直推存儲式測井技術(shù)的應(yīng)用及改進(jìn)

林毓宸(中石化經(jīng)緯有限公司西南測控公司, 四川 成都 610100)

0 引言

當(dāng)前，測井技術(shù)的發(fā)展日新月異，常見的電纜測井、濕接頭測井、泵出式測井技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為非常成熟的測井技術(shù)。但隨著頁巖氣、海相超深井的發(fā)展，超長水平段測井、超深定向井測井，帶來的井下高溫、測量井段超長，測量項目多等現(xiàn)狀，讓測井技術(shù)的發(fā)展遇到了新的挑戰(zhàn)[1-2]。

電纜傳輸測井只適用于直井和小斜度井；濕接頭測井作業(yè)流程復(fù)雜、影響因素多、成功率低；泵出存儲式測井由于儀器尺寸較小的原因，其聲波、電阻率等測井項目資料優(yōu)質(zhì)率不高；隨鉆測井技術(shù)還處于發(fā)展初期，很多項目受限；上述幾種測井技術(shù)都無法滿足日益嚴(yán)苛的測井需求。

而直推存儲式測井技術(shù)恰好可以解決部分關(guān)鍵問題。其工作原理為：在鉆具底部連接組裝測井儀器，依靠鉆具的移動帶動儀器串完成測井。與濕接頭、泵出存儲式測井工藝相比，作業(yè)流程大幅度簡化，測井耗時短，作業(yè)風(fēng)險低，測井成功率高，資料質(zhì)量優(yōu)，適用于進(jìn)行各種大斜度井、水平井測井。

1 結(jié)構(gòu)與原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

直推存儲式測井系統(tǒng)由地面系統(tǒng)和下井儀器兩個部分組成。

地面系統(tǒng)主要由傳感器總線、傳感器接線盒、三種傳感器和下井儀總線、數(shù)據(jù)處理面板組成，能完成實時深度、鉤載等信息的采集與處理、井口數(shù)據(jù)顯示、測前預(yù)置井下儀器工作方式、測后井下儀器存儲數(shù)據(jù)的讀取與處理工作。

下井儀器由發(fā)射機(jī)主控單元、電池單元、各儀器測量單元以及輔助工具組成，主控儀器是井下儀器工作的“心臟”，其他儀器單元及輔助工具與常規(guī)儀器類似。通過地面系統(tǒng)進(jìn)行下井儀工作方式的預(yù)置使儀器完成信號測量與測井?dāng)?shù)據(jù)的定時存儲[3]。

1.2 工作原理

井下儀器連接完畢后，通過通訊線纜與地面系統(tǒng)連接，系統(tǒng)軟件向井下主控單元和各儀器單元配置儀器采集表、開始工作延遲時間、停止工作延遲時間、斷電壓力門限和授時時間。工作時主控單元根據(jù)配置表定時向各測量單元發(fā)取命令，各單元立即將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給主控單元，同時完成本地存儲。

地面系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換傳感器接收到的鉆具上提、下放數(shù)據(jù)，匹配時間計算出實時深度，下井儀器同時完成地層測量信息與時間的采集與存儲。通過地面和井下儀器的時間信息來進(jìn)行地層深度、測量數(shù)據(jù)信息的匹配及測井?dāng)?shù)據(jù)處理，完成存儲式測井。

2 應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題

該測井工藝已在威榮頁巖氣、川西海相等區(qū)塊應(yīng)用近百井次，其施工高時效、風(fēng)險小、贏得了市場的認(rèn)可。由于最初的儀器技術(shù)指標(biāo)偏低，溫度壓力指標(biāo)僅為150 ℃140 MPa，推力指標(biāo)5 t，這種新的工藝在應(yīng)用的過程中會出現(xiàn)各種技術(shù)問題，出現(xiàn)了一些不適應(yīng)的情況，包括施工工藝和儀器結(jié)構(gòu)多個方面，在此，我們列舉系統(tǒng)應(yīng)用中出現(xiàn)的主要問題，并展開分析。

2.1 耐溫性能不足

上述工區(qū)水平段在2 000以上，井底溫度150 ℃左右。由于儀器的溫度指標(biāo)為150 ℃而且部分儀器使用了保溫瓶，導(dǎo)致在井底溫度接近或超過150 ℃時故障率增加，儀器在水平段長時間連續(xù)工作導(dǎo)致保溫瓶內(nèi)部溫度升高而超過了器件的耐溫指標(biāo)使得偶極聲波的波形畸變，能譜譜峰漂移，影響了測井質(zhì)量[4]。

2.2 機(jī)械強(qiáng)度不足

由于儀器外徑選用了Φ89 mm，抗推力指標(biāo)僅僅為5 t，導(dǎo)致下鉆遇阻時處理困難，有的時候需要反復(fù)下推和上提，儀器在高溫下工作的時間大大延長從而使電路受損，影響了成功率。

常規(guī)儀器串中的聲系、感應(yīng)線圈系都是機(jī)械弱點，鉆具輸送濕接頭測井的下推力不能超過3噸就是這個原因，該儀器在早期同樣存在該問題。ECLIPS5 700補(bǔ)償聲波及偶極聲波的聲系抗拉17 000 lbs，抗壓4 000 lbs，陣列感應(yīng)線圈系抗拉50 000 lbs，14寸井眼條件下抗壓6 500 lbs，這些弱點同樣存在于早期的直推式測井儀器中，特別是抗壓力的不足導(dǎo)致復(fù)雜情況下鉆具不能加壓，使得施工難于繼續(xù)。

2.3 儀器關(guān)電控制不穩(wěn)定

存儲式測井普遍采用電池供電，儀器的開啟時間一般容易控制，但關(guān)電時間則受到鉆具在裸眼井段起下的情況一下而產(chǎn)生極大的不確定性，通過定時關(guān)機(jī)往往難于實現(xiàn)。在早期的儀器設(shè)計中使用過泥漿壓力關(guān)電，這種方案在泥漿密度不均勻、井底產(chǎn)出導(dǎo)致壓力波動以及壓力檢測失效的情況下難于控制。關(guān)電過早將導(dǎo)致資料漏測，關(guān)電不及時則導(dǎo)致電池浪費而增加生產(chǎn)成本。

2.4 儀器橡膠件易損

常規(guī)測井儀器和早期的直推式儀器中都使用了較多的橡膠件，比如聲系膠囊、側(cè)向電極系、微球極板等等，這些橡膠件在水平井測井中則成為弱點極易受損，導(dǎo)致儀器進(jìn)漿灌腸。在直推式測井的應(yīng)用中有較多的膠囊損傷事件發(fā)生，從而產(chǎn)生了較大的施工成本甚至導(dǎo)致施工失敗。

2.5 儀器串受力狀況不能完全監(jiān)控

直推式儀器最初沿用ECLIPS5700的方法，通過三參數(shù)采集了儀器頂部的受力，并通過電磁波發(fā)送到地面。如果中部聲系的扶正器遇阻卡，大部分時候是由于局部縮徑或掉塊的影響，通過活動鉆具往往能夠通過，儀器底部遇阻可能是較多的沉砂或大范圍的縮徑、掉塊等的影響，這種情況下通過試下鉆不能通過則需要進(jìn)一步處理井眼。儀器串的受力位置無法準(zhǔn)確監(jiān)控，導(dǎo)致遇阻卡時對于儀器的狀態(tài)難于判斷，這樣將導(dǎo)致后續(xù)的處理手段難于確定。

3 技術(shù)改進(jìn)

針對實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題和不足，我們以問題為導(dǎo)向，研究解決這些問題的辦法，針對性的完成以了下技術(shù)改進(jìn)措施。

3.1 耐溫性能的提升

通過溫度試驗篩選耐溫性能更好的器件，通過儀器的溫度指標(biāo)。通過不斷地試驗，選出了適合在175 ℃長時間工作且在200 ℃可以連續(xù)工作20 h以上的器件制作電路板，使儀器的溫度指標(biāo)達(dá)到200 ℃。

儀器的電子線路采用高溫電路板，去掉保溫瓶，并采用更好的散熱方式使電路發(fā)出的熱量直接通過骨架發(fā)散到井液中，改進(jìn)后的儀器能夠在水平段長時間連續(xù)工作。

3.2 提高機(jī)械強(qiáng)度

3.2.1 增加外徑提高整體抗推力指標(biāo)

新設(shè)計的儀器外徑選用了Φ96 mm，整體抗推力指標(biāo)達(dá)到20 t。下鉆遇阻時能夠處理的推拉力范圍大幅提高，減少了復(fù)雜情況的影響，減少了儀器在高溫下的工作時間，提高了成功率。

3.2.2 設(shè)計新的結(jié)構(gòu)屏蔽薄弱環(huán)節(jié)

設(shè)計了新的聲系刻槽結(jié)構(gòu)，既能滿足抗拉抗壓力達(dá)到20 t以上又能有效阻隔直達(dá)波的影響。新的聲系結(jié)構(gòu)通過軟件模擬計算、車間試驗以及上井測試，都達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，聲系的弱點因此而不再對測井施工產(chǎn)生影響。

感應(yīng)線圈系采用了更粗的銅軸并減小了線圈系的長度，有效提高了抗壓指標(biāo)，并通過理論計算和對比測井找到了針對新線圈系的刻度算法，在確保強(qiáng)度的情況下使得測量準(zhǔn)度可靠。

3.3 改變方式控制儀器關(guān)電

通過井下采集的多路信號設(shè)置多條件控制關(guān)電，提高儀器工作的可靠性。新的儀器設(shè)計中已經(jīng)不再采用泥漿壓力控制關(guān)電，而采用井斜角及電阻率雙控的方式，在儀器測量的井斜角達(dá)到設(shè)定值且采集的電阻率歸零時，判斷儀器已經(jīng)進(jìn)入套管方可關(guān)電。有效杜絕了關(guān)電不及時則導(dǎo)致電池過度消耗。

3.4 儀器橡膠件的保護(hù)

由于橡膠件在水平井測井中極易受損，產(chǎn)生較多的設(shè)備事故。通過在聲系膠囊外部安裝鋼網(wǎng)保護(hù)罩的方式，確保了膠囊在水平井中的安全同時也不影響聲波信號的傳播，極大地提高了測井成功率，也徹底杜絕了因為膠囊破損導(dǎo)致的設(shè)備事故。

3.5 監(jiān)控儀器底部的受力情況

在儀器串底部的緩沖短節(jié)中安裝一個電位器，儀器底部受到推力時通過電磁波將推力信號傳輸?shù)降孛妫Y(jié)合原有三參數(shù)的張力信號，能夠準(zhǔn)確判斷儀器串的受力位置，為遇阻卡的后續(xù)處理提供科學(xué)依據(jù)[5]。

4 結(jié)語

隨著不斷的應(yīng)用和技術(shù)改進(jìn)，我們從儀器的溫度指標(biāo)、機(jī)械性能、關(guān)電控制、弱點保護(hù)等方面完成了一系列改進(jìn)措施，使直推存儲式測井系統(tǒng)各項性能得到了較大的提升，進(jìn)一步適應(yīng)、滿足日益嚴(yán)峻的測井勘探開發(fā)需求。后期，我們將繼續(xù)研究該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的情況，及時改進(jìn)技術(shù)短板，促進(jìn)直推存儲式測井技術(shù)的發(fā)展和成熟。