南海東部電纜地層測試儀器井下遇卡原因分析與應用

周 全，王顯南，尹 璐，吳樂軍

(1.中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部，河北廊坊 065201；2.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000)

近幾年，隨著南海東部測井作業(yè)量不斷攀升，儀器在井下遇卡的現象已屢見不鮮，有因井壁掉塊導致的硬卡，也有因儀器貼靠泥餅導致的粘卡，尤其是在復雜井況的裸眼井中，儀器遇卡的概率更是成倍增加，每年因處理該類事故都會耗費大量作業(yè)時間，這在很大程度上增加了作業(yè)成本。國內外很早就對測井儀器遇卡原因進行過研究，早在1961年，Annis等人就指出測井儀器在井下的停留時間并非儀器與井壁發(fā)生粘卡的主要原因，若在其他條件不變的情況下，要將儀器粘卡風險減半，停留時間需減少95%，這對認識儀器粘卡的因素和機理有很大的借鑒作用；此后，W.B Underhill等人又將測井儀器遇卡的機制分為三大類：壓差卡、機械卡及地層因素卡；國內學者普遍認為造成儀器遇卡的因素主要有井眼環(huán)境、泥漿性能、鉆井液柱與地層之間的壓差以及井壁掉塊等[1-4]。

當然，不同區(qū)域也存在差異，文中主要以南海東部近幾年電纜地層測試作業(yè)的資料為樣本，對儀器遇卡原因進行系統(tǒng)分析。從統(tǒng)計的結果中發(fā)現，在出現復雜情況的31井次中，僅儀器遇卡占比就超過50%，其中尤其以電纜地層測試作業(yè)遇卡率最高，約占總遇卡量的64%。而該測井項目作為評價儲層和識別流體性質最直接有效的手段[5]，常作為必測項目，因此，為了降低測井作業(yè)風險，節(jié)省作業(yè)時間，有必要重點對電纜地層測試儀器遇卡原因進行深入分析，以便找到有效的應對措施。

1 電纜地層測試儀器遇卡原因分析

通過對80余井次電纜地層測試作業(yè)進行梳理發(fā)現，發(fā)生儀器遇卡共計9井次，約占作業(yè)總量的10%。綜合分析地質、工程及測井資料，總體上可將儀器遇卡原因歸納為地質因素、井眼環(huán)境因素及綜合因素。

1.1 地質因素

在所有相關的地質因素中，區(qū)塊、層位及巖性對儀器遇卡的影響相對較大，研究發(fā)現，開平、西江及陸豐區(qū)塊的儀器下井遇卡率最高，均大于25%；其次為流花和白云區(qū)塊，儀器遇卡率約占10%，其他區(qū)塊的遇卡率則相對較低(圖1)。研究還發(fā)現，在發(fā)生儀器遇卡的這些井中，絕大多數都發(fā)生在文昌組地層。另外，通過分析地層巖性與儀器遇卡的關系發(fā)現，巖性對儀器遇卡的影響主要表現在上部煤層的發(fā)育程度，由于井下煤層通常節(jié)理、割理發(fā)育，本體強度和結構強度都較低[6-7]，經過儀器碰撞或電纜剮蹭后容易發(fā)生坍塌掉塊，倘若儀器與井壁的間距較小，很容易因井壁掉塊導致儀器遇卡，從統(tǒng)計的案例來看，在儀器遇卡的9井次中，有兩井次均為煤層掉塊導致。

圖1 不同區(qū)塊儀器遇卡率對比

1.2 井眼環(huán)境

井眼環(huán)境包含的因素較多，通過對樣本案例井進行統(tǒng)計分析發(fā)現，井型、井斜、井眼尺寸及泥漿比重與電纜地層測試儀器遇卡有較強的相關性。其中井型的影響主要表現在定向井中發(fā)生儀器遇卡的概率遠高于直井，而在這些定向井中，儀器所處井段的井斜大小又與遇卡率呈正相關關系，即井斜越大，儀器遇卡風險越高。研究還發(fā)現，不同井眼尺寸中的儀器遇卡率也存在較大差異，在收集的311.15 mm和215.90 mm井眼案例中，儀器遇卡均發(fā)生于215.90 mm井眼，且這些井中的泥漿比重均大于1.28 g/cm3，而黏度、失水等泥漿性能參數則與儀器遇卡沒有明顯的相關性。

1.3 綜合因素

由于井下環(huán)境復雜，往往儀器遇卡并非是單一因素導致的，而是由多個因素共同作用的結果，比如在尺寸相對較小的井眼中，若采用較大外徑的儀器作業(yè)，一旦發(fā)生井壁掉塊，將大大增加儀器遇卡的風險，為此，經過大量綜合因素的分析對比，認為儀器的粘卡風險與儀器所在滲透段的位置、儀器外徑與井眼尺寸相對大小，以及測點井斜、壓差等綜合因素有較好的相關性。

滲透層段的影響主要來自于泥餅和壓差。一般說來，在泥漿性能不變的情況下，地層滲透性越好，徑向滲流效應越顯著，固相顆粒越容易在井壁堆積形成泥餅[8-14]，當儀器偏心導致其與井壁泥餅相接觸時，因受井筒內泥漿柱壓力和地層壓力差的影響，會增大儀器貼靠井壁的附著力，且隨著井斜加大，儀器重量在垂直井壁方向上的分量也會隨之增加，即儀器貼靠井壁的力度加大。通過對比不同測試點的參數發(fā)現，儀器所處滲透段長度占儀器長度60%以上時，儀器遇卡風險明顯提高，且井斜、壓力差越大，粘卡風險也隨之增加(圖2)。由此看來，儀器所處滲透層段的長度越長，儀器與泥餅接觸的風險越大，這也從一定程度上反映了儀器與泥餅的接觸面積對儀器粘卡有較大影響。

圖2 滲透層段對儀器遇卡率的影響

儀器外徑與井眼尺寸相對大小指儀器最大外徑與井徑的比值。研究發(fā)現，當比值越接近1時，遇卡風險越大，特別是在井壁容易坍塌掉塊的井中，發(fā)生儀器遇卡的概率會明顯上升，圖3可見，遇卡點的儀器最大外徑與井徑比值均超過0.6，而其中因井壁掉塊導致儀器遇卡的兩口井，比值均超過0.9，可見相對外徑對儀器遇卡的影響不可忽視。

圖3 儀器外徑對儀器遇卡率的影響

井斜、壓力差、泵抽時間影響：結合現場作業(yè)經驗來看，普遍認為井斜、壓差及電纜地層測試泵抽時間對儀器遇卡均有一定影響，為此，文中針對不同類型取樣點的各參數進行了交會圖相關性分析，結果發(fā)現取樣點處井斜越大，且同時伴隨著高壓差(大于7.6 MPa)時，儀器的遇卡風險越高，而泵抽時間則與儀器遇卡沒有明顯的相關性(圖4)。

圖4 井斜、壓差及泵抽時間對儀器遇卡的影響(圓點半徑越大，表示泵抽時間越長)

2 實例應用

以LF13區(qū)塊某井為例，該井情況較復雜，計劃測井項目為測壓取樣和井壁取心，參考前文可能造成儀器遇卡的影響因素，本井風險點主要來源于：①作業(yè)段處于陸豐區(qū)塊文昌組地層，屬于發(fā)生儀器遇卡事故的高發(fā)區(qū)塊和層位；②本井為215.90 mm井眼，井深4 289 m，最大井斜23°，井底溫度為154 ℃；③泥漿密度1.47 g/cm3，預測的鉆井液和地層壓差為14.5 MPa，均較高；④設計取樣點砂巖層厚度大。綜合分析認為，本井進行取樣作業(yè)發(fā)生儀器遇卡的風險較高，由于井眼環(huán)境本身屬性無法改變，經綜合考慮后，決定使用外徑更小的MDT儀器，同時考慮到井況復雜，不利于儀器在井下長時間停留，將原本設計風險較高的取樣作業(yè)計劃推后，決定先只進行測壓作業(yè)，待通井改善井眼環(huán)境后再進行取樣作業(yè)。在后續(xù)的作業(yè)過程中，第一趟測壓作業(yè)較為順利，而在按計劃進行第2趟大井壁取心作業(yè)時，儀器在3 800～3 840 m井段頻繁出現阻卡，于是第3趟更換更細的常規(guī)旋轉井壁取心儀器，收獲32顆壁心；緊接著作業(yè)人員對該井進行通井處理，待井眼環(huán)境改善后，進行了第4趟MDT取樣作業(yè)，同時在取樣點附近進行了儀器粘卡實驗，最后成功在設計深度取到地層流體樣品，期間沒有發(fā)生儀器粘卡情況。

3 結論

(1)通過對南海東部歷年測壓取樣井資料的分析，明確了南海東部測壓取樣儀器遇卡的主要因素，包括地質因素、井眼環(huán)境因素及綜合因素，其中地質因素包括作業(yè)區(qū)塊、地層層位及巖性等，井眼環(huán)境因素包括井眼尺寸、井斜及泥漿密度等，綜合因素包括儀器外徑與井眼尺寸相對大小、儀器與滲透層接觸面積等。

(2)將研究成果應用于實際井中，提前評估了作業(yè)風險的存在，并根據實際情況在現場條件允許的情況下對儀器類型進行優(yōu)選，同時調整了取樣作業(yè)順序，保證了作業(yè)的順利進行。研究成果對于提前判斷儀器下井作業(yè)的風險點并采取相應的應對措施具有重要意義。