计算测井电缆拉伸系数的方法

李朋,王文锋,李衡,王守斌,李伟,吕巍,邓亮亮

(中国石油集团测井有限公司天津分公司,天津 300280)

0 引 言

由于生产测井电缆的厂家不同,根据Q/zCJ-J02-005-89标准计算的电缆拉伸系数与实际有很大差别。即使生产厂家给出电缆拉伸系数的标称值,由于生产批次不同,电缆使用环境不同,在实际应用中也会存在一定的差异。例如,SY/T5361—2007采用Camesa厂家技术手册数据,提到Camesa-7J46测井电缆拉伸系数为0.174 m/(kN·km)[1]而Q/zCJ-J02-005-89给出各类7芯电缆伸长系数均为1.322 02 m/(t·km)[约0.132 m/(kN·km)],这2个数据并不一致,使现场工程师在工作中应用电缆拉伸系数时无所适从。

通常,测井工程师会在上提仪器遇卡时根据张力增加与电缆拉伸量之间的关系,采用已知的电缆拉伸系数,计算卡点位置,以确定正确的解卡方法。电缆拉伸系数的不正确直接影响卡点位置的错误判断,对后续处理造成很大的安全风险[2-8]。掌握测井系统所用电缆的拉伸系数对测井现场技术人员至关重要。本文从实际应用出发,提出一种计算测井电缆拉伸系数的方法。

1 计算原理

在不同张力条件下,由于电缆拉伸程度不同,测井仪器测量井下某一标志性特征(如短套管、分级箍、同位素标签等),会得到不同的深度结论。通过对比2次测井的深度差,结合2次测井电缆所受不同的张力,就能计算出正在使用的这种电缆的实际拉伸系数。

匀速测井过程中,电缆张力等于测井仪器重量、电缆重量、电缆和测井仪器所受浮力、电缆和测井仪器与井壁产生的摩擦力、电缆和测井仪器与钻井液之间的动切力的合力,电缆、测井仪器保持匀速运动。井下仪器串自重是恒定数值,不会改变。对于井下某一特定位置,电缆展开长度一定,电缆重量固定。每口井的钻井液密度恒定,在不同张力条件下的测井过程中,当测井仪器通过井中某标志物瞬间,井中电缆和测井仪器排开钻井液的体积也是一定的。所以,电缆和测井仪器所受的浮力在不同张力条件下的测井过程中,在井中特定位置是恒定的。张力试验中,尽可能减小由于电缆长距离延展产生的深度误差,应采用同一次下井,下放、上提2种测井方式测量井中标志物深度的方法。上提、下放测井过程中电缆和测井仪器运行轨迹可能发生变化,测井仪器串的顶、末端形状不同,电缆和测井仪器与钻井液之间的动切力、同井壁产生的摩擦力方向不同,数值会有所改变。

2 实施条件

为计算精确,深度记录系统采用光电编码,光栅数不少于300/ft*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同。测井采集系统和绞车面板深度显示精确到0.001 m。为建立张力与电缆拉伸量的准确关系,减少井眼情况对张力的影响,应在油井套管段进行计算。井内要有短套管、分级箍、同位素标签等标志物。如果是裸眼井,需有3 000 m以上的技术套管。测井深度系统计量要精准,误差在0.5‰以内。张力计的计量要准确,选择无风、干燥的天气进行计算。

3 计算过程

3.1 测量电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度L

在下放测井仪器过程中,当电缆总张力超过1 000 lbf**非法定计量单位,1 lbf=4.448 N,下同后,地滑轮与电缆滚筒之间电缆下垂现象消失,呈一条直线。此时,缓慢停绞车,在即将脱离电缆滚筒的电缆处做一个明显记号,并记录此时绞车显示深度为D0-1。继续缓慢下放测井仪器,当电缆上的记号到达与钻台转盘平面平齐位置时,停住绞车,记录此时的绞车显示深度为D0-2,电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度为

L=D0-2-D0-1

(1)

3.2 下放测井,测量井中某一标志物的深度D1

在距离标志物以上50 m处,开始记录测井曲线,下放速度不能超过20 m/min,且匀速。当标志物磁定位(或其他参考曲线)特征显示到测井系统监视屏后,继续向下测量50 m,缓慢停住绞车并停止记录。

打开下放测井记录到的测井数据文件,读出标志物对应磁定位(或其他参考曲线)的深度D1及对应的张力T1。

3.3 上提测井,测量井中同一标志性特征的深度D2

上提测井,速度与上述下放测井保持一致,当标志物磁定位(或其他参考曲线)特征显示到测井系统监视屏后,继续向上测量50 m,停住绞车并停止记录。

打开上提测井记录到的测井数据文件,读出标志物对应磁定位(或其它参考曲线)的深度D2及对应的张力T2。

3.4 计算电缆拉伸系数E

由于井中标志物到钻台转盘平面的距离(标志物深度)是一个恒定数值,下放测井与上提测井得到不同的深度结果是因为2次测井电缆所受张力不同,电缆拉伸量产生差异。

不同张力条件下,电缆拉伸量的差为

ΔL1=D1-D2

(2)

由于上提测井电缆张力大于下放测井,ΔL1即为上提测井时增加的张力作用在从电缆滚筒到井下标志物这段电缆(D1+L)后对电缆产生的额外拉伸长度。

所以,正在使用的这种电缆拉伸系数E为

E=ΔL1/[(T2-T1)·(D1+L)]·106

(3)

式中,深度、长度单位均为m,张力单位为lbf。×106转换为电缆km·klbf拉伸量,即电缆拉伸系数。

3.5 计算方法的计算误差

综上所述,通过该方法计算电缆拉伸系数误差取决于测井队张力系统误差,这个误差在该计算方法实际应用得到的电缆拉伸系数计算卡点深度时也会得到消除。

假设某测井队正在使用的电缆实际准确的拉伸系数为E′,则

(4)

根据SY/T5361—2007所给计算卡点深度的公式[1]为

(5)

式中,D为卡点深度;ΔL为从电缆上量出的电缆伸长值;ΔT为增加的电缆张力值;E为电缆伸长系数。

假设某测井小队在测井施工中,测井电缆在某深度点卡死,测井工程师采用SY/T5361—2007所给公式计算卡点深度。由于上述测井小队张力系统误差为b%,实际增加的电缆张力值为ΔT′那么会有以下关系

ΔT′=ΔT·(1+b%)

(6)

准确的卡点深度应该为:

(7)

将式(4)和式(6)代入式(7),不难发现,张力系统b%的误差也可以抵消。

所以,对特定的测井小队来讲,在测井仪器或电缆在井下遇卡后,采用该计算方法得到的电缆拉伸系数计算卡点深度,即使深度系统、张力系统存在不同程度的误差,误差都是相对的,在计算过程中会抵消,所以也会得到准确的卡点深度。

4 实际应用(以Camesa-7J46电缆为例)

4.1 测量电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度L

图1 在电缆上做标记及对应的深度显示

测井施工中,该测井小队电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度L为

L=D0-2-D0-1=85.581 m

图2 图1中所做标记到达钻台转盘平面及对应的深度显示

4.2 下放测井,测量本井9 in套管分级箍下变扣接箍深度D1

4.3 上提测井,测量本井9 in套管分级箍下变扣接箍深度D2

4.4 计算该测井小队使用的Camesa-7J46测井电缆拉伸系数E

该测井小队正在使用的Camesa-7J46测井电缆拉伸系数E为

ΔL=D1-D2=1 625.269 8-1 624.355 4=0.911 4 mE=ΔL/[(T2-T1)·(D1+L)]×106=0911 4 m/[(2 024.703 lbf-1 331.930 lbf)·(1 625.269 8 m+85.581 m)]×106=0.768 9 m/(km·klbf)

图3 下放测井得到的该井9 in套管分级箍下变扣深度及对应的电缆张力

图4 上提测井得到的该井9 in套管分级箍下变扣深度及对应的电缆张力

所以,该测井小队正在使用的测井电缆在当前情况下的拉伸系数为0.768 9 m/(km·klbf),如果在深度系统、张力系统没发生改变的情况下,发生测井仪器或测井电缆井下遇卡后,可采用此系数计算卡点深度。

5 结束语

(1) 由于施工需求和成本控制因素,造成了各测井小队装备的测井电缆之间的存在差异。测井电缆采用的钢丝的材质不同,生产工艺不同,加之使用环境不同,所以不可能存在一个固定的测井电缆拉伸系数。

(2) 本文提供的方法,针对某一特定的已装备电缆,计算出该电缆的拉伸系数,应用该种方法计算得到的电缆拉伸系数从理论上消除了深度系统和张力系统的误差对计算卡点深度的影响,为测井小队现场深度校正、井下复杂处理提供了理论依据和实际支撑。

(3) 随着电缆使用时间的增长和电缆钢丝的磨损或使用环境的变化(井内温度、钻井液等影响),测井电缆拉伸系数会产生微改变,只要掌握本文提供的计算方法,定期计算,就能及时掌握测井小队所使用的电缆的拉伸系数。