连续油管井下影像测井在套变诊断中的应用

王 旭， 高 森， 时 峥

中国石油川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司

0 引言

长庆区域气田具有低压、低渗、低丰度的特点，在开发中常采用水平井钻井以及大规模分段压裂完井的开发模式，很多因素(诸如目的层加深、水平段加长、井眼轨迹复杂等)导致套管下入和受力分析难度加大，经常出现套管变形[1]等复杂情况，后期改造困难。打铅印等常规检查套管及套管内其他结构形态的方法通常只能适用于直井，且多用于规则形变的判断。对于不规则的形变，铅印则存在定位不准确、缩径方位不明确、整体不够直观等缺点。连续油管一方面可以提供镜头的水冲洗通道，另一方面可以将井下电视推入水平段。井下电视[2]则可以提供比铅印更加清晰直观的可视化信息[3]。通过井下电视与连续油管技术优势的结合[4]，可准确监测到套管措断、缩径、异物卡堵等视像资料，从而为采取有效处理措施提供可靠依据。

1 连续油管井下影像测井技术优势

连续油管井下影像测井工艺的实施，标志着井下电视与连续油管的结合趋于成熟，其技术优势为：以连续油管作为水平井输送载体，针对套管变形的特点，采用双摄像头(下视和侧视)结构，实施水平段实时冲洗条件下的影像拍摄，在实时清理镜头和改善影像拍摄所需介质环境的前提下，完成水平段异常点套管及落鱼形态捕捉，并通过地面数据采集系统控制侧视摄像头旋转360°，完成对拍摄对象的精细观察和诊断。

2 设备及工具

2.1 地面设备配套

连续油管井下影像测井设备配套主要包括井口设备(注入头、防喷系统等)、Ø38.1 mm穿芯连续油管、高压密封头、电缆滑环、地面数据采集系统等，其中，井口设备为标准配置。

2.1.1 穿芯连续油管的配套

(1)连续油管穿芯方案。穿芯连续油管所选油管为Ø38.1 mm、5 600 m连续油管，所选电缆为Ø5.6 mm单芯电缆，在泵注条件下，电缆经高压流通管、液压动力绞盘及高压管汇，被送入连续油管，直至连续油管自由端[5- 6]。连续油管和电缆性能参数如表1和表2所示。

表1 连续油管性能参数表

表2 电缆性能参数表

(2)水力学参数的确定。采用降阻水作为循环工作液，泵送Ø5.6 mm单芯电缆入Ø38.1 mm、5 600 m连续油管中，最终控制排量小于250 L/min，压力小于40 MPa，确保电缆穿入过程中不出现鼓包或变形；同时，计算雷诺系数Re=47 554，远大于2 000。因此，管内流体为明显的紊流状态[7]，能够使电缆在水中上下波动，穿入期间不会遇阻，可顺利到达连续油管自由端。穿芯连续管如图1所示。

图1 穿芯连续油管

2.1.2 密封头及滑环的配套

高压密封头(承压等级：70 MPa，承载吨位：2 t)用于滚筒根部连续油管与电缆的带压及承载连接；电缆滑环用于衔接其上游电缆和下游信号线，确保上游电缆不随滚筒旋转而旋转，同时，确保下游信号线在随动过程中正常通讯(导线电阻≤110 Ω，绝缘电阻≥550 MΩ)，固定在连续油管旋转接头法兰位置。高压密封头和电缆滑环如图2和图3所示。

图2 高压密封头

图3 电缆滑环

2.1.3 地面采集系统的配套

地面数据采集系统将电缆传输信号转换为可以识别的信号，通过上位机软件成像并保存[8]。另外，可以对井下电视测井仪进行控制和调节。

2.2 井下工具配套

配套的井下工具从上到下依次为：连续油管(Ø38.1 mm)+外卡瓦连接器(Ø54 mm)+机械丢手(Ø54 mm)+转换柔性二合一短节(Ø54 mm)+冲洗短节(短节：Ø54 mm，护套：Ø82 mm)+密封短节及电缆头(Ø54 mm)+井下电视测井仪(Ø54 mm),工具串总长小于2.9 m。井下工具组合如图4所示。

图4 井下工具组合示意(从右至左连接)

连续油管和冲洗短节的结合可实现边影像拍摄边冲洗，实时保证镜头及其附近井筒环境的洁净度，同时，冲洗短节的护套具有引流至镜头位置和扶正的作用；连续油管和柔性短节的结合可避免工具串刚性遇阻；井下电视支持单芯电缆传输，具备下视、侧视、旋转侧视三种模式，主要技术参数[9]如表3。

表3 井下电视主要技术参数

3 作业方案

3.1 井筒准备

安装连续油管防喷系统和注入头进行通洗井作业，同时伴注除油剂,是因为单纯循环清水很难将水平段的油污杂质带上来，所以洗井液中应该混配除油剂。

3.2 地面测试

(1)地面测量油管自由端电缆及滑环信号通断与绝缘。

(2)接冲洗工具作做地面循环测试，排量180 L/min，循环压力30 MPa，稳压30 min，测试至密封头无渗漏。

(3)测量冲洗工具底部电缆头通断至正常。

(4)断电后测量电缆绝缘正常。

3.3 通洗井

(1)确保电缆伸出连续油管末端2.5 m以上。

(2)在连续油管末端依次连接外卡瓦连接器、机械丢手、转换柔性二合一短节、冲洗短节内管、密封短节[10]。其中，机械丢手参数如表4所示。

表4 机械丢手性能参数

(3)在冲洗短节和电缆头之间编制锥形马龙头，外铠和内铠分布采用外9内3的方式，防止电缆下放速度慢于连续油管下放速度，在电缆头处拔脱。

(4)连接好电缆头及Ø54 mm底堵，结合软件模拟结果，在不安装井下电视测井仪的前提下进行通洗井，用以确保仪器入井后的安全。

3.4 井下影像拍摄

(1)通洗井结束后，在井口连接好井下电视测井仪、冲洗短节外护套及Ø82 mm尾锥(底部带出液孔)；进行地面测试，上位机出现下视、侧视、旋转侧视画面后，表明仪器工作正常，可以入井。

(2)下入过程中保持井下电视仪器在工作状态。仔细观察井下电视影像图。根据提供的前期异常套管位置和情况，到达预定位置进行反复的影像拍摄。如果仪器可以安全地通过异常套管位置，还可用侧视以及旋转侧视对预定位置进行更详尽地观察，记录所有拍摄的图像。井下电视地面测试如图5所示。

图5 井下电视地面测试

(3)若不能观测到清晰地异常套管图像，则适度增大冲洗排量，直至可以看清楚为止。

(4)成功拍摄到异常套管形态后，上提连续油管至井口，拆卸工具、仪器及防喷系统。

4 现场应用

4.1 应用井况

连续油管带辅助冲洗工具及井下电视测井仪，在×井进行了现场试验。该井下钻至3 820.44 m遇阻，先后进行了钻具活动、正循环磨钻、下三牙轮钻头钻磨及下铣锥磨铣等处理，处理工具均难以通过遇阻点，且起出后工具上均有划痕，分析原因为：Ø114.3 mm套管节箍采用LTC扣型，上扣时扭矩过大造成套管节箍处公扣过顶，在节箍内部连续形成台阶缩径。

4.2 通洗井

4.2.1 模拟下深

通过Cerberus软件模拟×井井身结构，同时模拟Ø38.1 mm连续油管带工具(最大直径82 mm)在该结构井筒内的最大下深。软件模拟结果为：在不考虑泵注的情况下，连续油管将在5 042.0 m的位置发生自锁，该深度大于施工井的完钻井深4 489 m。因此，穿芯连续管带辅助冲洗工具通洗井时，理论上可顺利到达前期遇阻位置。下深模拟如图6所示。

图6 连续油管下深模拟载荷曲线图

4.2.2 通洗井

连续油管带辅助冲洗工具通洗井：排量160 L/min，泵压28.9～30.1 MPa，入井清水共计68 m3，返出68 m3，进出口水色一致，预探遇阻位置,载荷下降2 t，深度经校验与前期处理遇阻位置一致。

4.3 连续油管井下影像拍摄

通过穿芯连续油管带辅助冲洗工具及井下电视至遇阻位置影像拍摄，效果不理想；后采用清水+除油剂二次冲洗影像拍摄，达到预期效果，诊断并验证了井筒内钻具遇阻的原因—套管接箍变形缩径。在3 820.44 m拍摄到了异常接箍的画面如图7(b)所示，并与在其上部9.94 m位置拍摄到的另一接箍画面如图7(a)所示进行比对，比对后发现，在3 820.44 m处的接箍轮廓从正圆变形成椭圆，发生了缩径变形。因此，为下步复杂处理提供了可靠依据。

图7 套管节箍形态比对

5 结论及建议

(1)利用连续油管穿芯系统，配合低磨阻循环工作液，在增加循环速度和降低初始排量的条件下，成功将Ø5.6 mm电缆穿入5 600 m的Ø38.1 mm连续油管内，并完成辅助冲洗工具及井下电视测井仪的挂接及通讯。

(2)滑环和高压密封头累计带电工作约36 h，带压工作约14 h，绝缘与通讯均满足现场作业要求。

(3)验证了连续油管井下影像测井在带压水平井内诊断套管变形的可行性，并为确定套变等复杂处置方案的制定提供了可靠依据。

(4)利用穿芯连续油管的传输优势，后期还可开展水平段生产测井等相关水平井测井工艺。

(5)由于辅助冲洗工具仅用于改善镜头附近的局部环境，建议作业前大排量洗井1次，并配合除油剂的使用，为井下电视提供一个更加良好的水平段影像拍摄环境。

(6)建议在工具串组合中加入伸缩短节，减少电缆和油管相对位移对电缆造成的形变损伤。