电缆式地层测试器异向推靠解卡装置的研制

2016-05-07秦小飞冯永仁张国强宋万广褚晓冬王磊

测井技术 2016年3期

秦小飞, 冯永仁, 张国强, 宋万广, 褚晓冬, 王磊

(1.中海油田服务股份有限公司油田技术研究院, 北京 101149; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司工程技术作业中心, 天津 300452; 3.中海油田服务股份有限公司油技塘沽作业公司, 天津 300452)

0 引言

电缆式地层测试器在井下进行测压取样时,定点工作时间较长,特别是进行地层流体取样耗时长达数个小时,甚至十多个小时。因此地层测试器在作业中,遇卡的几率比其他测井仪器更大。在测井过程中仪器遇卡,正确判断遇卡方式才能制定正确的解卡方案[1]。如地层测试器或电缆在井下被卡,必须中断测试进行解卡,如解卡不成功则需进行打捞,从而增加了测试成本,影响测试工作的正常进行[2]。

电缆式地层测试器EFDT设计了双探针、双支撑臂结构[3],井下推靠坐封时,探针及支撑臂能将仪器固定在井壁上,可放松电缆测井,避免了泥浆吸附电缆卡。地层测试器在泥浆柱压力和地层压力的差压作用下容易形成泥浆吸附仪器卡[4],目前没有有效、经济的解卡手段,大多采用成本高、耗时长的穿心打捞方法解卡。EFDT现场作业也曾发生过仪器吸附卡,采用穿心打捞解卡。穿心打捞一般耗时2 d左右,近海平台占井费约人民币30万元/d,深水平台占井费高达50万美元/d,穿心打捞成本高达60万元以上。因此,有必要研发一种解卡装置,对仪器吸附卡进行有效解卡。异向推靠解卡装置是一种全新的地层测试器解卡装置,采用液压推靠方式,从地层测试器推靠坐封垂直的方向推靠解卡,避免穿心打捞。

1 仪器吸附卡成因及解卡分析

1.1 仪器吸附卡成因分析

地层测试器推靠坐封装置由坐封探针和支撑臂组成。坐封探针由活塞杆及套在活塞杆顶端的橡胶盖组成,当探针推靠井壁时,橡胶变形并紧密贴住井壁,将橡胶盖中间部分与井筒液分隔开并形成密封。当裸眼井井径与地层测试器推靠坐封装置直径(包括探针护板在内)差距不大时,坐封探针不需要高出护板太多即可形成坐封。地层测试器推靠坐封时,护板、探针和泥饼容易吸附在一起,吸附力推动仪器贴近井壁,造成仪器吸附卡。

FS=(pm-pf)S

(1)

式中,pm为井筒泥浆柱压力;pf为地层压力;S为泥浆与仪器接触面积;FS为吸附力。

1.2 仪器吸附卡解卡分析

各大油田技术服务公司在电缆式地层测试器上完善了防卡解卡措施与装置,包括仪器的改进和辅助装置的设计。如飞轮扶正器降低了仪器下放的阻力,聚焦式坐封探针减少了仪器取样时间,降低了仪器遇阻遇卡风险[5]。地层测试器在泥浆比重大、测井深度较深、泥饼比较厚且定点作业时间长的情况下,极容易发生泥浆吸附卡[4]。仪器吸附卡时,可采用绷拉电缆解卡[6]、振动冲击解卡器振动冲击解卡。该类遇卡由于地层测试器探针及护板与井壁吸附比较紧密,故解卡拉力较大,绷拉电缆解卡及振动解卡器对仪器吸附卡效果有限,有时只能采用穿心打捞方式解卡[7]。

2 异向推靠解卡装置设计

2.1 异向推靠解卡装置方案设计

当地层测试器吸附卡后,仪器固定在井壁上,探针和支撑臂张开、收回只能相对于仪器运动,而仪器保持不动。所以即使不断的张开、收回探针,也不能推动仪器解卡。通过绷拉电缆解卡,如电缆张力达到了安全值,且仍不能解卡,则只能采用穿心打捞解卡。穿心打捞钻杆的拉力为FP(见图1),钻杆拉力FP与吸附力FS的关系见式(2)。据现场穿心打捞数据统计,钻具过提10～30 kN,可解除仪器吸附卡。仪器与泥饼之间静摩擦系数为0.8,可算出差压粘卡力FS大约为12.5～37.5 kN。

FP+Ff-G=kFS

(2)

式中,FP为钻杆拉力;Ff为浮力;G为仪器重力;k为仪器与泥饼之间静摩擦系数;FS为吸附力。

图1 地层测试器穿心打捞受力分析

异向推靠解卡装置解卡臂与双探针和支撑臂张开成一定角度的夹角,推动仪器解卡(见图2)。

TR=FR·sinθ·r

(3)

式中,TR为异向推靠解卡力矩;r为仪器推靠器有效半径;θ为解卡臂与双探针夹角;FR为异向推靠解卡力。

图2 地层测试器异向推靠解卡受力分析

异向推靠解卡装置单个解卡臂解卡力可达19 kN,2个解卡臂共产生解卡力38 kN。解卡力与吸附力成正反方向解卡时,能解除最大吸附力38 kN。解卡力与吸附力成一定夹角时,通过转矩方式更容易解卡。结合现场穿心打捞数据分析,该解卡方式能解除仪器吸附卡。由式(3)可知,当解卡臂与双探针夹角θ为90°时,解卡臂解卡力矩最大,解卡效果最好,因此解卡臂设计为与双探针伸出方向成90°夹角。异向推靠解卡装置由2个功能完全相同的异向推靠解卡短节组成(见图3)。2个异向推靠解卡短节分别位于地层测试器探针短节的上下方,在仪器吸附卡时,解卡臂伸出将仪器解卡。

异向推靠解卡短节由2个方向相反的解卡臂组成,可从正反2个方向进行推靠解卡,2个解卡臂可单独伸开,解卡时上下异向推靠解卡短节控制同一方向的解卡臂伸出,侧向推靠解卡后,收回解卡臂,上提仪器。如未能解卡(这种情况在地层测试器偏心的情况下有可能发生,即解卡臂伸出最大距离后,仍未接触井壁,未形成有效的侧向推靠力),则同时伸出反方向的解卡臂,从另一侧进行推靠解卡,再上提仪器。

2.2 异向推靠解卡装置液压原理

异向推靠解卡装置的2个短节采用模块式的设计,机械、液压及电气控制总线式设计,与地层测试器其他短节实现无缝连接。上异向推靠解卡短节液压系统主要由5个两位三通电磁阀、2个解卡臂、1个蓄能器组成(见图4)。解卡臂1和2的收回腔(有杆腔)通过常开电磁阀SOL3连通蓄能器蓄能腔,通过单向阀和常闭电磁阀5连接到液压系统压力油总线,蓄能器蓄能腔管线上设置有液压压力传感器CLS1,实时监测蓄能器蓄能腔压力。解卡臂1的伸出腔(无杆腔)通过常闭电磁阀SOL1连通液压系统压力油总线,解卡臂2的伸出腔(无杆腔)通过电磁阀SOL2连通液压系统压力油总线,实现2个解卡臂单独伸出控制。电磁阀SOL4可对蓄能器进行泄压,拆卸解卡臂和蓄能器时,必须对蓄能器进行泄压,保证仪器和操作安全。下异向推靠解卡短节的液压原理和上异向推靠解卡短节相同。解卡臂1和解卡臂3处于同一侧,解卡臂2和解卡臂4处于另一侧,可伸出这2组解卡臂进行推靠解卡。

图3 异向推靠解卡装置解卡原理

图4 异向推靠解卡装置液压原理图

3 现场应用

异向推靠解卡装置与增强地层动态测试器(EFDT)挂接并进行室内功能测试,EFDT仪器功能正常,解卡装置解卡臂的张开、收回功能及蓄能器紧急情况下收回解卡臂功能正常。2014年5月,在新疆某试验井,EFDT挂接异向推靠解卡装置,进行了地层测压取样测试。EFDT共测压30个点,取样2个,测试结果表明,异向推靠解卡装置顺利挂接到EFDT仪器上,不影响EFDT正常作业。测试过程中,EFDT在1 922 m处上提遇卡,电缆过提14 kN,仍不能提活仪器,后采用异向推靠解卡装置推靠解卡,张力瞬间下降并顺利解卡,表明异向推靠解卡装除解决仪器吸附卡外,还具备解除仪器上提遇阻遇卡能力。

图5 渤海海域BZ某井解卡装置应用*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m;1 mD=0.987×10-3 μm2,下同

2015年5月,异向推靠解卡装置挂接EFDT在渤海海域BZ某井作业,该井最大井斜10.64°,取样深度1 664.11 m(见图5),取样深度井斜10°,泥浆密度1.19 g/cm3,取样时间60 min。取样时仪器吸附卡,过提14.5 kN,尝试2次仍不能解卡。在电缆过提4 kN的情况下,应用异向推靠解卡装置顺利解卡。随后异向推靠解卡装置下井作业10次,先后在CFG某井、JZ某井及LD某井,共4次遭遇仪器吸附卡,应用解卡装置均顺利实施解卡,减少平台占用时间8 d,节省了昂贵的穿心打捞费,降低了打捞作业工程风险。