007年威德福公司在收購(gòu)李維斯油田服務(wù)公司Compact測(cè)井技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成了Ф57 mm超小直徑、135 ℃/103 MPa過鉆桿測(cè)井儀器[3]，2008年過鉆頭有限責(zé)任公司（于2011年被斯倫貝謝公司收購(gòu)）隨后研制開發(fā)的Ф54 mm 超小直徑過鉆頭測(cè)井系列，形成了國(guó)外有代表性的威德福公司Compact系列和斯倫貝謝公司ThruBit系列[3]。中國(guó)企業(yè)也加大了在該項(xiàng)技術(shù)上的研發(fā)投入，2012年勝利偉業(yè)公司研制的SL-6000 LWF過鉆桿測(cè)井系列配套了鉆桿保護(hù)套工藝，2018年專業(yè)化重組后的中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司在大慶鉆探工程公司過鉆桿測(cè)井儀器的基礎(chǔ)上陸續(xù)研制了Ф57 mm和Ф55 mm的FITS多模式過鉆具成像測(cè)井系列[4]，配套了電纜、過鉆桿、過鉆頭和鉆桿保護(hù)套等多模式測(cè)井的工具和工藝技術(shù)。

圖1 測(cè)井工藝技術(shù)發(fā)展路線

2 主體工藝技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用條件

2.1 電纜測(cè)井工藝技術(shù)

電纜測(cè)井應(yīng)用測(cè)井絞車將與電纜連接的儀器下放到井中采集井下數(shù)據(jù)，電纜從地面測(cè)井裝置傳輸電力和控制指令，并在裝置和井下儀器之間提供實(shí)時(shí)、雙向的通訊，具有速度快、數(shù)據(jù)直讀、經(jīng)濟(jì)高效、剖面連續(xù)等特點(diǎn)。該工藝的核心是通過儀器自重入井，適用于直井和小斜度井。近些年，根據(jù)測(cè)量環(huán)境和條件的變化，發(fā)展出適用于深井測(cè)井的高強(qiáng)度電纜，適用于帶壓密封測(cè)井的單芯電纜、光滑電纜、數(shù)字鋼絲電纜，適用于大斜度井測(cè)井的硬電纜，適用于大斜度井、水平井測(cè)井的組合電纜、爬行器、穿纜連續(xù)油管。但針對(duì)超深、極深井的復(fù)雜井況以及大斜度井、水平井的復(fù)雜井型，多樣化的鉆具組合導(dǎo)致電纜不能下放到目的層深度，電纜測(cè)井失去優(yōu)勢(shì)。為此研發(fā)了鉆具輸送濕接頭電纜測(cè)井工藝技術(shù)。

2.2 鉆具輸送濕接頭電纜測(cè)井工藝技術(shù)

鉆具輸送濕接頭測(cè)井是將儀器和輔助短節(jié)組合成儀器串，通過轉(zhuǎn)換短節(jié)與鉆具連接，利用鉆具輸送儀器到目的層段上方，測(cè)井電纜通過旁通短節(jié)連接濕接頭母接頭總成，在鉆桿內(nèi)部進(jìn)行電纜濕接頭對(duì)接，完成電纜與測(cè)井儀器的電連接，在鉆桿上提、下放過程中完成測(cè)井作業(yè)（見圖2）。

圖2 鉆具輸送濕接頭測(cè)井工藝

鉆具輸送濕接頭測(cè)井工藝的核心是通過井下濕接頭和旁通短節(jié)實(shí)現(xiàn)鉆具動(dòng)力與電纜測(cè)井的結(jié)合。利用現(xiàn)場(chǎng)鉆具動(dòng)力推送儀器形成鉆具輸送儀器入井技術(shù)；利用旁通轉(zhuǎn)換、鉆具水眼通道和水力泵入鉆井液推力輸送濕接頭入井、對(duì)接形成水力泵送對(duì)接技術(shù)。經(jīng)過近40年的發(fā)展，該工藝配套測(cè)井儀器項(xiàng)目齊全，配套工具可靠、工藝技術(shù)成熟，占大斜度井、水平井等復(fù)雜井測(cè)井施工工藝的40%。

鉆具輸送濕接頭測(cè)井時(shí)旁通以上電纜裸露在鉆桿外，由于電纜的安全性能導(dǎo)致測(cè)井時(shí)旁通不能出表層套管（簡(jiǎn)稱表套），該工藝主要適用于大斜度和水平段總長(zhǎng)度小于表層或技術(shù)套管長(zhǎng)度的水平井[5-6]。在井涌、溢流及井口不正等特定風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜水平井進(jìn)行濕接頭測(cè)井施工時(shí)，存在水平段開泵循環(huán)對(duì)接成功率低、井控及安全風(fēng)險(xiǎn)大、時(shí)效低、成本高等問題。為完成測(cè)井施工，在技術(shù)套管長(zhǎng)度大于1的水平井仍采用鉆具輸送濕接頭測(cè)井，再進(jìn)行多次泵送對(duì)接。例如吉xx井是大斜度井，井深2 373 m，表層套管190 m，375 m狗腿度達(dá)6.1 °、井斜45 °，采用旁通不出表套濕接頭測(cè)井，設(shè)計(jì)下鉆測(cè)井11次，累計(jì)下鉆測(cè)井15趟，通井5次，損傷電纜4盤，測(cè)井一次成功率73.33%，測(cè)井占井時(shí)間達(dá)190 h。為此，研發(fā)了以井下電池供電和存儲(chǔ)技術(shù)為核心的直推存儲(chǔ)式測(cè)井儀器及工藝技術(shù)。

2.3 直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝技術(shù)

直推式存儲(chǔ)測(cè)井采用轉(zhuǎn)換短接連接鉆桿與儀器，通過鉆機(jī)將連接在鉆桿底端的存儲(chǔ)式儀器推送入井測(cè)量。該工藝不需要絞車、電纜，工藝簡(jiǎn)單，測(cè)井時(shí)效高于濕接頭工藝，一次下井可取得下測(cè)和上測(cè)2條測(cè)量曲線，且能基本達(dá)到電纜測(cè)井儀器測(cè)量精度，適用于井眼規(guī)則、井況良好、井壁穩(wěn)定的斜井、大斜度井和水平井[7]。

直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝的缺點(diǎn)：①下鉆過程出現(xiàn)儀器遇阻、遇卡，司鉆無(wú)法實(shí)時(shí)有效識(shí)別，并且儀器剛性強(qiáng)度遠(yuǎn)小于鉆具剛性強(qiáng)度，可能導(dǎo)致儀器損傷、折斷落井；②儀器下井后狀態(tài)不易判斷，儀器故障不能及時(shí)中止和復(fù)測(cè)，所以該工藝在初期主要用于套管井固井質(zhì)量測(cè)量。 近兩年隨著高溫高壓超深井、易噴易漏井?dāng)?shù)量的增多，通過改變儀器外管的厚度、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)促進(jìn)了高強(qiáng)度直推存儲(chǔ)式儀器的快速發(fā)展，較好地控制了儀器井下?lián)p傷的風(fēng)險(xiǎn)，很好地解決了三超井、大斜度井、小井眼井及易噴易漏井等復(fù)雜工況井的資料采集難題，一次下井即可完成所有常規(guī)與特殊項(xiàng)目的測(cè)井作業(yè)。

2020年度塔里木富滿油田因易噴易漏等風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致未測(cè)井比例高達(dá)66.7%，2021年度高強(qiáng)度直推存儲(chǔ)式測(cè)井儀器工藝的推廣有效解決了該問題，測(cè)井率提高30%。但該工藝仍不適用于井壁不穩(wěn)、軌跡復(fù)雜及超長(zhǎng)水平段井的測(cè)量，尤其是化學(xué)源放射性測(cè)井。為了有效解決直推存儲(chǔ)式測(cè)井井下?lián)p傷儀器的風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)了鉆桿保護(hù)套工具和工藝技術(shù)。

2.4 鉆桿保護(hù)套測(cè)井工藝技術(shù)

鉆桿保護(hù)套測(cè)井是在直推存儲(chǔ)式測(cè)井的基礎(chǔ)上將存儲(chǔ)儀器懸掛到大水眼鉆桿或類似鉆桿的保護(hù)套內(nèi)，下鉆過程中測(cè)井儀器與井壁不接觸，鉆桿下放到目的層位底部后，通過投棒（球）剪切或數(shù)控開鎖釋放儀器，再通過水力泵送將儀器推出鉆桿保護(hù)套進(jìn)入裸眼環(huán)境，儀器串落座并懸掛在保護(hù)套底部?jī)?nèi)卡處，上提鉆具完成測(cè)井（見圖3）。具有代表性的儀器是威德福公司的Compact系列[7]。

圖3 鉆桿保護(hù)套測(cè)井工藝

鉆桿保護(hù)套測(cè)井工藝施工相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需絞車及電纜配套，對(duì)井場(chǎng)要求小、對(duì)鉆桿通徑要求低、對(duì)儀器磨損小、作業(yè)成本低。該工藝的缺點(diǎn)：①對(duì)儀器風(fēng)險(xiǎn)管控弱；②儀器在井下高溫高壓環(huán)境時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)儀器的溫壓性能要求高；③當(dāng)出現(xiàn)卡鉆、溢流等復(fù)雜情況時(shí)儀器無(wú)法預(yù)先撈出。因此，不推薦用于井壁不穩(wěn)條件下放射性項(xiàng)目等風(fēng)險(xiǎn)測(cè)井。

2.5 過鉆桿/頭測(cè)井工藝技術(shù)

過鉆桿/頭測(cè)井是利用鉆桿先攜帶保護(hù)倉(cāng)和專用鉆頭到井底并上提預(yù)留安全距離，然后電纜連接改進(jìn)后具備電池供電和存儲(chǔ)功能的小直徑儀器通過鉆桿水眼，依靠?jī)x器自重和水力泵送儀器到鉆具底部，泵出鉆桿，落座并懸掛在內(nèi)卡處，通過專用工具釋放電纜連接裝置，起出電纜后進(jìn)行起鉆測(cè)井（見圖4）。該技術(shù)具有代表性的儀器是斯倫貝謝公司的ThruBit系列。

圖4 過鉆桿/頭測(cè)井工藝流程圖

過鉆桿/頭測(cè)井工藝通過鉆頭通井劃眼完成井眼修復(fù)，實(shí)現(xiàn)通井測(cè)井一趟鉆，縮短了完井時(shí)間；下鉆過程中無(wú)儀器限制，出現(xiàn)卡鉆、溢流等復(fù)雜情況可以安全高效處置；儀器下井和泵出過程中電纜直讀實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保測(cè)井前儀器完好、安全可控；發(fā)生卡鉆、鉆機(jī)故障等可再次下入電纜撈出儀器，為鉆井處置提供便利。該工藝的缺點(diǎn)是對(duì)鉆具水眼要求高，需要鉆具水眼暢通，最小通徑應(yīng)大于儀器串剛性外徑6 mm，且儀器剛性外徑需統(tǒng)一。

2.6 過鉆具測(cè)井工藝技術(shù)

過鉆具測(cè)井是將鉆桿保護(hù)套、過鉆桿/頭等測(cè)井工藝技術(shù)一體化融合，通過工器具的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)配套，按照一井一工藝的施工原則優(yōu)選相適應(yīng)的工器具及工藝流程來(lái)滿足不同條件系列化的測(cè)井作業(yè)。該技術(shù)具有代表性的儀器是中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司的FITS多模式過鉆具成像測(cè)井系列。過鉆具測(cè)井工藝技術(shù)是繼電纜測(cè)井、隨鉆測(cè)井之后的第3種測(cè)井技術(shù)，兼顧電纜測(cè)井的精度時(shí)效與隨鉆測(cè)井的復(fù)雜井況應(yīng)對(duì)能力。其優(yōu)勢(shì)是一套工具具備多種模式施工工藝能力，適應(yīng)不同井型、井況、井眼和鉆具條件下的裸眼井測(cè)井資料采集需求，為復(fù)雜井測(cè)井提供取全取準(zhǔn)資料的可靠解決方案。同時(shí)，該工藝能夠通過過鉆桿水眼打撈回收儀器或保護(hù)套內(nèi)儀器回收再懸掛，能夠適度下壓或旋轉(zhuǎn)鉆具，有利于測(cè)井過程中鉆井卡鉆等復(fù)雜情況的處理。

2.7 隨鉆測(cè)井工藝技術(shù)

隨鉆測(cè)井是將儀器安裝在鉆鋌上，在鉆井的同時(shí)測(cè)量地層巖石物理參數(shù)，并將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)傳送到地面或部分存儲(chǔ)在井下存儲(chǔ)器中。該技術(shù)要求測(cè)井儀器應(yīng)能夠安裝在空間較小的鉆鋌內(nèi)，并能夠承受高溫高壓和鉆井震動(dòng)；安裝儀器的專用鉆鋌應(yīng)具有實(shí)際鉆井所用鉆鋌同樣的強(qiáng)度，還應(yīng)具有用于足夠深井測(cè)井的功率和使用時(shí)間的電源。受傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸速率的限制，現(xiàn)場(chǎng)只將部分必須用于鉆井決策和地層評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，將另一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下存儲(chǔ)器中。隨鉆測(cè)井技術(shù)具有良好的應(yīng)用價(jià)值，可提升石油勘探開發(fā)的效率。與電纜測(cè)井不同，該技術(shù)可適用于較為復(fù)雜的油氣藏測(cè)井。但是如何提高有效數(shù)據(jù)傳輸率、傳感器可靠性和作業(yè)安全性是隨鉆測(cè)井需要重點(diǎn)解決的問題[8-9]。

3 測(cè)井工藝技術(shù)發(fā)展規(guī)律和展望

油氣等資源的勘探開發(fā)對(duì)象轉(zhuǎn)向深層、超深層和極深層，方式轉(zhuǎn)向大斜度井、水平井、超長(zhǎng)水平井及大平臺(tái)井叢，井眼尺寸轉(zhuǎn)向小井眼及超小井眼，測(cè)量環(huán)境轉(zhuǎn)向高溫高壓、超高溫高壓和極高溫高壓。為持續(xù)滿足油田勘探開發(fā)的測(cè)井需求，“雙模式、數(shù)字化、低功耗、高性能”的測(cè)井儀器將陸續(xù)研制配套，與勘探開發(fā)相關(guān)的各種新型測(cè)井工藝被運(yùn)用，安全性更好、可靠性更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的高性能電纜和過鉆具、鉆具直推、連續(xù)油管輸送等工藝技術(shù)持續(xù)升級(jí)配套。根據(jù)油氣藏類型、井筒環(huán)境條件、現(xiàn)場(chǎng)配套資源，選擇適合的測(cè)井方式、配套相應(yīng)的工器具和優(yōu)化施工流程，實(shí)現(xiàn)不同井型、不同井況下安全高效測(cè)井采集的測(cè)井工藝工具優(yōu)選技術(shù)和測(cè)井工藝設(shè)計(jì)技術(shù)將成為近期攻關(guān)方向。

測(cè)井電纜系統(tǒng)轉(zhuǎn)向高強(qiáng)度、高電氣性能的平衡扭矩復(fù)合高性能電纜測(cè)井。斯倫貝謝公司推出了TuffLINE 30000高拉力井下電纜工具，電纜采用了聚合物鎖緊的鎧裝層突破技術(shù)和行業(yè)領(lǐng)先的16 AWG（American Wire Gauge）導(dǎo)體作為纜芯線，可以在12 192 m甚至更深的井中上提重量為80 ～130 kN的工具并進(jìn)行測(cè)井采集。極深井（超萬(wàn)米）的電纜測(cè)井將通過強(qiáng)動(dòng)力絞車系統(tǒng)與分車裝載運(yùn)輸電纜和井口快速魚雷電纜連接技術(shù)的創(chuàng)新配套來(lái)實(shí)現(xiàn)。這也是中國(guó)電纜測(cè)井工藝技術(shù)發(fā)展攻關(guān)的重點(diǎn)方向。

測(cè)井儀器系統(tǒng)轉(zhuǎn)向電纜直讀、井下存儲(chǔ)雙模式的模塊化、一體化和系列化成套系統(tǒng)測(cè)井作業(yè)，存儲(chǔ)測(cè)井技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了測(cè)井儀器低功耗和微幅度信號(hào)的采集能力，促使測(cè)井儀器和工藝轉(zhuǎn)向2個(gè)方向：①以統(tǒng)一剛性外徑的超小直徑（Ф55 mm甚至更?。y(cè)井儀器為核心的過鉆具測(cè)井，測(cè)井儀器性能相當(dāng)于常規(guī)儀器，滿足和適應(yīng)大斜度、水平井等復(fù)雜井測(cè)井需求；②以統(tǒng)一剛性外徑（約Ф90 mm）的高強(qiáng)度測(cè)井儀器為核心的直推存儲(chǔ)測(cè)井，超高溫高壓和強(qiáng)抗拉壓扭性能優(yōu)勢(shì)顯著，可以滿足易噴易漏、深層超深層復(fù)雜井測(cè)井需要。該技術(shù)將逐步取代Ф76 mm左右的小井眼測(cè)井系列并與隨鉆測(cè)井融合，發(fā)展成為通井測(cè)井系列和工藝。

全球油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的不斷拓展，為工程技術(shù)信息化和智能化發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，智能化的遠(yuǎn)程測(cè)井和數(shù)據(jù)服務(wù)及智能絞車、智能馬籠頭、智能裝卸源、智能打撈、智能維修等一系列配套測(cè)井工藝技術(shù)相繼發(fā)展，發(fā)展智能化測(cè)井已是當(dāng)務(wù)之急[10-11]。

4 結(jié) 論

（1）針對(duì)非常規(guī)油氣藏特征與工程特點(diǎn)，現(xiàn)代石油行業(yè)開采新技術(shù)不斷應(yīng)用，測(cè)井工藝技術(shù)要適應(yīng)測(cè)井采集的技術(shù)需要。本文重點(diǎn)闡述了目前油田勘探以及開發(fā)過程中幾種常用的測(cè)井工藝技術(shù)發(fā)展對(duì)策，以期推進(jìn)中國(guó)測(cè)井新技術(shù)、新工藝不斷發(fā)展進(jìn)步。

（2）加強(qiáng)對(duì)水平井等復(fù)雜井測(cè)井工藝技術(shù)的研究，完善水平井測(cè)井工藝的技術(shù)配套，形成安全可靠的水平井測(cè)井全流程的完備配套工藝技術(shù)體系。

（3）采用信息化和智能化的新技術(shù)，以新技術(shù)降低生產(chǎn)作業(yè)成本，完善測(cè)井工藝工具的性能，提高不同環(huán)境條件下的技術(shù)適用性。

（4）依托地質(zhì)工程一體化，加強(qiáng)傳統(tǒng)水平井作業(yè)中多專業(yè)間信息共享，優(yōu)選施工方案設(shè)計(jì)，降低水平井施工風(fēng)險(xiǎn)。