測井新工藝在煤層氣水平井的應用

陳金宏 馮 雷 藺 凱 胡少華 趙 睿

(1.中國石油集團測井有限公司華北事業部，河北 062552；2.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 062552)

測井新工藝在煤層氣水平井的應用

陳金宏1馮 雷1藺 凱1胡少華1趙 睿2

(1.中國石油集團測井有限公司華北事業部，河北 062552；2.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第四采油廠，河北 062552)

通過采用爬行器、無纜存儲設備、硬電纜等測井新工藝，可以有效解決煤層氣水平井測井資料錄取難度大、時效低以及施工風險高的問題。本文介紹了適用于煤層氣水平井的測井新工藝，提出了煤層氣水平井固井質量測井的技術方案，這些新工藝在提速提效和保障井筒測井安全上作用明顯。

爬行器 無纜存儲設備 硬電纜

隨著國家對新能源的開發，煤層氣水平井的數量迅速增多，但受煤層氣水平井井況和配套設備的影響，傳統的水平井測井施工工藝非常受限。爬行器、無纜式存儲設備、硬電纜等測井新工藝的發展，有效的解決煤層氣水平井測井資料錄取難度大、時效低以及施工風險高的問題，大大提高作業時效和作業安全性。

1 爬行器

爬行器適用于水平井或大斜度井的套管井測井作業，是一種將測井儀器輸送到預定位置的特殊工具，具有操作方便、工作效率高及使用成本相對較低的特點。

1.1 技術特點

爬行器是自成一體的獨立系統，包含地面控制系統和井下儀器兩部分，與測井絞車配合即可工作(圖1所示)。

圖1 爬行器連接示意圖

地面控制系統包括地面控制箱、筆記本電腦，是爬行器的控制操作中心，按照操作人員的操作指令，控制爬行器的啟動、停止、工作方向、速度，監視并記錄各種地面及井下儀器的工作狀態和工作參數。操作人員通過這些信息，對爬行器進行控制、調整，使其工作在最佳狀態。

1.2 施工工藝及過程

1.2.1 收集數據

到井隊了解井筒狀況，收集井筒井深、井溫和水平段長度，分析連斜數據，了解其狗腿度狀況。

1.2.2 檢查儀器

在地面檢查好爬行器設備的工作狀態,包括齒輪磨損和儀器油量,配接測井儀器。根據套管內徑調整滾輪扶正器的滾輪大小，保證其套管內徑基本一致。

1.2.3 連接井下儀器

將井下測井儀器的最下端配接輪式扶正器底鼻，測井儀器最上端連接帶轉換接頭的扶正器，以便與爬行器下端相連。將補償短節、驅動短節及推靠短節同時吊裝與井口扶正器對接。對接完以后將扶正器短節與推靠短節相連接，然后將張力CCL短節、電子線路短節與井下扶正器短節相接。在張力CCL短節上再加裝扶正器短節，配上旋轉短節，最后連接馬龍頭，此時爬行器井下儀配接完成。進行固井質量測井時，所有儀器可分3次吊裝：TPMS+GR+CCl+CBL、扶正器+(補償短節、驅動短節及推靠短節)+下轉接頭扶正器、旋轉短節+上轉接頭扶正器+張力CCL短節。

1.2.4 儀器下放測井

按規定速度下放儀器至自然遇阻，遇阻后繼續下放電纜10m左右，利用地面系統控制爬行器打開爬行輪進行爬行作業，并利用電壓和電流控制爬行速度。當儀器爬行遇阻后，爬行器地面系統顯示電流增大，系統自動泄壓停止爬行。

1.2.5 儀器上提測井

按規定速度上提儀器并記錄測井。

1.2.6 現場資料驗收及處理

在收集測井資料的同時，可對測井資料進行驗收，確保資料真實可靠。

1.3 井筒適應能力

要求套管內壁無變徑、無變形、無破損、無出砂、 無污物， 作業前通井及洗井， 保證管道內壁清潔。

實際施工過程中，由于井眼軌跡過于復雜、管柱曲率變化過大、井下油砂及雜物、套管變形引起的爬行器行進遇阻，儀器串上提遇卡均有發生。一旦遇卡，爬行器的解卡和打撈是較為困難的。

1.4 應用效果分析

喬平2井深2324m，在1412m處左右井斜達到75°，儀器無法自由下放，改用爬行器爬行，爬行至2300m。整個爬行過程耗時個5小時，爬行900m左右，平均每小時爬行200m左右。

爬行器測井施工作業可以有效地解決多芯測井儀器在水平井套管井下井困難的問題，能夠高效的完成水平井的測井任務，尤其是在不占用鉆機條件下，可以節約出大量的鉆井時間。

2 無纜存儲設備

該工藝主要使用存儲直讀式固井質量測井儀，該儀器一次下井能同時測出聲幅曲線、變密度曲線、磁定位曲線、伽馬曲線、井溫曲線和壓力曲線，可以解釋第一膠結面(水泥和套管)和第二膠結面(水泥和地層)及相關參數測井數據，主要應用于水平井、大斜度井等電纜無法下放儀器井況的固井質量檢測。存儲直讀儀器是由聲系、電子儀器、電池筒、地面箱體、軟件組成(圖2所示)。

圖2 存儲儀器結構示意圖

2.1 技術特點

無纜存儲式測井系統由下井儀器、地面時深采集系統和現場資料處理系統三部分組成。下井儀器采用高溫電池供電，在儀器內部芯片的控制下，根據工作的程序，按照一定的時間間隔對測量信息進行采集和存儲，在儀器內部存儲一個隨時間變化的測量信息數據文件。地面時深采集系統通過鉆井絞車傳感器、大繩張力傳感器或輸送的鉆具的長度，完成鉆具下放、上提時的儀器深度測量，生成一個測井時深數據文件，時深數據文件按照一定的時間間隔存儲儀器的深度信息。下井儀器存儲的數據信息與地面時深數據信息都與時間有關聯，通過測后數據處理軟件得到測井曲線。

2.2 施工工藝及過程

2.2.1 收集數據

到井隊收集井斜數據、鉆具(油管)、套管數據，并召開施工協調會。

2.2.2 安裝深度系統

將絞車傳感器安裝在鉆井絞車滾筒上，將大繩張力傳感器安裝在死繩上。這兩個傳感器分別通過信號電纜接到實時深度數據采集箱體。

2.2.3 連接井下儀器

通過筆記本電腦與各井下儀器相連，將編制好的儀器工作程序傳輸到儀器中。根據工作程序，儀器按照一定的時間間隔對測量信息進行采集和存儲，在儀器內部存儲一個隨時間變化的測量信息數據文件。

2.2.4 儀器下放測井

將連接好的儀器吊裝到井口，逐步連接鉆具(油管)輸送儀器，同時啟動地面實時深度系統，對儀器下放和上提的深度變化進行全過程檢測并記錄。儀器下放速度為1min一根鉆具(油管)，速度大約為600m/h。下放過程中注意觀察張力變化，當張力增大為N時，可判斷為遇阻。

2.2.5 儀器上提測井

儀器上提速度為1min一根鉆具(油管)，速度大約為600m/h。每次鉆具上提至剛好可以放入吊卡的位置。

2.2.6 現場資料回放及處理

檢查起出地面的儀器，發現外觀正常。將筆記本電腦與井下儀器的存儲器連接，將儀器存儲的測井數據輸送到電腦保存。利用專用軟件對儀器存儲數據文件及地面記錄的實時深度文件進行處理，得到隨深度變化的測井數據文件。

2.3 井筒適應能力

該技術對井筒條件要求低，在測井前要先用小鉆具(油管)探底。由于電池續航力和存儲器大小的限制，儀器連續工作時間最好不要超過18小時，在起下鉆測井過程中，不要無故停止，方式儀器工作超時。

2.4 應用效果分析

存儲式固井質量測井技術主要針對套管水平井固井質量評價的一種新的測井技術。該技術采用小鉆具(油管)輸送，時間驅動。通過嚴格監控施工過程，取得了合格的固井質量測井資料(見圖3)。與常規測井技術相比，該技術具有輸送能力強、井筒條件要求低，測井資料全、施工安全、測井時效高的特點。

圖3 存儲測井資料

3 硬電纜

硬電纜是一種可實現撓性油管功能且能在裸眼井、大斜度套管井或水平井中輸送井下儀器，完成測井作業的傳輸設備。

3.1 技術特點

硬電纜常規直徑為11.8mm，電纜外鎧裝高強度硬鋼絲(外加高強度鋼絲鎧裝)及工程塑料，其外徑為22～36mm。從內到外分別是普通測井電纜、工程塑料外皮、加重元件配重體、加固層、外部工程塑料絕緣耐磨層等。

3.2 施工工藝及過程

在大斜度套管井中依靠電纜自重、配重模塊和硬電纜的剛性特點，利用硬電纜在垂直井段的自重及其在水平段的剛性，克服儀器和電纜在水平井段與井壁的摩擦阻力，將測井儀器推送到目的層底部，達到輸送測井儀器的目的，不需要鉆井隊配合，可獨立完成測井作業。

硬電纜輸送方式有兩種：一是直接輸送。井身斜度不大或水平井段較短，儀器和電纜的自身重量足以克服儀器的推進阻力時，可以不加外力，直接依靠電纜自身的重力和硬電纜撓性特點將儀器輸送到大斜度或水平井內。二是附加外力輸送。理論上如果全部采用硬電纜，可借用井內流體加壓泵送、鉆桿傳輸等方式直接推動硬電纜和井下儀器，可以大大增加大斜度井或水平井段的測井儀器輸送距離。

3.3 井筒適應能力

硬電纜目前測井施工時，套管井60度時為儀器的自平衡階段。配套應用的硬電纜長度為550m左右，可以完成井斜60°～90°不超過300m的97%的固井質量測井施工作業，連接方式見圖4。部分超長段可以使用750m的硬電纜完成施工任務。

圖4 硬電纜連接方式

3.4 應用效果分析

硬電纜水平井測井占用井口時間較常規電纜測井大幅度縮短，作業時效明顯提升。硬電纜測井在水平井固井質量測井時，無需鉆具推送和濕接頭對接，只占常規鉆桿輸送濕接頭工藝作業測井時間的1/3。

與此同時，硬電纜的抗撞擊性能、耐摩擦能力明顯優于常規電纜。在水平井的施工過程中，硬電纜測井技術更加安全可靠，與傳統鉆具傳輸相比，夾傷、擠傷電纜事故可減少80%。

4 結論

以上測井新工藝可以有效解決煤層氣水平井測井時效低、難度大及風險系數高的問題，通過總結現場施工經驗，得到以下結論：

(1)如果直井段長度遠遠大于傳輸段長度，建議采用鉆具/油管濕接頭傳輸測井方式。

(2)套管內徑lt;5吋半，傾角≤90°，爬行井段≤500m，建議采用爬行器傳輸測井方式；套管內徑≥5吋半，傾角≤90°，爬行井段≤1000m，建議采用爬行器傳輸測井方式。

(3)套管內徑較小、傳輸井段較長、傾角變化頻繁且多處大于90°，建議采用鉆具/油管存儲式測井方式。

(4)硬電纜可以完成井斜60°～90°不超過300m的97%的固井質量測井施工。

[1] 董銀夢.復雜油氣藏測井技術論文集[M].北京：石油工業出版社，2011：369-375.

[2] 張炳軍，周揚，孫志忠，等.硬電纜測井施工工藝及應用效果分析[J].測井技術，2015，39(6)：740-745.

(責任編輯 桑逢云)

Application of New Logging Technology in CBM Horizontal Well

CHEN Jinhong1，FENG Lei1，LIN Kai1，HU Shaohua1，ZHAO Rui2

(1. Huabei Branch of CNPC Logging Co.，Ltd.，Hebei 062552；2. The Fourth Oil Production of Huabei Oilfield Company, PetroChina, Hebei 062552)

By adopting the new logging technology，such as the downhole tractor，able-less storage device and hard cable，the problems occurred in CBM horizontal well，including the difficulties and low efficiency of logging data acquisition，and high risk of constructions，could be solved effectively. This paper introduces the new logging technology for CBM horizontal well，and puts forward the technical scheme of the cementing quality logging. These new processes are of significant impact on improving the working efficiency of logging and protecting the safety of the shaft.

Downhole tractor; cable-less storage device; hard cable

陳金宏，男，高級工程師，一直從事測井采集及科研管理工作。