牽引器工藝在西北油田測(cè)井施工中的應(yīng)用

陳 烈, 杭洪燕, 邵皓楓

（1.中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心, 新疆輪臺(tái) 841600；2.中石化西北油田分公司采油一廠, 新疆輪臺(tái) 841600）

1 概述

水平井可以增大井筒和油氣層之間的接觸面積, 提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直井的滲流通道[1], 一口水平井成本約為直井的2倍左右, 而產(chǎn)量是直井的3～5倍, 與直井相比具有更大的經(jīng)濟(jì)效益, 因此水平井技術(shù)在西北油田開(kāi)發(fā)中被廣泛應(yīng)用[2-6]。隨著水平井在工區(qū)內(nèi)的發(fā)展, 對(duì)測(cè)井施工工藝的要求也越來(lái)越高, 在大斜度水平井固井質(zhì)量檢測(cè)時(shí), 若采用電纜測(cè)井的施工方式, 儀器僅靠自身的重力很難下放到目標(biāo)井段, 且存在儀器遇阻的風(fēng)險(xiǎn)[7], 因此一般采用鉆具輸送或存儲(chǔ)式方式完成測(cè)井施工, 而鉆具輸送施工方式受環(huán)空、水眼內(nèi)徑等因素影響, 大部分井不滿(mǎn)足施工條件, 需要倒換油管后才能進(jìn)行測(cè)井作業(yè), 存在效率低、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)；存儲(chǔ)式施工方式的測(cè)井資料質(zhì)量無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控, 還存在深度不可靠、資料無(wú)法校驗(yàn)等缺點(diǎn)。針對(duì)大斜度水平井固井質(zhì)量檢測(cè)這一難點(diǎn)問(wèn)題, 2017年11月西北油田在工區(qū)內(nèi)引入牽引器測(cè)井工藝, 很好地解決了大斜度水平井固井質(zhì)量檢測(cè)效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、資料質(zhì)量差的問(wèn)題。牽引器測(cè)井工藝具有施工簡(jiǎn)便、施工時(shí)間短、深度易控制等優(yōu)點(diǎn)[8], 近幾年在西北油田測(cè)井施工中內(nèi)得到了越來(lái)越廣泛的推廣與應(yīng)用。

2 牽引器測(cè)井工藝在西北油田工區(qū)發(fā)展

2.1 牽引器測(cè)井工藝在西北油田工區(qū)的使用與發(fā)展

在工區(qū)沒(méi)有引入牽引器工藝之前, 對(duì)于大斜度井（主要指最大井斜超過(guò)50°）水平井固井質(zhì)量檢測(cè), 主要采用鉆具輸送或存儲(chǔ)式方式進(jìn)行測(cè)井施工。表1為統(tǒng)計(jì)的2013～2017年工區(qū)固井質(zhì)量檢測(cè)鉆具輸送/存儲(chǔ)式井次, 由圖中數(shù)據(jù)計(jì)算可得, 從2013～2017年, 對(duì)于大斜度水平井固井質(zhì)量檢測(cè), 每年平均進(jìn)行鉆具輸送/存儲(chǔ)式施工8.6井次, 施工井次較多, 耗費(fèi)工時(shí)長(zhǎng), 投入成本大。

表1 2013~2017年工區(qū)固井質(zhì)量測(cè)井鉆具輸送/存儲(chǔ)式井次統(tǒng)計(jì)

針對(duì)這一現(xiàn)狀, 2017年11月西北油田在TH10374CH井側(cè)鉆一開(kāi)固井質(zhì)量測(cè)井時(shí)首次應(yīng)用JHQY-B型牽引器進(jìn)行測(cè)井施工, 取全取準(zhǔn)了TH10374CH井一開(kāi)聲幅測(cè)井資料, 為牽引器工藝在西北油田工區(qū)內(nèi)的廣泛推廣與應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

統(tǒng)計(jì)工區(qū)引進(jìn)牽引器測(cè)井工藝后近3年?duì)恳鞴に嚋y(cè)井施工井次, 見(jiàn)表2, 可以看出, 工區(qū)自引進(jìn)牽引器測(cè)井工藝后, 采用牽引器工藝進(jìn)行測(cè)井施工的井次逐年增多, 2018年固井質(zhì)量測(cè)井牽引器施工11井次, 2019年固井質(zhì)量測(cè)井牽引器施工13井次, 2020年固井質(zhì)量測(cè)井牽引器施工14井次, 牽引器測(cè)井工藝在工區(qū)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 也表明工區(qū)內(nèi)牽引器測(cè)井工藝日趨成熟。

表2 近3年工區(qū)固井質(zhì)量測(cè)井牽引器施工井次統(tǒng)計(jì)

2.2 牽引器工藝介紹

在西北油田工區(qū)內(nèi)最早應(yīng)用的牽引器為JHQY-B型牽引器, 此牽引器是由江漢測(cè)錄井公司為實(shí)現(xiàn)水平段測(cè)井儀器輸送自主研發(fā), 截至目前為止, JHQY-B型牽引器已升級(jí)更新至第四代, 儀器性能趨于成熟, 可以適應(yīng)更多的井下復(fù)雜情況。

2.2.1 牽引器儀器組成

JHQY-B型牽引器按組成可分為井下儀器與地面設(shè)備, 其中井下儀器部分基本配置由五部分連接而成, 依次為上扶正器、電子線路段、推靠段、牽引段和下扶正器組成。推靠段采用液壓推靠方式, 使?fàn)恳髋佬休喤c井壁可靠接觸, 電子線路段是井下設(shè)備的控制中心, 接受地面計(jì)算機(jī)的指令, 控制牽引器工作, 同時(shí)將牽引器工作各種信息上傳到地面計(jì)算機(jī)。每個(gè)單獨(dú)牽引段驅(qū)動(dòng)力達(dá)2000N, 多段牽引段可以自由組合。扶正器內(nèi)含有一定數(shù)量的貫通線, 在儀器串中對(duì)牽引器起扶正作用, 使?fàn)恳髟诰蹆?nèi)處于居中位置, 保證測(cè)得曲線質(zhì)量。牽引器地面設(shè)備包括地面大功率直流電源、控制面板、便攜計(jì)算機(jī)、牽引器操作軟件。圖1為牽引器組成示意圖。

圖1 牽引器組成示意圖

2.2.2 牽引器工作原理

通過(guò)地面控制供電電壓, 喚醒牽引器, 讓其進(jìn)入工作狀態(tài), 與地面系統(tǒng)建立通信。地面依次發(fā)出激活液壓推靠系統(tǒng)、關(guān)閉電磁閥門(mén)、液壓系統(tǒng)壓力值等指令, 控制液壓泵工作, 液壓油經(jīng)高壓液壓路徑到每組動(dòng)力模塊, 推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng), 將互成90°夾角的牽引臂張開(kāi), 當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)置值時(shí), 液壓泵自動(dòng)停止。啟動(dòng)牽引動(dòng)力傳遞系統(tǒng), 牽引電機(jī)動(dòng)力依次經(jīng)過(guò)減速器和齒輪傳動(dòng)并減速, 使?fàn)恳喰D(zhuǎn)并帶動(dòng)儀器移動(dòng), 將測(cè)井儀器送到測(cè)井目的層[9]。圖2為牽引器在井下帶動(dòng)測(cè)井儀器向下移動(dòng)流程圖。

圖2 牽引器工作流程圖

2.2.3 JHQY-B型牽引器各項(xiàng)性能參數(shù)

最大牽引力：8000N；

最高工作溫度：175℃；

儀器耐壓：120MPa；

最大牽引速度：10m/min；

牽引方向：雙向；

適用套管：5-1/2″～9-7/8″；

加壓模式：液壓（電腦程序控制）；

適用電纜：7芯、單芯（可進(jìn)行密閉高壓作業(yè)）；

重量：195kg；

長(zhǎng)度：10.2m。

3 牽引器測(cè)井工藝在工區(qū)應(yīng)用實(shí)例

截至2020年底, 在大斜度水平井固井質(zhì)量檢測(cè)中采用牽引器施工已累計(jì)達(dá)40余井次, 應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 并且采用牽引器施工測(cè)得的資料質(zhì)量與電纜測(cè)井得到的資料質(zhì)量相同, 具有較好的應(yīng)用前景, 以下是具體應(yīng)用實(shí)例：

A井為西北油田工區(qū)一口三開(kāi)制水平井, 井深5730m, 最大井斜52°, 在該井三開(kāi)5″套管固井質(zhì)量檢測(cè)時(shí), 測(cè)井設(shè)計(jì)為鉆具輸送測(cè)井施工, 因套管與鉆具之間的環(huán)空不滿(mǎn)足鉆具輸送尺寸要求, 同時(shí)該井在井深5380m處井斜48°, 從5380m至井底, 存在350m的大斜度穩(wěn)斜井段, 若采用電纜施工, 依靠自身重力儀器很難在大斜度穩(wěn)斜井段實(shí)現(xiàn)自然下放, 實(shí)際采用牽引器完成施工。在測(cè)井施工過(guò)程中, 儀器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放至5393m, 井斜49°處, 然后技術(shù)人員打開(kāi)牽引器進(jìn)行牽引, 最終將儀器牽引至5730m, 測(cè)井儀器順利到底, 牽引距離337m, 創(chuàng)造了西北工區(qū)牽引器牽引最長(zhǎng)距離的記錄。與鉆具輸送測(cè)井方式相比節(jié)省工時(shí)約26h, 節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本約13萬(wàn)元。

B井為西北油田工區(qū)一口二開(kāi)制水平井, 井深4760m, 最大井斜82°, 該井在二開(kāi)7-5/8″套管固井質(zhì)量檢測(cè)時(shí), 采用牽引器工藝完成施工。在測(cè)井施工過(guò)程中, 儀器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放4550m, 井斜55°, 然后技術(shù)人員打開(kāi)牽引器進(jìn)行牽引, 最終將儀器牽引至4760m, 測(cè)井儀器順利到底, 牽引距離210m, 創(chuàng)造了西北油田工區(qū)牽引器施工最大井斜82°、牽引距離最長(zhǎng)記錄。相比鉆具輸送測(cè)井方式節(jié)約測(cè)井周期30h以上, 節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本16萬(wàn)元以上。

牽引器將測(cè)井儀器送達(dá)目的層后, 通過(guò)地面系統(tǒng)將工作狀態(tài)設(shè)置為通路, 這時(shí)候牽引器就起到電路通線的作用。在電纜拉力的作用下, 測(cè)井儀器開(kāi)始向上移動(dòng)并采集資料。通過(guò)對(duì)比資料可得, 牽引器測(cè)井施工采集的固井質(zhì)量資料與電纜測(cè)井采集的固井質(zhì)量資料并無(wú)任何差異, 能準(zhǔn)確反映井下固井質(zhì)量的好壞。

4 牽引器測(cè)井工藝的優(yōu)勢(shì)與不足

4.1 牽引器測(cè)井工藝的優(yōu)勢(shì)

（1）與電纜測(cè)井施工相比, 牽引器測(cè)井工藝可減少測(cè)井遇阻風(fēng)險(xiǎn)、施工成功率高。電纜測(cè)井通常是依靠自身重力將測(cè)井儀器下放至井底, 對(duì)于大斜度井或水平井, 在進(jìn)行聲幅測(cè)井時(shí), 若采用電纜測(cè)井施工, 當(dāng)出現(xiàn)井內(nèi)摩擦阻力大于儀器自身重力時(shí), 就會(huì)存在儀器無(wú)法下放到底的風(fēng)險(xiǎn), 導(dǎo)致測(cè)井施工成功率降低, 需要更換其他方式方法完成測(cè)井施工, 增加作業(yè)時(shí)效和成本。

（2）與鉆輸測(cè)井施工相比, 牽引器測(cè)井工藝可節(jié)約施工時(shí)效, 降低成本。在工區(qū)沒(méi)有引進(jìn)牽引器之前, 大斜度井水平井聲幅檢測(cè)通常是采用鉆具傳輸施工完成, 鉆具傳輸施工過(guò)程中依靠鉆井隊(duì)下鉆及起鉆進(jìn)行測(cè)井施工, 施工時(shí)間較長(zhǎng)；并且在測(cè)井儀器下至造斜點(diǎn)之前, 還需借助濕接頭與公頭外殼對(duì)接的方式將電纜與測(cè)井儀器連接, 若對(duì)接失敗, 還需重新對(duì)接或起出儀器檢查原因, 這些都會(huì)導(dǎo)致測(cè)井施工時(shí)間增長(zhǎng), 經(jīng)濟(jì)成本投入增大。統(tǒng)計(jì)鉆具輸送測(cè)井施工與牽引器測(cè)井施工的失效對(duì)比, 見(jiàn)表3, 從表中數(shù)據(jù)可以看出, 與鉆具輸送測(cè)井施工相比, 牽引器測(cè)井施工可節(jié)省24h, 較大地節(jié)省了施工工期。

表3 鉆具輸送測(cè)井與牽引器測(cè)井的時(shí)效對(duì)比

（3）與存儲(chǔ)式測(cè)井施工相比, 牽引器測(cè)井工藝效率高、資料質(zhì)量可靠。與鉆具傳輸施工類(lèi)似, 存儲(chǔ)式測(cè)井過(guò)程也依靠鉆井隊(duì)下鉆及起鉆進(jìn)行測(cè)井施工, 施工時(shí)間較長(zhǎng)；同時(shí)由于沒(méi)有電纜將儀器與地面系統(tǒng)連接, 所以無(wú)法和地面系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)的信號(hào)通道, 不能及時(shí)掌握井下儀器的工作狀態(tài)。特別是儀器釋放后, 上測(cè)過(guò)程中, 不能實(shí)時(shí)對(duì)儀器工作和安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控, 測(cè)井資料也必須等到測(cè)井儀器起出井口后才能查驗(yàn), 若資料無(wú)法解編或不可靠, 則要返工重新測(cè)量, 導(dǎo)致測(cè)井施工時(shí)間增長(zhǎng), 施工效率低, 成本投入增大。統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)式測(cè)井施工與牽引器測(cè)井施工的時(shí)效對(duì)比, 見(jiàn)表4, 從表中數(shù)據(jù)可以看出, 與存儲(chǔ)式測(cè)井施工相比, 牽引器測(cè)井施工可節(jié)省23h, 較大地節(jié)省了施工工期。

表4 存儲(chǔ)式測(cè)井與牽引器測(cè)井的時(shí)效對(duì)比

4.2 牽引器測(cè)井工藝的不足

（1）對(duì)井壁質(zhì)量要求較高：在用牽引器進(jìn)行聲幅測(cè)井施工前, 需提前對(duì)井內(nèi)套管做刮壁處理, 清除套管內(nèi)壁上的雜物, 因此需要將完井作業(yè)前刮壁作業(yè)流程提前到測(cè)井施工前。

（2）儀器性能指標(biāo)無(wú)法滿(mǎn)足超深、高溫井要求：在西北油田順北區(qū)塊, 正在鉆進(jìn)的部分井井深超過(guò)8000m, 井底溫度超過(guò)160℃, 井底壓力超過(guò)140MPa, 目前的牽引器性能很難在這種高溫高壓條件下保持正常工作, 無(wú)法適用于這類(lèi)高溫高壓的深井。

（3）實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通過(guò)性方面還有改進(jìn)空間。西北油田工區(qū)內(nèi)大斜度水平井尾管固井中存在變徑短節(jié)（兩種型號(hào)套管連接處）, 如果變徑短節(jié)在井斜較小的位置, 基本不影響牽引器使用, 一旦變徑短節(jié)位置井斜超過(guò)40°, 現(xiàn)有牽引器工藝就無(wú)法通過(guò)變徑短節(jié)處, 導(dǎo)致無(wú)法完成施工任務(wù)。

5 結(jié)論及建議

（1）與鉆具傳輸或存儲(chǔ)式測(cè)井工藝相比, 牽引器測(cè)井工藝具有施工風(fēng)險(xiǎn)低、測(cè)井成功率高、資料質(zhì)量可靠以及降低經(jīng)濟(jì)成本投入等優(yōu)點(diǎn), 今后可在西北油田工區(qū)測(cè)井施工中大范圍推廣；

（2）牽引器測(cè)井工藝受牽引器耐溫耐壓的限制, 不能滿(mǎn)足某些高溫高壓井的測(cè)井施工要求, 后期在儀器改進(jìn)方面, 建議提升儀器耐溫耐壓性能, 對(duì)儀器多進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn), 以提高牽引器測(cè)井施工的適用范圍；

（3）針對(duì)有變徑的套管牽引器工藝通過(guò)性問(wèn)題, 一方面可以建議變徑短節(jié)位置上移至井斜較小位置, 另一方面可以針對(duì)牽引器動(dòng)力部分再次改進(jìn), 提升牽引器工藝適應(yīng)性、通過(guò)性。