隨鉆伽馬校深技術(shù)在渤海完井射孔作業(yè)中的應(yīng)用

員順勇，李軍

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457)

0 引言

射孔的作用是打開(kāi)儲(chǔ)層與套管之間的通道，如今射孔完井法已經(jīng)成為一種普遍、實(shí)用和成熟的完井方法。在射孔作業(yè)中，射孔深度是非常關(guān)鍵的因素，其主要目的是準(zhǔn)確射開(kāi)目的層段，保證石油開(kāi)發(fā)的有效性。如果出現(xiàn)深度誤差，就可能會(huì)影響后續(xù)的開(kāi)采過(guò)程，甚至降低整個(gè)油田區(qū)塊的開(kāi)發(fā)效益。渤海區(qū)域常用的套管井校深方法是電纜自然伽馬(以下稱“伽馬”或者“ GR”)加套管接箍CCL(collar location logging)的測(cè)量方式，但此模式嚴(yán)重受限于電纜儀器的自身重量和井型結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在大斜度井中即使利用泥漿泵也可能無(wú)法下入到位。因此，將射孔彈跟隨鉆具下入到目的層是十分必要的測(cè)量模式。

1 伽馬校深原理

1.1 伽馬測(cè)井原理

自然伽馬測(cè)井主要是測(cè)量地層鈾、釷、鉀的含量來(lái)進(jìn)行地層的巖性劃分，利用不同地層測(cè)得的伽馬計(jì)量進(jìn)行地層對(duì)比，廣泛應(yīng)用于深度校準(zhǔn)。當(dāng)一口油井完鉆結(jié)束，下入套管固井后，再進(jìn)行地層伽馬測(cè)井，井筒內(nèi)套管和環(huán)形水泥對(duì)地層自然伽馬具有一定的吸收作用，即套管內(nèi)測(cè)得的伽馬曲線值小于裸眼井段[1]，但是伽馬曲線的整體趨勢(shì)會(huì)保持基本一致。因此，可以通過(guò)選取伽馬特征明顯的點(diǎn)或者井段來(lái)準(zhǔn)確判斷深度的誤差。

1.2 完井校深原理

完井射孔管柱中裝有特殊的同位素放射性記號(hào),校深儀器通過(guò)管柱內(nèi)孔到達(dá)兩個(gè)放射性記號(hào)位置，根據(jù)套管接箍和射孔目的層相對(duì)位置不變的原理，進(jìn)行定位射孔。為了便于校正管柱深度，使射孔槍正對(duì)目的層位，目前常用完井射孔管柱中一般都會(huì)裝有特殊的同位素放射性記號(hào)(鈷60)。當(dāng)射孔槍到達(dá)預(yù)定深度時(shí)，校深儀器從管柱中下入，儀器可測(cè)量到原始地層放射性以及管柱上特殊的同位素放射性記號(hào)(鈷60)，再通過(guò)與原始地層放射性曲線進(jìn)行比較，即可得出鉆桿與地層的相對(duì)位置，同時(shí)考慮同位素放射性記號(hào)(鈷60)與射孔槍頂部第一發(fā)射孔彈的距離(零長(zhǎng))，對(duì)管柱位置進(jìn)行微調(diào)，保證射孔井段符合完井設(shè)計(jì)。

1.3 隨鉆伽馬校深可行性分析

隨鉆伽馬校深是將伽馬儀器接在射孔管柱的頂部，工具隨著鉆桿下入到預(yù)定深度，通過(guò)泥漿介質(zhì)實(shí)現(xiàn)井下工具與地面軟件的遙傳，來(lái)進(jìn)行隨鉆伽馬測(cè)井。根據(jù)所測(cè)的地層伽馬曲線與實(shí)鉆裸眼測(cè)井的伽馬曲線進(jìn)行比對(duì)，從而校正射孔管柱測(cè)量點(diǎn)的準(zhǔn)確深度，最終將測(cè)量點(diǎn)對(duì)齊設(shè)計(jì)深度，確定射孔槍位置，從而準(zhǔn)確射孔。

隨鉆伽馬校深技術(shù)通常采用的鉆具組合為：射孔槍管柱+鉆桿1 柱+隨鉆測(cè)井儀器+震擊器+鉆桿。隨鉆測(cè)井儀器與射孔管柱之間應(yīng)最少留有一柱鉆桿(約29 m)的距離，主要目的是防止射孔過(guò)程中由于振動(dòng)過(guò)大，對(duì)隨鉆測(cè)井儀器造成損壞。另外射孔槍是環(huán)空加壓?jiǎn)?dòng)原理，對(duì)泵壓具有嚴(yán)格的要求，因此在選擇隨鉆測(cè)井儀器的參數(shù)時(shí)，應(yīng)選用工作排量最低的配置，震擊器作用是為了防止井下工具卡鉆。

2 實(shí)際應(yīng)用過(guò)程(以墾利油田某井為例)

2.1 基本數(shù)據(jù)

墾利油田某井的館陶組儲(chǔ)層屬于高- 特高孔、高-特高滲，儲(chǔ)層流體為重質(zhì)稠油，高含硫、高含蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量中等，原油黏度高，地飽壓差小，溶解氣油比低。其沙河街儲(chǔ)層屬于中孔-高孔、中低滲-中滲，中輕質(zhì)低黏原油，高含蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量中等，原油黏度低、地飽壓差大、溶解氣油比低。根據(jù)測(cè)試和測(cè)壓資料，館陶組溫度梯度為3.60 ℃/100 m，為正常溫度系統(tǒng)；沙河街組溫度梯度為4.50 ℃/100 m，為異常高溫系統(tǒng)，壓力系數(shù)為1.020，壓力梯度為0.980 MPa/100 m，屬正常壓力系統(tǒng)。

本井一開(kāi)12-1/4''井眼鉆進(jìn)至635 m，下入10-3/4"套管至631.17 m。二開(kāi)9-1/2''井眼鉆進(jìn)至2 556 m，垂 深1 030.33 m，下7" 套 管 至2 551.65 m，浮箍 頂 深2 538.76 m，同 位 素 深 度2 173.37～2 160.96 m。

本井為館陶組生產(chǎn)井，最大井斜85.12°@1 484.15 m，選用EZFLOW 射孔液，射孔段為2 334.90～2 484.10 m，采用平衡射孔技術(shù)，使用等孔徑自清潔射孔彈(692CED-114R-1)。

2.2 射孔方式及工藝

(1) 采用油管輸送射孔方式(TCP)，平衡射孔技術(shù)，不放噴模式[2]；

(2)使用隔板傳爆技術(shù)，以增加項(xiàng)目的安全性和環(huán)保性；

(3) 射孔管柱頂部和底部分別裝壓力延時(shí)點(diǎn)火頭，射孔槍對(duì)準(zhǔn)目的層后井筒打壓平衡射孔。

2.3 伽馬測(cè)點(diǎn)計(jì)算

深度在作業(yè)過(guò)程中尤為重要，因此在前期準(zhǔn)備時(shí)，一定要將所有的入井工具尺寸詳細(xì)測(cè)量，確保伽馬測(cè)點(diǎn)的零長(zhǎng)計(jì)算無(wú)誤。圖1 為本井的套管射孔管柱圖，表1 為本井的射孔數(shù)據(jù)表，射孔槍組合到LWD隨鉆儀器底部長(zhǎng)度總共為189.56 m，LWD 隨鉆測(cè)井儀器本體伽馬測(cè)點(diǎn)為3.16 m，因此可以得到伽馬測(cè)點(diǎn)的零長(zhǎng)為192.72 m，即伽馬測(cè)點(diǎn)為管柱底部深度減去192.72 m。

表1 射孔數(shù)據(jù)表

圖1 射孔管柱圖

2.4 確定校深段

首先確定套管上同位素的位置，再根據(jù)實(shí)鉆伽馬曲線選取明顯標(biāo)志層段作為校深段，校深段需包含同位素位置和明顯標(biāo)志層。另外選取校深段盡量向下，校深完成后射孔槍正好在設(shè)計(jì)深度即為最佳選擇。本井同位素深度為2 160.958～2 173.371 m，計(jì)劃測(cè)量段為2 130～2 190 m，完全包含同位素和多個(gè)標(biāo)志層位。

2.5 伽馬曲線測(cè)量

在組合隨鉆測(cè)井工具、完成井口供電初始化和開(kāi)泵測(cè)試后，將工具跟隨鉆具一起下放。當(dāng)隨鉆測(cè)井儀器到達(dá)設(shè)計(jì)的校深井段頂部位置時(shí)，進(jìn)行當(dāng)前測(cè)點(diǎn)深度的校正，隨后開(kāi)泵觀察隨鉆儀器的信號(hào)，待伽馬數(shù)據(jù)回傳數(shù)據(jù)一切正常后繼續(xù)下放，可控制隨鉆工具的下放速度來(lái)保證伽馬數(shù)據(jù)的密度。

本次作業(yè)為EZFLOW 射孔液，與鉆井液區(qū)別較大，含有較多氣泡，會(huì)嚴(yán)重影響隨鉆儀器的信號(hào)，因此在測(cè)量前需要加入消泡劑，以免影響儀器泥漿信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不必要的時(shí)效浪費(fèi)。此外為了避免誤射孔的發(fā)生，在測(cè)量過(guò)程中要注意觀察泵壓變化，該井的射孔槍點(diǎn)火頭泵壓閾值為18 MPa(約2 610 psi)，泥漿泵泵壓設(shè)置上限為6.89 MPa(約1 000 psi)，排量為750 L/min，在隨鉆測(cè)井過(guò)程中，泵壓在5.38～5.86 MPa(約780～850 psi)內(nèi)波動(dòng)。

2.6 深度校正

將套管內(nèi)隨鉆測(cè)得的伽馬曲線與裸眼段實(shí)際鉆進(jìn)的伽馬曲線進(jìn)行對(duì)比，可得出兩次伽馬測(cè)量的深度誤差。如圖2 和圖3 所示，本井選取了兩組伽馬曲線變化明顯的測(cè)井段，圖2 和圖3 中曲線①為套管內(nèi)實(shí)測(cè)伽馬曲線，曲線②為裸眼井段鉆進(jìn)時(shí)的伽馬曲線，套管內(nèi)伽馬數(shù)據(jù)比裸眼井段伽馬數(shù)據(jù)偏低，兩條曲線存在明顯的深度差。

圖2 井段1 套管與裸眼伽馬曲線對(duì)比

圖3 井段2 套管與裸眼伽馬曲線對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深度校正時(shí)，普遍遵循“同向原則”，即套管曲線相對(duì)于裸眼實(shí)際鉆進(jìn)曲線偏上，則將鉆具向上移動(dòng)，反之則將鉆具向下移動(dòng)。因此本井將套管伽馬曲線向下偏移1.3 m 后與裸眼伽馬曲線對(duì)比，如圖4和圖5 所示趨勢(shì)對(duì)應(yīng)良好。由此可得，射孔槍深度校正長(zhǎng)度為向上1.3 m。

圖4 井段1 校深后套管與裸眼伽馬曲線對(duì)比

圖5 井段2 校深后套管與裸眼伽馬曲線對(duì)比

2.7 射孔作業(yè)

通過(guò)與實(shí)鉆伽馬曲線進(jìn)行對(duì)比，將校正深度確定后，就可以將射孔槍放置到設(shè)計(jì)位置。隨后，關(guān)閉閘板防噴器，將環(huán)空壓力打壓至20 MPa，穩(wěn)壓1 min 后迅速泄壓，再打開(kāi)防噴器，等待5 min 后確認(rèn)槍響。此外，射孔完成后會(huì)進(jìn)行反循環(huán)，這時(shí)需要控制好排量，一般控制為隨鉆測(cè)井儀器的上限，以免損壞隨鉆測(cè)井工具。

3 隨鉆伽馬校深的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)校深系統(tǒng)與實(shí)鉆校深系統(tǒng)相同，校深曲線匹配性強(qiáng)，校正更準(zhǔn)確；(2)不受井斜影響，可在井眼軌跡復(fù)雜的情況下使用，且有效避免了泵送測(cè)井儀器帶來(lái)的井口帶壓風(fēng)險(xiǎn)；(3) 隨鉆工具資源廣、種類(lèi)豐富、可選擇性多，國(guó)內(nèi)的許多廠家均能制造伽馬管，可滿足作業(yè)要求；(4)時(shí)效性更強(qiáng)，經(jīng)過(guò)論證采用隨鉆伽馬校深比常規(guī)校深方式工期節(jié)省約15%～20%。

3.2 缺點(diǎn)

(1) 必須開(kāi)泵測(cè)量，泵壓需要嚴(yán)格控制，且長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)泵有射孔槍誤點(diǎn)火的風(fēng)險(xiǎn)；(2) 射孔液氣泡較多，影響隨鉆測(cè)井儀器的信號(hào)，在隨鉆測(cè)井前需要在完井液中加入消泡劑；(3) 隨鉆測(cè)井工具種類(lèi)繁多，且不同規(guī)格型號(hào)對(duì)應(yīng)的參數(shù)各不相同，因此在使用隨鉆伽馬校深時(shí)，需嚴(yán)格論證工具參數(shù)是否影響射孔槍的工作或者帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)；(4) 采用LWD 校深方式，將不能進(jìn)行短套管接箍CCL 測(cè)井校深對(duì)比，只能利用自然伽馬曲線做同位素對(duì)比或與裸眼測(cè)井標(biāo)志層對(duì)比。

4 隨鉆伽馬校深發(fā)展展望

射孔槍的點(diǎn)火頭可采用電啟動(dòng)或程序啟動(dòng)，且在組合時(shí)點(diǎn)火頭安裝在射孔槍上部，并研制一種通訊接頭，將隨鉆測(cè)井儀器與點(diǎn)火頭建立通訊，可在地面給隨鉆測(cè)井儀器發(fā)送指令進(jìn)行射孔槍點(diǎn)火頭供電或啟動(dòng)點(diǎn)火頭。該設(shè)計(jì)不僅可以避免隨鉆測(cè)井儀器開(kāi)泵測(cè)量過(guò)程中泵壓波動(dòng)造成的誤點(diǎn)火風(fēng)險(xiǎn)，還可以通過(guò)隨鉆測(cè)井儀器的回傳指令來(lái)確定點(diǎn)火頭是否啟動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著渤海油田的開(kāi)發(fā)，海上叢式井為實(shí)現(xiàn)防碰與繞障所形成的大位移井等軌跡復(fù)雜井越來(lái)越多，常規(guī)電纜輸送測(cè)井儀器難以實(shí)現(xiàn)校深目的，而使用隨鉆伽馬儀器能夠彌補(bǔ)這一不足。相對(duì)來(lái)說(shuō)，隨鉆伽馬校深作業(yè)是一個(gè)較新的領(lǐng)域，還需要不斷完善和總結(jié)，為以后的隨鉆伽馬校深作業(yè)積累經(jīng)驗(yàn)。