米桑油田电成像ERMI遇卡原因分析及预防控制措施

王 帅，钮依莎

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300459)

0 引 言

伊拉克米桑油田群主力储层[1]岩性以白云岩、灰岩为主，储集类型为次生的孔洞、裂缝、微裂缝，老井取心已局部证实目的层的储集类型。为进一步开展储层裂缝发育和分布的研究，成像测井是除钻井取心以外最直接、经济、有效的方式。ERMI电成像仪器是中海油服自主研发，具有完全自主知识产权的新一代国产电成像测井仪，其分辨率高，采集信息量多，可以直观连续的对碳酸盐岩储层进行精细识别，定性定量描述裂缝及孔洞的发育情况，同时还可以做地层沉积构造分析、地应力分析、地层孔隙度分析等地质解释，在米桑油田得到了广泛认可。

1 地质及工程概况

1.1 地质概况

米桑油田群包括3个油田，分别是A、 B和F油田。区域内包括两套主力储层，第三系的Asmari白云岩+灰岩+砂岩和白垩系Mishrif灰岩。区域内富含结核状石膏的云岩或云岩与硬石膏互层，塑性与脆性岩石交互，裂缝和孔洞发育丰富。储集空间类型为孔隙、溶洞(孔) 以及裂缝,与砂岩储集层相比碳酸盐岩储层空间类型多、次生变化大，具有更大的复杂性和多样性[2]。

1.2 工程概况

本区灰岩地层在应力和温度作用下具有明显的塑性变形特点,再加上目的层局部裂缝发育容易形成井壁不稳定[3],使得井眼垮塌和井壁掉块现象表现较为严重。近4年来共发生4次钻井卡钻事故，这其中有井斜和钻井操作的一些原因，但主要原因还是碳酸盐岩掉块引起的“硬”卡钻，由于对裂缝的分布和形态还没有充分的认识，还没有太好的避免办法，这也对裸眼测井带来了很大的风险和不便。

2 增强型微电阻率电成像仪ERMI简介

2.1 基本原理

测井过程中，推靠器、极板体等金属起着聚焦电极作用，使极板中间的阵列电扣，如图1所示，流出的测量电流垂直进入地层，电流路径如图2所示。6个极板紧贴井壁，聚焦电极和阵列钮扣电极向井壁地层发射同极性的电流，电极流出的电流以扫描测量方式被记录下来[4]。

图1 极板阵列电扣

图2 ERMI测量电流路径图

由于钮扣电极接触的岩石成分、结构及所含流体的不同，由此引起电流的变化，电流的变化反映了井壁各处岩石电阻率的变化。地面软件对电流经适当的处理可刻度为彩色或灰度等级图像，浅色代表高电阻率，深色代表低电阻率。最终形成了井壁附近地层的图象，典型地层特征如图3所示；可用于描述地层层析结构与构造特征，直观显示裂缝、断层面、不整合及其产状，进行碎屑岩油藏的沉积相描述,可为解决复杂岩性地层勘探提供有效帮助。

图3 增强型微电阻率扫描成像仪(ERMI)典型地层表现特征

2.2 ERMI 技术特点

低电阻率泥浆和超高阻地层是摆在电成像测井面前的两个难题。而伊拉克米桑油田正是这种超高阻的碳酸盐岩裂缝储层。地层电阻率和泥浆电阻率比值很高，造成测量信号小，测量难度大。但ERMI具备的特点，使得它克服了这一困难，保证了在极端条件下的测井效果，具体特点[5]如下：

1)激励信号源强大，地层适应性较强。

2)极板信号数字化，大大提升信噪比，提高了地层图像清晰度。在行业内得到广泛应用的STAR电成像仪器，其极板与电子线路之间为模拟信号，ERMI与之相比具备一定优势。

3)6个机械极板可实现独立推靠，能够在不同井眼条件下，实现贴壁测量，确保仪器与井眼和仪器中心轴保持平行，在椭圆形的井眼中也能保证极板与井壁较好的贴靠。在仪器没有很好居中时也能使极板与井壁间的距离达到最小。

4)地面处理系统[6]强大，实时图像显示实现了图像均衡增强和动态增强，能更好的反映地层特征。处理系统共包括数据预处理、图像生成、倾角处理、缝洞定量评价、孔隙度分析、地应力分析等功能。如图4所示为Weatherford公司的CMI(在应用ERMI之前，CMI是米桑油田主流成像测井仪器)与中海油服ERMI处理效果对比图，可以看出ERMI的图像分辨率更胜一筹。

图4 增强型微电阻率扫描成像仪(ERMI，左)与紧凑型微电阻率成像仪(CMI，右)在同区同层对比图

2.3 ERMI仪器参数及适用条件

仪器参数[7]见表1：

表1 ERMI仪器参数及适用条件

注：1 in=25.4 mm，1 ft=3 048 mm, 1 psi=6.894 757 kPa

3 BU-X井遇卡分析及处理措施

3.1 EMRI遇卡过程分析

EMRI仪器在3 974.93 m遇卡。EMRI仪器串下放至到井底(4 067.5 m)过程中，无遇阻显示。到井底后，开腿上提记录时正常张力显示5 800 lbf(1 lbf=0.453 592 4 kgf)，上测100 m至3 974.93 m处，有遇卡现象，张力从5 900 lbf逐渐升高6 200 lbf，立即停止绞车，并收仪器推靠臂，地面面板显示第2、3、4三个推靠臂能够完全收回，1、5、6推靠臂不能完全收回到仪器本体(面板显示6.5 in，实际正常完全收回应为4.8 in)，地面数据显示推靠臂已经完全泄压，继续上提仪器串至超过正常张力700 lbf时未能解卡，放松电缆到遇卡点深度以下2 m仪器不能自由活动，从电缆张力、张力短节张力显示来看，判断为仪器卡。

3.2 处理措施

现场尝试多次未能解卡。多次上下活动电缆，期间将电缆张力拉到最大安全张力值9 920 lbf(最大安全张力：正常张力(5 800)+弱点张力(8 000)×70%×95%-仪器泥浆中悬重(1 200))未能解卡。在安全张力范围内使用不同的上提、下放速度尝试解卡未果后，转入穿心打捞作业。打捞成功后，仪器出井口，电成像仪器两个推靠臂(5号、6号)掉落在井内，如图5所示。

图5 极板掉落

3.3 遇卡原因分析

EMRI仪器出井后，仪器推靠臂未能完全收回，极板与仪器主体中间夹杂大量泥岩和片状灰岩掉块，如图6所示。具体遇卡原因分析如下：

图6 电成像推靠臂与主体间夹杂有大量掉块

3.3.1 地层原因

目的层测量井段，塑性与脆性岩石交互，裂缝和孔洞较发育，在钻井的过程中也曾出现井眼垮塌和井壁掉块现象；电成像测井前已进行声波电阻率、放射性、核磁等四项作业，中间未进行通井作业，井内泥浆长时间未循环，井壁不稳定，易出现井壁掉落泥块现象。

3.3.2 工程作业原因

井径数据显示： 3 970～3 975 m井眼规整，3 985～3 977 m井眼扩径严重，最大达到12 in，如图7所示。上提测井时，ERMI的分动推靠臂随着井径的变化而变化，使得探头可以紧贴井壁。当仪器从进入3 985～3 977 m段测量时，此段井径很大，V字形缝隙也会变大，如此时有泥块掉落，则泥块掉落入推靠臂与仪器本体的机率大大增加，泥块粘附的几率也大大增加；当仪器从3 980 m向上进入3 977 m时，推靠臂因大量泥块阻挡并没有随井径变化收缩到8.25 in以内，从而导致仪器不能通过井径较小的该段，导致仪器遇卡。

3.3.3 仪器自身原因

EMRI仪器上测时，六个推靠臂张开，推靠臂与下部支撑臂成V字形结构，如图8所示，在井径较大的地方，V字形缝隙也会变大，此时掉块落入V字形缝隙中，便会出现粘附在上面的风险，如果掉块粘附较多，推靠臂便不能完全的收回到仪器本体上。

图7 卡点附近井段井径情况

图8 电成像EMRI开腿结构图

同时，推靠臂贴井壁向上移动时会对井壁产生作用力，极板与上支撑臂的连接处会剐蹭井壁，使本来不太稳定的井壁更容易产生掉块。8.25 in目的层段测井时一般极板压力设置为百分之四十，压力设置越大，对井壁产生的作用力也越大，在某种程度上剐蹭井壁出现掉块的几率也就越高。

3.4 预防控制措施

1)在极板上方加装遮挡物，减少泥块直接落入极板内的数量，让其从极板外面通过，然后继续滑落至井底，减小遇卡风险。

2)井队完钻后，在工程条件允许的情况下，适当调整泥浆比重和性能，维持井壁稳定，加长泥浆循环时间，尽可能把井内残余的掉块循环干净。

3)优化测井顺序，尽量减少作业前泥浆静止时间，维持井眼相对稳定的状态。

4)优化测井时的极板压力，在保证能取得合格电成像资料的前提下，使用最小的极板压力，减小仪器剐蹭井壁产生掉块的几率。

4 实例应用效果

在BU-X井ERMI遇卡原因分析及经验总结基础上，采用了以下预防措施成功避免了BU-Y井电成像遇卡，安全顺利地获得了可靠的测井资料，资料品质如图9所示。具体措施如下：

图9 BU-Y井电成像成果图

在电成像极板上部加装7 in橡皮扶正器。加扶正器一方面能阻挡上面掉下来的落块直接落入极板内，另一方面使仪器居中，各极板受力均匀。扶正器的尺寸如果太小则不能起到改变掉块掉落路线的作用，如果太大，则容易出现遇阻遇卡现象，经过综合考虑，选择了使用7 in的橡皮扶正器，扶正器位置如图10所示。

图10 仪器上部加装扶正器

测井前，微调泥浆比重，降低失水、提高PH值，保持井壁稳定，延长泥浆循环调整时间，直至落块循环干净。

常规声波电阻率和放射性测井完成后，马上转入通井作业，随后再进行电成像测井，这样就减少了测前的泥浆静止时间，保证了井眼的相对稳定性。

测井过程中遇到张力变化大的情况，将极板压力开到相对比较安全的15%～20%之间。度过困难井段后，迅速恢复正常极板压力。

极板压力取值经验积累：选用8.25 in井径较好井段对比了40%～10%之间不同极板压力测井对资料质量的影响：

1)极板压力在10%～15%时，极板贴靠不紧，图像发虚。

2)在15%～20%时，资料在可接受的范围内。

3)在20%～25%时，资料质量较好。

4)25%～40%时，资料质量优良。

这些数据也为以后在伊拉克同类型井中测井提供了很好的参考和依据。

5)仪器遇卡超过700 lbf，最短时间内收腿，根据井况和目的层位决策，是否重新下放补测。

5 结 论

1)ERMI设备遇卡的主要原因是灰岩掉块落入V 形机械臂内，导致机械臂不能正常收腿而导致的硬卡。

2)基于BU-X井电成像仪器遇卡原因分析及经验总结，在同区域后续9口井电成像测井作业中，采用上述控制措施，实现作业安全顺利，测井资料质量可靠。

3)因区域地层原因，灰岩地层易出现掉块，且不容易避免。仪器极板上方加装扶正器遮挡掉块的方法只是解燃眉之急。建议在仪器极板间加装非刚性的伞装遮挡膜，可以随着极板收放而收放，自上而下形成一个相对封闭的雨伞状空间，更大程度上阻止仪器上方井壁掉块落入仪器机械臂的V型空间中。具体可操作性在实验当中。