全谱饱和度测井仪配接爬行器在水平井中的应用

2023-01-03杨宝平贺三平刘荣虎

石油管材与仪器 2022年6期

杨宝平，贺三平，刘荣虎，易振，张晗

(中国石油集团测井有限公司国际公司北京 100101)

0 引言

海外P油田已处于开发的中后期，该区块进入高含水开发期，前期开发笼统注水，油水关系复杂。地层参数测井的首要任务是判断油层水淹状况、识别高含水层位、在老井中寻找高含油饱和度层位，确保油田实现稳产和提高开发效益目标[1]。全谱饱和度测井(Pulsed Neutron Full-spectra Saturation Logging,简称PSSL)[2]集多种脉冲中子测井技术于一体，能够有效识别水淹层、发现潜力层、判断已射孔和未射孔层段的含油性、确定剩余油分布，为挖潜增储提供有效的支持[3]。自PSSL技术引进以来，累计完成50余口直井测量，测井资料解释结果符合率达到90%，取得了增油降水的良好效果。然而PSSL井下仪器由于自身结构原因在水平井中的下入受限，不能满足该油田水平井测井需求。传统的水平井测井施工工艺运用钻杆或油管，采用湿接头工艺[4]测井，需要与井队或作业队高度配合，不但耗时长、成本高，而且易损伤电缆和仪器，风险较大。Sondex水平井爬行器(Muledrive Downhole Tractor，简称MDT )作为一种新型的井下输送工具，不受井筒复杂条件的限制，适用于将测井仪器输送进入各种复杂井、疑难井、大斜度定向井及水平井[5]，避免了传统水平井输送的繁琐工艺流程，在仪器输送过程中可实时监控井下仪器状态，缩短了占井时间的同时提高了测井效率。本文介绍了实现PSSL配接MDT所采取的相关措施，并对水平井测井实例作业进行了分析。

1 原理及组成

1.1 PSSL仪器原理及组成

PSSL仪器是一种多功能组合测井仪，通过控制井下中子发生器按一定脉冲时序向地层发射14MeV的中子流，与地层原子核发生各种反应，产生具有一定能量和时间分布的伽马能谱，利用远近BGO探测器组合[6]，分3个模式按不同能量和时间分布记录非弹性散射次生伽马能谱、中子俘获次生伽马能谱及中子次生伽马时间谱的全谱信息，实现碳氧比-中子寿命组合、中子寿命和氧活化水流测井[7]。PSSL仪器主要用于油田饱和度测量，在评价剩余油饱和度方面具有广泛的应用[8]。PSSL仪器主要由硬件系统和软件系统构成，其中硬件系统包括IPS 网络化测井地面面板、笔记本电脑和井下仪器；井下仪器主要分为遥测单元TMC和采集与中子发生器SBNG单元；软件系统主要是AXP测井软件，实现对井下仪的控制以及资料的采集与处理。

1.2 MDT仪器原理及组成

MDT仪器是一种辅助测井工具，在水平或大斜度井作业仪器靠自重无法下到目的层时，可通过MDT将测井仪器串传输到目的层，从而达到完整录取测井资料的目的。MDT主要由硬件系统和软件系统构成[9]，硬件系统包括井下牵引器、地面控制台MPC003和操作笔记本电脑。井下牵引器由旋转短节PSJ014、磁定位/张力短节HTC002、牵引器电子线路短节MDT-E01、上扶正器短节PRC027、牵引器激励短节MDT-A03、牵引器驱动短节MDT-T01、上扶正器短节PRC028等组成。软件系统包括入井模拟软件(Well Entry Simulation Toolkit,简称WEST)和井下牵引器驱动软件(MULE Driver Software)[10]。

2 PSSL与MDT的配接

PSSL仪器外径为89 mm，顶部仪器遥传单元的上端为标准的Atlas3700 28芯接口，可直接配接7芯电缆头进行测井。MDT仪器通常用于配接Sondex生产井仪器或者同类型小直径单芯仪器进行生产井测井，仪器外径为54 mm，最底部仪器下端为GO type A male 30 mm单芯接口，一般配接单芯电缆头进行测井。PSSL与MDT的仪器技术参数[11-12]对比见表1。

表1 PSSL与MDT仪器技术参数对比

由表1可见：首先，两种仪器的外径及接口类型差异较大，需要完成两种仪器的机械配接；其次，两种仪器属于不同类别，仪器控制及信号传输不同，需要完成两种仪器的电气配接；此外，PSSL仪器外径粗且质量较大，需要对组合仪器串的结构进行优化，确保在水平井测井时MDT能够在自身负载范围内将整个组合仪器串输送到目的层。

2.1 PSSL与MDT的机械配接

单芯电缆头连接MDT仪器串，MDT仪器串下端接连接PSSL仪器串。因此需要一种装置，能够匹配MDT仪器串的底端的单芯公插针接口和PSSL仪器串的顶端的28芯母插针接口。为此，设计了一种转换短节，如图1所示。该转换短节上端为生产井单芯母插针接头，与MDT仪器串底端的公插针接头匹配；下端为Atlas3700 公插针接头，与PSSL仪器串最顶端28芯母插针接头匹配；转换短节外围倒角，使两种外径相差较大的仪器组合后连接处实现结构平滑过度。通过使用该转换短节，实现了PSSL仪器串与MDT仪器串的机械配接。

图1 转换短节

2.2 PSSL与MDT的电气配接

PSSL仪器测井时上传的数据量较大，井下仪器与地面系统通信匹配的质量受电缆参数﹑电缆头性能等因素的影响较大。PSSL与MDT配接后，PSSL位于仪器串底部，由于地面系统下发命令和上传数据需要经过上部MDT仪器串，因此加剧了地面系统与井下仪器通信匹配的难度。通过调节PSSL测井软件内信号门槛值SigVn、信号增益SigGain、均衡增益EquGain的值来改善信号波形，调节通信板板卡上的电位器压制信号反冲波形﹑地面系统加电缆模拟盒改善电缆通信性能﹑甄选测井电缆7#缆芯为工作缆芯等措施，降低了MDT对PSSL仪器信号的干扰，使得PSSL井下仪器与地面系统通信质量稳定且可靠，实现了PSSL与MDT良好的电气配接。

2.3 PSSL与MDT组合仪器串的结构优化

爬行器工作的行程越大，测井仪器能够录取的资料越全面。爬行器工作的行程主要由其最大连续负载、测井仪器串的质量、测井电缆质量及井况决定。MDT推送PSSL仪器时，MDT需要克服推送仪器串的阻力和拖拽电缆的拉力。MDT自身配接有两个滚轮扶正器，主要作用是保证自身在井下工作时处于居中状态，减小仪器与套管之间的摩擦力，以便MDT能够提供充足够的输出载荷将测井仪器推送到目的层。MDT与PSSL仪器组合后，组合仪器串的质量远远超过两个滚轮扶正器的最大居中力，因此组合仪器串无法在井下水平段保持居中，仪器串与套管壁产生较大摩擦力，导致MDT推送测井仪器的阻力增大，甚至超过MDT的最大输出载荷；其次，还可能导致MDT支撑臂无法完全打开，MDT一侧的驱动轮与套管壁过度咬合，导致MDT工作电流大或无法爬行。针对这些问题设计了一种PSSL专用外套式滚珠扶正器，适用井眼尺寸和居中力符合组合仪器串的要求，如图2所示。

图2 外套式滚珠扶正器

该外套式滚珠扶正器使用时可根据井眼尺寸来调整支撑臂尺寸和支撑力强度，分别安装在遥测单元的上端和采集与中子发生器下端，使得整个组合仪器串处于居中状态，减小MDT推送仪器阻力，驱动轮能够与套管壁咬合良好，增强MDT输送能力，从而增大PSSL的测量范围。 PSSL与MDT配接组合仪器串如图3所示。

图3 PSSL与MDT配接组合仪器串

3 组合仪器水平井测井工艺流程

PSSL与MDT组合仪器串总长度11.4 m，总质量251.5 kg,适用井眼尺寸为152.4～225.4 mm。PSSL配接MDT进行水平井测井的工艺流程是MDT爬行推送PSSL过程与PSSL测井过程分时进行：垂直井段靠组合仪器串重力自然下放，到达预定深度后MDT开始启动工作，通过MPC003地面控制台来控制井下牵引器开始工作，通过井下牵引器爬行将PSSL仪器推送至目的层，之后断开爬行器电源，将MPC003切换到PASSENGER挡位，PSSL开始启动工作，通过IPS网络化地面测井面板为PSSL井下仪器供电，地面绞车上提电缆拖动仪器串完成资料录取。

4 应用实例分析

PX-2XH井2011年2月完钻，2011年6月水平段1 738.6～2 030.7m下筛管投产，井身结构如图4所示。

图4 PX-2XH井井身结构图

投产初期，产油138.3 t,含水率仅为13.5%。2021年10月份的生产数据显示该井日产油12.2 t，含水率达到94.6%。为了评价水平段上部剩余油潜力，实施科学有效的增油控水作业措施，2021年11月进行了MDT输送PSSL仪器测井施工，PSSL测量段为1 490～1 670 m，井斜范围72°～87°，该井爬行器爬行范围1 430～1 680 m，MDT一次性顺利将PSSL仪器输送到预定位置，基本完整获取了目的段PSSL测井资料(由于井况原因一小段未进行测量),图5为PX-2XH井PSSL测井资料解释成果图。通过测井资料分析评价，1号层和3号层为干层；2号层为差油层，4号、6号和14号层水淹级别为低水淹，具有一定剩余油潜力；其他层位均为高水淹，无剩余油潜力。根据PSSL结果，油公司在封堵水平段以后，对2号层、4号层顶部以及14号层进行射孔生产。作业后日产油103.2 t，含水降低至54.3%，控水增油效果显著。本次PSSL配接MDT仪器在该水平井施工中取得了良好应用的效果。