2017, Vol. 37引用本文 |
| 东海水平井大斜度段电测固井质量方法探索 |  [PDF全文] |
2. 中国石油化工集团上海海洋石油局, 上海 200120
2. SINOPEC Shanghai Offshore Petroleum Bureau, Shanghai 200120, China
东海油气田A、B两生产井除开发水平段油气外，还需对上部9-5/8"套管大斜度段进行射孔开发，为确保射孔开发井段的固井质量良好，需对其进行电缆测固井质量作业[1]，通过测量结果实时优化射孔井段。由于本次作业两口井井斜达到77°，仪器自然下放阻力较大，且在井眼大斜度稳斜段易堆积泥浆的残留物，也会对仪器产生较大阻力，使得仪器难以下放到目标深度。
电缆测固井质量时，要使电测仪器下行，必须克服电测仪器与套管内壁间的摩擦力、电缆上提力、钻完井液浮力、钻完井液对仪器及电缆粘力等多种阻力[2]。随着井斜角的增大，仪器靠自身重力克服各种阻力下入到位的难度越来越大[3]。为使电测仪器顺利到位，需在增大仪器的下行力和减小仪器所受阻力两方面来进行分析研究。
本文通过对电测仪器进行受力分析，提出一系列有利于仪器下行的技术措施，最终使得东海这2口井的电测仪器顺利到位，电测深度和井斜分别为3 800 m和77°、3 900 m和76°，取全取准了电测资料，单井节约成本80余万元。
2 大斜度井段电缆测井措施分析 2.1 减小仪器下行阻力电测仪器下行需要克服与套管壁的摩擦力、电缆上提力、钻完井液浮力、钻完井液对仪器及电缆粘力等多种阻力，所以要减小电测仪器的下行阻力需对以上各阻力进行分析研究，以得出减小各阻力措施方法[4]。
2.1.1 减小仪器与套管内壁的摩擦力（1）提前进行刮管洗井作业。
钻井过程中，岩屑及泥浆添加剂等固体颗粒会沉淀吸附在套管内壁上[5]，阻碍电测仪器下行，使其难以下到要求深度。为此，需在测井作业前进行刮管洗井作业，通过大排量循环洗井液和刮管器、钻柱的搅动有效去除套管内附着岩屑等物质，极大地减小电测作业中对测井电缆及仪器串的摩擦阻力。
（2）完善仪器串，安装滚轮扶正器。
通过在仪器串上加装的四臂滚轮扶正器，使仪器与套管壁之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了摩擦系数。其次，根据电测仪器本体刚性及外径等参数，合理调整两扶正器间的距离L（图 1），使两个滚轮扶正器之间的仪器本体少接触或不接触套管内壁，最大程度减小扶正器之间仪器串本体与套管壁的接触面积和垂直于套管壁的力F（图 1），从而减小仪器所受摩擦阻力。
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| 图 1 电测仪器串在井内状态图 |
2.1.2 减小电缆上提力
电测仪器下行时受到电缆上提力的影响，通过减小电缆上提力提高电缆下放速度，以增大电缆下行的惯性力。由于电测作业前已进行过刮管洗井作业，经过长时间的搅动和冲洗，井眼得到有效清洁，为电缆的快速下放提供了安全保障。通过提高电缆下放速度（仪器下放时，速度稳定在50 m/min内，下放过程中，不遇阻的情况下速度保持在接近50 m/min），且中途没有特殊情况不要停车，保证仪器下放速度匀速，利于保持恒定而充足的惯性力，直到下至电测要求深度。
2.1.3 减小钻完井液浮力通过降低钻完井液密度，可减小钻完井液对电测仪器产生的浮力，减小了下行阻力，有利于仪器的顺利下入。但由于为水平井，且水平裸眼段与上部井眼未进行封隔，所以刮管洗井后替入的完井液密度与钻井液密度相当，密度未得到降低。但对于大斜度定向井，下完生产套管并固井候凝完成后，或水平裸眼段与上部井眼得到有效封隔的水平井，可采取替入海水的方法，降低钻井液密度，减小电测仪器所受浮力，减小下行阻力。
2.1.4 减小钻完井液对仪器及电缆粘力等多种阻力对于已经转入完井作业的井，测井作业前全井筒已经替入了完井液，且完井液相对钻井液其黏度较低，在电测仪器下行时，完井液对仪器及电缆的粘阻力较小，有利于仪器下放到位。
2.2 增大仪器下行动力 2.2.1 安装加重块增大仪器下行动力为增大仪器下行动力，可考虑在仪器串中安装加重块来增大平行于井壁的重力分量，但相应的垂直于井壁的重力分量亦增大，使得仪器所受摩擦阻力增大。当井斜较小时，重力平行分量相比垂直分量要大很多，加重块带来的下行动力要大于其产生的摩擦阻力，是利于仪器下行的；但由于电测井段井斜较大，当井斜角大于一定值后，加重块所受的摩擦力大于其受到的下行动力，则不利于仪器的下行。
由图 2可知，井斜角为α，摩擦系数为u，则加重块所受的摩擦力（u×mg×sinα）大于等于平行于井壁的下行力（mg×cosα）时，则加重块不利于仪器下行。
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| 图 2 加重块受力分析图 |
由公式：
| $ \begin{gathered} u \times mg \times {\text{sin}}\alpha \geqslant mg \times {\text{cos}}\alpha \hfill \\ u \times {\text{sin}}\alpha \geqslant {\text{cos}}\alpha \hfill \\ \end{gathered} $ | (1) |
u取0.25，则0.25×sinα≥cosα，计算出α≥arctan4≥75.96°
经过上述计算，当井斜α≥75.96°时，摩擦力大于下行力。以上为理论计算，实际作业过程中，由于套管内壁残留物及钻完井液等会大大增加摩擦系数，仪器在套管内的最大下入井斜一般在50~60°左右。由于本次电测深度处井斜高达76°，故本次仪器串中并没有试图通过安装加重块的方法来增大仪器下行动力。
2.2.2 安装爬行器增大仪器下行动力若采取上述各项措施后，仍无法将电测仪器下放到位，则采用在仪器上加装爬行器的方法（图 3）使仪器下放到位。
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| 图 3 爬行器仪器串 |
爬行器爬行原理：爬行器的两对臂依靠电机和穿过其中的传动轴来驱动。电机驱动传动轴，使臂上的伞齿轮转动，从而使臂内的链条带动臂上的爬行轮转动。四个齿状爬行轮以合适的尺寸推靠在套管壁上，爬行轮转动时，依靠静摩擦力带动井下仪器可以进行上行、下行地移动。爬行器的臂也可以根据套管井径的大小匹配不同的尺寸。
2.3 软件模拟电测仪器下入深度为保证电测作业下到目标深度的成功率，我们在电测作业前利用Cerberus软件对本次作业进行了下放模拟（图 4），通过输入井深、井斜、狗腿度等参数，模拟出井口电缆张力变化与理论自然最大下放深度（图 5）。Cerberus软件是一款专门针对电缆测井的张力模拟软件，依据井眼轨迹，提前模拟电缆测井期间的仪器遇阻情况，并制定相应的措施，特别是针对大斜度井有较强的指导意义。
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| 图 4 井深、井斜、狗腿度与井口电缆张力变化曲线图 |
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| 图 5 电缆仪器理论最大下入深度模拟曲线 |
图 4为Cerberus软件模拟的A井电测仪器入井理论下放与上提情况，其中RIH为电缆下放张力，POOH为电缆上提张力，Compression为电缆及仪器下放时所受阻力，由图中曲线可得，当仪器下入到某一深度时，井口张力变为0，此时仪器无法继续下放。
图 5为模拟的A井电测仪器最大允许下放深度曲线，由图中曲线可得，当仪器下放到3 783.4 m时，仪器所受阻力与电缆下放时的张力重合，此时仪器将无法继续下放。本井要求电测仪器下放至3 700 m，通过模拟，理论上可以下放到此要求深度。
3 现场应用由于A、B两井的条件限制，并不能应用上述分析的全部措施方法，本次电测作业通过提前刮管洗井作业，替入低黏度完井液，间隔加装滚轮扶正器来完善工具串，提高电缆下放速度及软件模拟仪器下入深度的措施方法，顺利完成了A、B两井的电测作业，仪器均下放到位且取全测井资料。
（1）A井，井深在3 800 m处，井斜为77°，电缆下放深度3 800 m，满足测井深度要求。A井井眼轨道数据见表 1。
| 表 1 A井井眼轨迹数据 |
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（2）B井，在井深3 900 m处，井斜76°，电缆下放深度3 900 m，满足测井深度要求。B井井眼轨道数据见表 2。
| 表 2 B井井眼轨迹数据 |
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4 结论
（1）电测作业前进行刮管洗井作业，有效去除套管内壁杂物，保证套管内壁清洁，大大减小了对电缆和电测仪器的下放阻力；通过间隔加装滚轮扶正器的方法来完善工具串，减小仪器与套管的接触面积和摩擦系数，进而减小了仪器的下行阻力。
（2）通过替入低黏度完井液，减小完井液对仪器的粘阻力；通过提高下放速度来减小电缆对仪器的上提力，保证仪器下放速度匀速，中途没有特殊情况不要停车，始终保持较大的惯性力，利于电测仪器下行。
（3）利用Cerberus软件模拟电缆及仪器理论下放与上提工况，得出理论最大下入深度，指导现场实际作业。
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