連續油管井下影像測井在套變診斷中的應用

王 旭， 高 森， 時 崢

中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司

0 引言

長慶區域氣田具有低壓、低滲、低豐度的特點，在開發中常采用水平井鉆井以及大規模分段壓裂完井的開發模式，很多因素(諸如目的層加深、水平段加長、井眼軌跡復雜等)導致套管下入和受力分析難度加大，經常出現套管變形[1]等復雜情況，后期改造困難。打鉛印等常規檢查套管及套管內其他結構形態的方法通常只能適用于直井，且多用于規則形變的判斷。對于不規則的形變，鉛印則存在定位不準確、縮徑方位不明確、整體不夠直觀等缺點。連續油管一方面可以提供鏡頭的水沖洗通道，另一方面可以將井下電視推入水平段。井下電視[2]則可以提供比鉛印更加清晰直觀的可視化信息[3]。通過井下電視與連續油管技術優勢的結合[4]，可準確監測到套管措斷、縮徑、異物卡堵等視像資料，從而為采取有效處理措施提供可靠依據。

1 連續油管井下影像測井技術優勢

連續油管井下影像測井工藝的實施，標志著井下電視與連續油管的結合趨于成熟，其技術優勢為：以連續油管作為水平井輸送載體，針對套管變形的特點，采用雙攝像頭(下視和側視)結構，實施水平段實時沖洗條件下的影像拍攝，在實時清理鏡頭和改善影像拍攝所需介質環境的前提下，完成水平段異常點套管及落魚形態捕捉，并通過地面數據采集系統控制側視攝像頭旋轉360°，完成對拍攝對象的精細觀察和診斷。

2 設備及工具

2.1 地面設備配套

連續油管井下影像測井設備配套主要包括井口設備(注入頭、防噴系統等)、?38.1 mm穿芯連續油管、高壓密封頭、電纜滑環、地面數據采集系統等，其中，井口設備為標準配置。

2.1.1 穿芯連續油管的配套

(1)連續油管穿芯方案。穿芯連續油管所選油管為?38.1 mm、5 600 m連續油管，所選電纜為?5.6 mm單芯電纜，在泵注條件下，電纜經高壓流通管、液壓動力絞盤及高壓管匯，被送入連續油管，直至連續油管自由端[5- 6]。連續油管和電纜性能參數如表1和表2所示。

表1 連續油管性能參數表

表2 電纜性能參數表

(2)水力學參數的確定。采用降阻水作為循環工作液，泵送?5.6 mm單芯電纜入?38.1 mm、5 600 m連續油管中，最終控制排量小于250 L/min，壓力小于40 MPa，確保電纜穿入過程中不出現鼓包或變形；同時，計算雷諾系數Re=47 554，遠大于2 000。因此，管內流體為明顯的紊流狀態[7]，能夠使電纜在水中上下波動，穿入期間不會遇阻，可順利到達連續油管自由端。穿芯連續管如圖1所示。

圖1 穿芯連續油管

2.1.2 密封頭及滑環的配套

高壓密封頭(承壓等級：70 MPa，承載噸位：2 t)用于滾筒根部連續油管與電纜的帶壓及承載連接；電纜滑環用于銜接其上游電纜和下游信號線，確保上游電纜不隨滾筒旋轉而旋轉，同時，確保下游信號線在隨動過程中正常通訊(導線電阻≤110 Ω，絕緣電阻≥550 MΩ)，固定在連續油管旋轉接頭法蘭位置。高壓密封頭和電纜滑環如圖2和圖3所示。

圖2 高壓密封頭

圖3 電纜滑環

2.1.3 地面采集系統的配套

地面數據采集系統將電纜傳輸信號轉換為可以識別的信號，通過上位機軟件成像并保存[8]。另外，可以對井下電視測井儀進行控制和調節。

2.2 井下工具配套

配套的井下工具從上到下依次為：連續油管(?38.1 mm)+外卡瓦連接器(?54 mm)+機械丟手(?54 mm)+轉換柔性二合一短節(?54 mm)+沖洗短節(短節：?54 mm，護套：?82 mm)+密封短節及電纜頭(?54 mm)+井下電視測井儀(?54 mm),工具串總長小于2.9 m。井下工具組合如圖4所示。

圖4 井下工具組合示意(從右至左連接)

連續油管和沖洗短節的結合可實現邊影像拍攝邊沖洗，實時保證鏡頭及其附近井筒環境的潔凈度，同時，沖洗短節的護套具有引流至鏡頭位置和扶正的作用；連續油管和柔性短節的結合可避免工具串剛性遇阻；井下電視支持單芯電纜傳輸，具備下視、側視、旋轉側視三種模式，主要技術參數[9]如表3。

表3 井下電視主要技術參數

3 作業方案

3.1 井筒準備

安裝連續油管防噴系統和注入頭進行通洗井作業，同時伴注除油劑,是因為單純循環清水很難將水平段的油污雜質帶上來，所以洗井液中應該混配除油劑。

3.2 地面測試

(1)地面測量油管自由端電纜及滑環信號通斷與絕緣。

(2)接沖洗工具作做地面循環測試，排量180 L/min，循環壓力30 MPa，穩壓30 min，測試至密封頭無滲漏。

(3)測量沖洗工具底部電纜頭通斷至正常。

(4)斷電后測量電纜絕緣正常。

3.3 通洗井

(1)確保電纜伸出連續油管末端2.5 m以上。

(2)在連續油管末端依次連接外卡瓦連接器、機械丟手、轉換柔性二合一短節、沖洗短節內管、密封短節[10]。其中，機械丟手參數如表4所示。

表4 機械丟手性能參數

(3)在沖洗短節和電纜頭之間編制錐形馬龍頭，外鎧和內鎧分布采用外9內3的方式，防止電纜下放速度慢于連續油管下放速度，在電纜頭處拔脫。

(4)連接好電纜頭及?54 mm底堵，結合軟件模擬結果，在不安裝井下電視測井儀的前提下進行通洗井，用以確保儀器入井后的安全。

3.4 井下影像拍攝

(1)通洗井結束后，在井口連接好井下電視測井儀、沖洗短節外護套及?82 mm尾錐(底部帶出液孔)；進行地面測試，上位機出現下視、側視、旋轉側視畫面后，表明儀器工作正常，可以入井。

(2)下入過程中保持井下電視儀器在工作狀態。仔細觀察井下電視影像圖。根據提供的前期異常套管位置和情況，到達預定位置進行反復的影像拍攝。如果儀器可以安全地通過異常套管位置，還可用側視以及旋轉側視對預定位置進行更詳盡地觀察，記錄所有拍攝的圖像。井下電視地面測試如圖5所示。

圖5 井下電視地面測試

(3)若不能觀測到清晰地異常套管圖像，則適度增大沖洗排量，直至可以看清楚為止。

(4)成功拍攝到異常套管形態后，上提連續油管至井口，拆卸工具、儀器及防噴系統。

4 現場應用

4.1 應用井況

連續油管帶輔助沖洗工具及井下電視測井儀，在×井進行了現場試驗。該井下鉆至3 820.44 m遇阻，先后進行了鉆具活動、正循環磨鉆、下三牙輪鉆頭鉆磨及下銑錐磨銑等處理，處理工具均難以通過遇阻點，且起出后工具上均有劃痕，分析原因為：?114.3 mm套管節箍采用LTC扣型，上扣時扭矩過大造成套管節箍處公扣過頂，在節箍內部連續形成臺階縮徑。

4.2 通洗井

4.2.1 模擬下深

通過Cerberus軟件模擬×井井身結構，同時模擬?38.1 mm連續油管帶工具(最大直徑82 mm)在該結構井筒內的最大下深。軟件模擬結果為：在不考慮泵注的情況下，連續油管將在5 042.0 m的位置發生自鎖，該深度大于施工井的完鉆井深4 489 m。因此，穿芯連續管帶輔助沖洗工具通洗井時，理論上可順利到達前期遇阻位置。下深模擬如圖6所示。

圖6 連續油管下深模擬載荷曲線圖

4.2.2 通洗井

連續油管帶輔助沖洗工具通洗井：排量160 L/min，泵壓28.9～30.1 MPa，入井清水共計68 m3，返出68 m3，進出口水色一致，預探遇阻位置,載荷下降2 t，深度經校驗與前期處理遇阻位置一致。

4.3 連續油管井下影像拍攝

通過穿芯連續油管帶輔助沖洗工具及井下電視至遇阻位置影像拍攝，效果不理想；后采用清水+除油劑二次沖洗影像拍攝，達到預期效果，診斷并驗證了井筒內鉆具遇阻的原因—套管接箍變形縮徑。在3 820.44 m拍攝到了異常接箍的畫面如圖7(b)所示，并與在其上部9.94 m位置拍攝到的另一接箍畫面如圖7(a)所示進行比對，比對后發現，在3 820.44 m處的接箍輪廓從正圓變形成橢圓，發生了縮徑變形。因此，為下步復雜處理提供了可靠依據。

圖7 套管節箍形態比對

5 結論及建議

(1)利用連續油管穿芯系統，配合低磨阻循環工作液，在增加循環速度和降低初始排量的條件下，成功將?5.6 mm電纜穿入5 600 m的?38.1 mm連續油管內，并完成輔助沖洗工具及井下電視測井儀的掛接及通訊。

(2)滑環和高壓密封頭累計帶電工作約36 h，帶壓工作約14 h，絕緣與通訊均滿足現場作業要求。

(3)驗證了連續油管井下影像測井在帶壓水平井內診斷套管變形的可行性，并為確定套變等復雜處置方案的制定提供了可靠依據。

(4)利用穿芯連續油管的傳輸優勢，后期還可開展水平段生產測井等相關水平井測井工藝。

(5)由于輔助沖洗工具僅用于改善鏡頭附近的局部環境，建議作業前大排量洗井1次，并配合除油劑的使用，為井下電視提供一個更加良好的水平段影像拍攝環境。

(6)建議在工具串組合中加入伸縮短節，減少電纜和油管相對位移對電纜造成的形變損傷。