可打撈測(cè)漏儀的研制及試驗(yàn)

吳曉花，徐開(kāi)放，周 波，張 葳，魏天星，楊成清

1中國(guó)石油塔里木油田分公司 2新疆格瑞迪斯石油技術(shù)股份有限公司 3中國(guó)石油玉門油田分公司老君廟采油廠

0 引言

井漏是指工作液(包括鉆井液、水泥漿、完井液以及其他流體)在壓差作用下直接進(jìn)入地層的一種井下復(fù)雜情況[1]。井漏問(wèn)題始終是鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的難點(diǎn)問(wèn)題之一，也是制約安全、快速鉆井的重要因素[2- 4]。目前鉆井現(xiàn)場(chǎng)找漏方法，一般可分為隨鉆觀測(cè)和停鉆觀測(cè)兩大類[5]。隨鉆觀測(cè)方法主要有機(jī)械鉆速觀測(cè)法、巖心或砂樣觀測(cè)法。隨鉆觀測(cè)法因漏點(diǎn)判斷不準(zhǔn)，導(dǎo)致下步堵漏作業(yè)困難，堵漏成功率低。停鉆觀測(cè)方法主要是用測(cè)井儀器找漏點(diǎn)，儀器測(cè)量法雖然可靠但因費(fèi)用以及儀器承壓和電纜下放儀器到裸眼段存在卡工具風(fēng)險(xiǎn)而受到限制。鉆井現(xiàn)場(chǎng)急需一種方便經(jīng)濟(jì)、直觀、準(zhǔn)確測(cè)漏的方法。流量計(jì)測(cè)漏[6- 7]正是在這種情勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。

1 流量計(jì)測(cè)漏漏點(diǎn)判斷方法

鑒于井漏主要特點(diǎn)是有流體流動(dòng)，通過(guò)下放流量計(jì)監(jiān)測(cè)不同井深處流體流動(dòng)及其變化就可判斷漏點(diǎn)位置。流量計(jì)測(cè)漏時(shí)測(cè)點(diǎn)和漏點(diǎn)位置關(guān)系見(jiàn)圖1。當(dāng)測(cè)點(diǎn)在漏點(diǎn)以下時(shí)，測(cè)不到漏速；當(dāng)測(cè)點(diǎn)在漏點(diǎn)以上時(shí)，則能測(cè)到漏速。

圖1 測(cè)點(diǎn)與漏點(diǎn)位置關(guān)系

對(duì)于某一鉆頭尺寸的裸眼漏失，可認(rèn)為裸眼尺寸是一定的，則所測(cè)不同井深處的流速或流量，可分析判斷漏點(diǎn)位置。根據(jù)所測(cè)漏速變化判斷是一個(gè)漏點(diǎn)還是多個(gè)漏點(diǎn)，并通過(guò)測(cè)點(diǎn)步長(zhǎng)調(diào)整，確定漏點(diǎn)位置精度。Q為流量：當(dāng)QB=QC>0，QA=0時(shí)，說(shuō)明漏點(diǎn)在A和B之間；QC>QB>0，QA=0時(shí)，說(shuō)明漏點(diǎn)在A和B以及B和C之間；QC>QB，且流量變化時(shí)，說(shuō)明B～C這一段都漏失；QA>0時(shí)，說(shuō)明漏點(diǎn)在井底。

2 測(cè)漏儀主要指標(biāo)及研制

2.1 主要指標(biāo)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體上能感應(yīng)出與速度成正比的電勢(shì)，由此定律可推導(dǎo)出已知管徑內(nèi)流體的體積流量。

(1)

式中：Q—體積流量，m3/s；

B—磁場(chǎng)強(qiáng)度，由流量計(jì)內(nèi)置參數(shù)確定，T；

Ue—感應(yīng)電勢(shì)，流體流動(dòng)時(shí)在一定范圍管徑內(nèi)實(shí)測(cè)值，V；

D—所測(cè)管道內(nèi)徑，m。

測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)Ue，則可標(biāo)定到該管徑內(nèi)的流速或流量(因油基鉆井液導(dǎo)電性差，而該方法要求所測(cè)流體具有較好的導(dǎo)電性，故本方法不適用于油基鉆井液)。根據(jù)該原理專門研制的可打撈儲(chǔ)存式測(cè)漏儀，主要特點(diǎn)是承壓能力高、存儲(chǔ)容量大、流量測(cè)量精度高且范圍廣。其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)漏儀主要指標(biāo)

2.2 測(cè)漏儀研制

鑒于電纜下放測(cè)漏儀在裸眼井段存在卡工具風(fēng)險(xiǎn)，且大斜度井和水平井段或復(fù)雜井段無(wú)法下放，設(shè)計(jì)了可用于鉆桿下放儀器的專用接頭及配件見(jiàn)圖2，解決測(cè)漏儀連接到鉆桿的問(wèn)題，同時(shí)保護(hù)儀器。因?yàn)殡娎|作業(yè)一般會(huì)比起鉆更節(jié)省時(shí)間，整個(gè)測(cè)漏儀器串尺寸設(shè)計(jì)成可通過(guò)打撈快速起至地面。對(duì)于井況好的井，測(cè)漏儀也可直接用電纜下放實(shí)現(xiàn)快速測(cè)漏。

(1)測(cè)漏接頭。采用無(wú)磁材料，避免監(jiān)測(cè)時(shí)信號(hào)干擾。接頭內(nèi)設(shè)計(jì)懸掛腔等。

(2)打撈頭。用鉆桿測(cè)漏完后，可通過(guò)在鉆桿內(nèi)下電纜將測(cè)漏儀打撈出來(lái)，用原測(cè)漏鉆桿進(jìn)行堵漏，實(shí)現(xiàn)一趟鉆測(cè)漏堵漏一體化作業(yè)。

(3)測(cè)漏輔件。①過(guò)流托環(huán)：保證過(guò)流，同時(shí)懸掛儀器串；②導(dǎo)向筒：打撈后再次下放時(shí)測(cè)漏儀能自動(dòng)進(jìn)入到設(shè)計(jì)位置。

圖2 測(cè)漏儀結(jié)構(gòu)示意圖

3 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)

模擬井筒內(nèi)徑為300 mm，高為5.52 m，室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3。將儀器串放置到測(cè)漏接頭內(nèi)部后，固定到模擬井筒內(nèi)。

圖3 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置圖

向模擬井筒注滿水，開(kāi)排水口水龍頭，待放出40 L水后關(guān)水龍頭，重新注水，其試驗(yàn)記錄見(jiàn)表2。

連接到專用測(cè)漏軟件后，顯示數(shù)據(jù)曲線如圖4所示。由圖4試驗(yàn)可知：

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)反應(yīng)了水龍頭放水試驗(yàn)過(guò)程。

(2)漏速過(guò)慢時(shí)，如開(kāi)水龍頭1/4時(shí)，對(duì)應(yīng)漏速0.3 m3/h時(shí)監(jiān)測(cè)效果不理想。

(3)水龍頭開(kāi)1/2，即漏速達(dá)0.8 m3/h時(shí)，可以明顯監(jiān)測(cè)到漏失。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

某井鉆至5 578 m，控壓排污時(shí)發(fā)生失返性漏失。測(cè)漏時(shí)液面距井口70～80 m。該井測(cè)漏存在以下難點(diǎn)：

表2 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

圖4 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)曲線

(1)前期劃眼困難，無(wú)法用電纜測(cè)井方式測(cè)漏。

(2)裸眼段長(zhǎng)，井深2 458～5578 m時(shí)存在卡工具風(fēng)險(xiǎn)。

(3)鉆井液密度達(dá)1.95 g/cm3，結(jié)合當(dāng)前井深，對(duì)測(cè)漏儀器抗壓要求高。

鑒于以上原因，本次測(cè)漏選用抗溫150 ℃，抗壓110 MPa儲(chǔ)存式測(cè)漏儀，采用鉆桿下放方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆情況和儀器承壓能力，選取幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)漏時(shí)，從環(huán)空灌漿，排量10 L/s，儀器靜止時(shí)間約3 min，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，井深3 516 m以上漏速相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明這一段沒(méi)有漏點(diǎn)；井深3 516～4 004 m時(shí)漏速28 L/s下降至13 L/s，漏速變小說(shuō)明該井段有漏點(diǎn)；仍有約13 L/s的漏失，說(shuō)明4 004 m以下還有漏點(diǎn)；井深4 004～5 098 m，漏速保持在約13 L/s，說(shuō)明該井段沒(méi)有漏點(diǎn)；井深5 098 m以下有漏點(diǎn)。

表3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

綜上述分析，本井存在兩個(gè)漏失段：3 516～4 004 m；5 098 m以下至井底(因5 098 m以下未實(shí)測(cè)，不能確定更精確位置)。

測(cè)定漏失段后，根據(jù)前期實(shí)鉆情況以及地質(zhì)資料，認(rèn)為3 516～3 560 m漏失可能性較大?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)3 480 m以下進(jìn)行打水泥封堵成功，印證了本次測(cè)漏結(jié)果和實(shí)際相符。

5 結(jié)論及建議

(1)可打撈測(cè)漏儀可用鉆桿下放、也可用電纜下放進(jìn)行測(cè)漏。設(shè)計(jì)的專用測(cè)漏接頭，解決了儀器入井安全以及和鉆桿連接的問(wèn)題。鉆桿下放測(cè)漏方法，解決了復(fù)雜井況或大斜度井、水平井時(shí)電纜無(wú)法下放測(cè)漏的難題。

(2)通過(guò)導(dǎo)向筒和打撈頭等設(shè)計(jì)組合，測(cè)漏后可打撈出測(cè)漏儀，再用原管柱進(jìn)行堵漏，實(shí)現(xiàn)了測(cè)漏堵漏一體化作業(yè)。當(dāng)需要復(fù)測(cè)時(shí)，也可用電纜再次下放儀器測(cè)漏。

(3)通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)，?300 mm的管內(nèi)，漏速0.8 m3/h就可測(cè)到漏點(diǎn)，滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井測(cè)漏漏速要求。

(4)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，對(duì)于鉆井液密度1.95 g/cm3，壓力達(dá)100 MPa的井況，儀器能正常測(cè)漏，滿足大部分鉆井測(cè)漏壓力要求。

(5)因本測(cè)漏方法須儀器出地面后才能判斷漏點(diǎn)，存在滯后性。建議測(cè)前確定測(cè)點(diǎn)時(shí)，對(duì)重點(diǎn)段要加密監(jiān)測(cè)；測(cè)后根據(jù)地質(zhì)資料、實(shí)鉆資料等，進(jìn)一步確定漏失位置。