直推存储式测井在富满油田超深地层中的应用优势及改进措施

蔡万春,倪小威,郇志鹏,张玮,陈继胜,王俊杰

(1.中国石油塔里木油田分公司油气田产能建设事业部,新疆库尔勒841000;2.中国石油集团测井有限公司塔里木分公司,新疆库尔勒841000)

0 引 言

富满油田是目前塔里木油田原油增储上产的主阵地[1-2],随着该区块勘探开发力度加大,8 000 m以上大斜度、水平井逐年增多,总数达塔里木油田钻井数的24.73%。储层温度从150 ℃增加到160 ℃,部分井温甚至超过170 ℃。同时碳酸盐岩储层类型复杂多样,孔洞、裂缝发育,钻井过程中常伴随“放空”、“井漏”、“溢流”或“溢漏同存”等复杂情况[3-5]。常规钻具传输测井、泵出存储式测井因温度性能和井控保障能力不足等导致测井成功率低,严重阻碍了富满油田地质储量评价,已无法满足生产需求。为克服上述难题,经过深入市场调研,塔里木油田于2021年正式引进直推存储式测井[6-8]。直推存储式测井具有占用井口时间短、井控风险低、仪器抗高温高压能力强等优点,能够在高温环境下长时间施工,施工过程中可建立循环排污。自该工艺引进富满油田以来,已完成测井作业50余井次,目的层资料获取率由33%提升至64.9%,为储层评价和地质储量上交提供了可靠的技术保障。

详细介绍了直推存储式测井的组成、施工步骤及仪器性能,对比论证了钻具传输测井、泵出存储式测井、直推存储式测井、随钻测井在富满油田目的层的适用性及优缺点。针对直推存储式测井在现场使用中暴露出的问题,如仪器皮囊易破损、综合仪负荷大易造成元器件过载、SD卡存储故障、井径臂易折断等,提出了针对性解决措施,有效提高了测井成功率。

1 直推存储式测井介绍

直推存储式测井主要针对超深、超高温等恶劣条件下的裸眼井,适合常规井况大斜度井和长位移水平井测井。测井时通过转换短节,直接将测井仪器连接在钻具下方,入井前设置仪器参数,由钻具将仪器送至目的层进行测井施工。施工中可先进行下放测量,到井底后再进行上提测井。一次施工可测得下放和上提曲线,完成2次测井,提高了测井数据的可靠性和测井曲线质量。

1.1 直推存储式测井仪器指标

塔里木油田目前已投入应用3种直推存储式测井仪器,它们是PILS-X系列、GILEE-8Φ80系列和HCET-70系列,其中PILS-X系列、GILEE-8Φ80系列主要针对裸眼井测井,HCET-70系列针对套管井测井,其仪器指标见表1。由表1可知,PILS-X系列兼容电缆、存储双模式,可选择性强,测井项目齐全,仪器抗压、抗拉性能优异,但耐温能力相对较弱;HCET-70系列耐压性能最强,但抗压性能较弱,且测井项目单一;GILEE-8Φ80系列耐温性能最强,抗拉、抗压性能优异,适用的井眼尺寸范围最广且测井采集项目齐全。在实际施工中,可根据井眼条件的不同选择合适的直推存储式测井系列,保障测井成功率。

1.2 直推存储式测井系统组成

直推存储式测井系统由地面深度系统、井下仪器、井下短节和专用工具组成,地面深度系统主要由测井用计算机、UPS、深度盒以及钻井平台传感器4部分组成(见图1)。深度系统是直推存储式测井系统的关键部分,直推存储式深度系统的深度测量是利用旋转编码器记录绞车的旋转角度,首先,进行多点刻度,刻度不同的大钩高度,将绞车旋转角度与大钩高度建立对应关系;然后,利用钩载传感器记录大钩载重,通过载重的变化判断井下钻具及测井仪器的运动状态,如坐卡、下放、上提等,得出仪器所处深度位置的变化。

表1 不同系列直推存储式测井仪器指标对比

图1 直推式测井系统组成结构

1.3 直推存储式测井资料质量

对PILS-X系列、GILEE-8Φ80系列直推存储式测井仪器在塔里木油田轮深2标准井获得的资料进行对比。声波、双侧向和自然伽马等测井曲线一致性、重复性好,资料品质与常规5700系列数据一致,符合储层评价需求。图2为PILS-X系列直推存储式仪器与常规5700系列采集资料质量对比。

图2 PILS-X系列直推仪器与常规5700系列采集资料质量对比

2 富满油田目的层不同测井工艺适应性对比

综合对比钻具传输、泵出存储、直推存储、随钻测井仪器指标性能(见表2)。从表2可见,直推存储式测井具有工艺时效高、抗拉抗压强度高、耐温耐压性能好、曲线质量好及测井项目全的优势。同时塔里木油田超深层碳酸盐岩埋深超7 500 m,储层温度可达160 ℃以上,油气显示活跃,井控风险高,井况复杂。针对高温高压、井控风险高等环境下的测井作业,传统的钻具传输、泵出存储式等工艺从仪器耐温稳定性、井控安全等方面已无法满足现场需求[9-13],直推存储式测井工艺更适用于塔里木油田复杂井况,综合优势明显。相对目前钻具传输测井,直推存储式系统在解决湿接头泵下枪对接及测井电缆同步时存在较大的不确定因素和安全风险。无电缆、存储式方式测井时间短、施工安全高效,不存在通讯问题,避免了电缆长导致无通讯或电缆损伤、对接不好无通讯的问题。相对泵出存储式测井,直推存储式测井资料跟电缆测井一致,优于小直径的泵出存储式测井。直推存储式测井无需释放仪器,且仪器耐温耐压高,可以下放测量和上提测量,资料成功率高,而过钻杆只能上测。直推存储式测井仪器最大抗压、抗拉强度大,能解决现场施工井况复杂、摩擦阻力大易遇阻遇卡的情况,同时降低井控风险。

表2 钻具传输、泵出存储、直推存储、随钻测井仪器指标性能对比

3 不足及改进措施

目前直推存储式测井已在富满油田超深层作业50余井次(见表3)。作业过程中PILS-X系列仪器发生故障7井次,主要是因为仪器皮囊破损和综合仪负荷大造成元器件过载。GILEE-8Φ80系列仪器发生故障6井次,主要原因是仪器SD卡存储故障和井径臂易折断。为保障成功获取测井资料,针对上述问题分别提出了针对性解决措施。

(1)PILS-X系列仪器皮囊破损问题。其原因主要是钻井液不清洁,含铁屑杂物较多,在液柱压力作用下杂物刺破皮囊,钻井液和皮囊内平衡油置换,导致仪器绝缘降低,电流增大,触发综合仪和电池内部过流保险熔断,整串仪器停止工作(见图3),同时皮囊强度不够也是原因之一。针对PILS-X系列仪器皮囊易破损的问题,采用在隔声体皮囊外加装保护编制网的方式,增加皮囊韧性,使皮囊能够承受部分挤压而不破。在发射、接收皮囊窗口增加橡胶块,防止钻井液中锐物进入,保护皮囊不受损。

图3 皮囊破损图片及仪器缝隙中存在铁屑图片

表3 直推存储式测井在富满油田施工统计(部分数据)

(2)PILS-X系列综合仪负荷大易造成元器件过载问题。针对该仪器侧向组合电流大,在井下高温环境下长时间工作易造成元器件被烧的现象,设计制造了辅助综合仪,将下井仪器串分流,增加辅助综合仪来控制仪器工作,主综合仪控制其他低功耗项目,组合2支电池分开供电,互不干扰,通过分化仪器负载,降低仪器故障率。

(3)GILEE-8Φ80系列SD卡存储故障问题。造成SD卡受损的主要原因为仪器在井下高温状态下停留时间太长,SD卡故障井普遍存在于高温(>140 ℃)环境中长时间循环的情况下,加之仪器数据存储量大,电路板处理数据量大,工作时SD卡在保温瓶中发热较快,同时长时间在高温环境下循环工作导致保温瓶内温度上升较多,最终导致SD卡过载烧坏,测井数据随之损坏,无法取出。针对GILEE-8Φ80系列SD卡存储故障问题,使用双SD卡,做到双保险,保证数据存储的稳定性。

(4)GILEE-8Φ80系列井径臂易折断问题。针对GILEE-8Φ80系列井径臂易断问题,将板簧材质更换为韧性较好的不锈钢材质,降低板簧在水平状态时其中部发生断裂的风险,同时井径臂升级为测量臂,中部固定板簧来增加板簧两端的强度;测量臂与板簧固定位置倒角过渡,避免测量臂棱角与井壁发生磕碰(见图4)。

自2021年第3季度相关措施实施以来,直推存储式测井成功率已从初期的58.0%提升至90.0%,改进效果显著(见图5)。

图4 GILEE-8Φ80系列井径臂改进措施示意图

图5 2021年富满油田直推存储式测井成功率

4 结论与建议

(1)直推存储式测井仪器最大抗拉、抗压强度分别为30 t、20 t,200 ℃高温环境下最长工作时间达50 h,且作业中途可开泵循环排污,采集项目齐全。

(2)直推存储式测井针对溢流、下钻遇阻、上提遇卡等异常情况可操作性更强,与钻具传输测井、泵出存储式测井、随钻测井相比,其在富满油田超深层具有适用性。

(3)针对直推存储式测井出现的仪器皮囊易破损、综合仪负荷大易造成元器件过载、SD卡存储故障、井径臂易折断等问题采取了针对性措施,使直推存储式测井成功率从初期58%提升至90%。

(4)直推存储式测井的最大作业风险是无法实时监测井下仪器状态,只能通过钻具阻卡参数间接判断,建议下步开发实时监测功能,将仪器状态关键参数实时上传到地面,便于指导施工。

(5)目前直推存储式测井尚不具备测量电成像等非常规测井资料的功能,而电成像测井资料对于碳酸盐岩储层评价至关重要,建议加快高温高压直推存储式电成像测井仪器研发,进一步满足储层评价需要。