汪 源,孙建军,彭秀兰

(江苏石油勘探局地质测井处,江苏扬州225007)

复杂井眼环境下测井遇阻、遇卡情况分析与对策

汪 源,孙建军,彭秀兰

(江苏石油勘探局地质测井处,江苏扬州225007)

详细描述了常见的4种复杂井眼环境:井壁不规则、摩擦阻力过大、井眼轨迹差、吸附粘卡的成因及其特征。对裸眼井测井中经常遇到的遇阻及遇卡情况进行分析,给出不同情况下遇阻、遇卡的处理方法。提出了减少测井遇阻、遇卡的措施。如充分做好测前准备,编制应急预案;第1趟测井时应以较短的仪器组合下井,注意观察张力变化;引进和研发新型复杂井测井工具和工艺等。

石油测井;复杂井眼环境;井眼轨迹;遇阻;遇卡

0 引 言

江苏油田水网密布,石油地质条件复杂,多属于复杂小断块油田,常采用多靶点、小靶区、大斜度、大位移定向井技术进行勘探开发,井身轨迹控制困难[1]。由于钻井速度提高,周期缩短,若井眼和泥浆处理不好就会造成井壁不稳定、井眼轨迹差等复杂井眼环境,导致测井遇阻、遇卡情况增多。2009年因遇阻遇卡造成的通井达153井次,13口井穿心打捞16次,阻卡率达32.5%。2009年已经有多口井因为井下情况复杂而导致未能取全测井资料。遇阻、遇卡情况的增多导致测井周期长,通井次数多,不但严重影响了测井及后续施工的进度,加大了勘探、开发成本,也增加了测井的风险。

1 复杂井眼环境的特征

1.1 井壁不规则

1.1.1 井眼缩径

由于某种原因造成井眼直径缩小。此类情况常导致测井仪器下放遇阻或上提遇卡。对于216 mm的井眼,当缩径到180 mm左右时,直径89 mm的井下仪下放遇阻不太严重,下放有时会轻微遇阻;而对于微电极井径和固定了扶正器的仪器可能会遇阻。当缩径小于160 mm时,大多数仪器会遇阻,因为这时缩径形成的台阶较大。

M 35-××井从1 240～1 260 m井段有3处缩径段,该段为泥岩,缩径处井径为160 mm左右。声波、感应等测井仪器都遇阻,井队通井3次仍测井遇阻,后使用工具将该段进行了扩眼,最终取全所有资料。

1.1.2 井眼扩径及井壁台阶

井眼因钻井划眼或井壁垮塌等造成井眼直径扩大,形成俗称的“大肚子”井眼,若出现连续的井径剧烈变化的情况,则形成“糖葫芦”状井眼。测井队在F4井井壁取心结束快速上提时,在1 214 m左右突然遇卡,造成取心器落井。井壁不规则大多通过井队钻井过程中的情况以及井径曲线加以判断,另外在表层套管下部300～500 m的井段也易出现。当存在“大肚子”井眼时,在仪器下放时在其下沿处易遇阻,上提时在其上沿处容易遇卡,特别是带推靠臂的井下仪更容易遇卡(见图1)。

井壁台阶多发生在软硬地层的交界面,使钻头钻进时偏向一侧造成台阶,导致测井仪器遇阻。

图1 “大肚子”井眼遇阻、遇卡示意图

1.2 摩擦阻力过大

摩擦阻力过大易导致仪器遇阻,遇阻发生在大斜度井造斜点以后,表现为遇阻点多,有的多达十几个到几十个不等。上提仪器再下放时大多能通过遇阻点,且上提仪器时没有遇卡现象或轻微挂卡。比较典型的如 YX22-×井,该井井深3 750 m,泥浆密度1.21 g/cm3。从1 775 m开始造斜,最大井斜41°,2 200 m以下井斜都是30°以上。大斜度井段长,无扭方位现象,从测得的井径图中也看出井眼比较规则,但下放时遇阻点多,井队通井3次。

1.3 井眼轨迹差(狗腿度过大)

狗腿度是单位井段长度井眼轴线在三维空间的角度变化,可以通过井队提供的井斜数据得出,通常在仪器串较长时遇阻或遇卡,而经多次通井后效果不明显。如S××井井深2 846 m,从1 000 m左右造斜,到2 241 m时井斜为42.12°,之后开始降斜, 2 444.87 m井斜降到35.75°。之后又开始增斜,到2 647.44 m井斜增至44.18°。完井电测时,第1串仪器(三参数+遥测+微电极井径+连斜)长度10 m左右,分别在2 264、2 390、2 670 m遇阻,井队通井3次。

井眼轨迹差遇卡多发生在多次纠斜、扭方位的井,且多发生在先增斜后降斜井段的最大井斜处。如S20-××井测井时,声波感应仪器串(14.15 m)在2 230 m卡死,穿心打捞。该井从1 920 m(井斜27°)开始增斜,到2 100 m达到33°,然后稳斜到2 230 m开始降斜,到2 320 m降到30°。卡点正好在该段的最大井斜处。S××井测井时,5700系列伽马中子井径仪器串(17 m)在1 940 m卡死,穿心打捞。该井从1 750 m(井斜21.97°)增斜到1 885 m (井斜31.29°),然后稳斜到2 000 m,随后又开始降斜。卡点处在稳斜段的最大井斜处(井斜32°)。

在造斜段形成“狗腿”状井眼时,还容易造成键槽遇卡,且大多发生在斜井中井眼轨迹突变处。当遇卡净拉力(指总拉力-正常上测时的拉力)小于800 kg时仪器一般可以下放,但上提时遇卡,且卡点位置几乎不变(见图2)。

图2 键槽遇卡示意图

1.4 吸附粘卡

钻井液密度过大,液柱压力大于地层压力,井下仪或电缆在液柱压力的推动下贴向井壁,吸附在井壁上,造成电缆或仪器的粘卡。此类情况多发生在低压渗透率层段。如2009年12月10日,在F5-×井,测井队在测量补偿密度时,在3 024 m挂卡,因为雨天钻杆排较滑,导致绞车歪斜,无法正常起电缆,经过5 min左右将车摆正后,发现仪器已经卡死,总张力增加,井下张力不增加,而且下放电缆时,上部的软电极也不能下放。自然电位曲线显示该段为大段砂岩,判断为电缆或电极吸附粘卡。

2 遇阻、遇卡情况分析与对策

2.1 井壁不规则遇阻、遇卡分析与对策

2.1.1 井眼缩径遇阻分析与对策

由于地层被钻井液浸泡,某些黏土质矿物构成的岩石所受外力小于矿物颗粒表面对水分子的吸着力时,水分子被挤入矿物颗粒之间,使颗粒之间距离加大,地层岩石膨胀,使井眼缩小,从而导致仪器不能正常通过[2]。或泥浆失水过大,在渗透层段形成较厚泥饼,使井眼缩小,从而导致仪器不能正常通过。

对于此类遇阻测井风险较大,不能硬冲,否则易导致上提时遇卡。如果有已经测成的井径曲线,可以根据缩径的大小,以及仪器上提的遇卡拉力决定是否继续测井。如果是第1趟下井,可选择固定有扶正器的声波仪器或快速测井平台的微电极井径仪器下井,且下放速度不要超过3 000 m/h。这样一旦有缩径现象,就很容易遇阻,不至于卡死仪器。一般遇阻3次不能通过时,需井队通井。

2.1.2 井眼缩径遇卡分析与对策

M 35-××井在微电极井径仪器上测时有几个缩径处都有不同程度的遇卡,后经多次上提下放电缆后解卡。因为电缆和张力棒的抗拉强度小于岩石的破裂强度,所以一般短时间内难以解卡。必须通过反复上下活动电缆,增加作用在岩石上力的时间和次数,使卡点岩石流变,破坏岩石,达到解卡的目的。

(1)在马笼头张力棒允许的范围内,反复上提下放电缆冲击遇卡点。

(2)如果带推靠臂的仪器发生缩径遇卡,可通过反复开收推靠臂使仪器推靠井壁产生振动,同时反复上提下放电缆。

2.1.3 井眼扩径或井壁台阶遇阻分析与对策

钻井过程中,软硬地层的交界面易出现台阶,钻井划眼的井段、井壁垮塌井段以及在表层套管下部300～500 m的井段易出现“大肚子”井眼,从而使井壁不规则导致仪器遇阻。

在井斜超过30°的井中如出现这类井眼则更容易遇阻。

(1)在仪器结构允许时,挂接底部有橡胶导锥的导向加重,因为橡胶导锥有一定的弹性,在有台阶时容易通过。

(2)在仪器的合适部位固定扶正器,使仪器居中,不易被台阶和大肚子井眼的下沿阻挡。

(3)如果是距井口600 m以上因大肚子井眼遇阻,可通过改变电缆下放方式通过遇阻点。第1次遇阻后记下遇阻点位置,上提15 m以上后,以3 000～4 000 m/h左右的速度下放。在距遇阻点1～2 m处立即刹住,这样仪器在井中产生晃动,然后再迅速下放就有可能避开大肚子井眼的下沿,顺利通过遇阻点。

(4)井队在通井时使用工具破坏井壁台阶。

2.1.4 井眼扩径造成“大肚子”上沿遇卡分析与对策

当井壁因钻井划眼或垮塌等原因形成“大肚子”井眼,在上沿处形成台阶,在仪器上提时在其上沿台阶处容易遇卡。特别是带推靠臂的井下仪器更容易遇卡。

(1)当仪器上提拉力超过正常拉力800 kg左右时,停止上提仪器。如果是带推靠臂的井下仪先收拢推靠臂,然后下放仪器。这类遇卡一般仪器可以下放,反复多次活动仪器一般可以解卡。

(2)在井下仪合适位置固定扶正器使仪器居中,也可减少该类遇卡情况。

(3)在“大肚子”井眼较多的井段,仪器上提速度不能过快。

2.2 摩擦阻力过大遇阻分析与对策

这类遇阻主要是因为井斜大,泥浆润滑性能差,造成仪器与井壁及井壁泥饼之间的摩擦阻力增大。

(1)通井时加入润滑剂,充分循环泥浆。

(2)在上提仪器时没有遇卡现象或轻微挂卡时,通过反复上提下放使仪器通过遇阻点。

(3)在不严重影响资料质量的情况下,去掉扶正器,减小仪器阻力。

(4)在仪器结构允许时,挂接导向加重。

YX22-×井第3次通井时加入了机油对泥浆进行润滑,测井队通过通过反复上提下放使仪器通过近20多个遇阻点,历时2 h多,第1趟仪器到底。第1串仪器中有2个扶正器。第2趟在下1515阵列感应仪器时,考虑到井下情况,去掉了扶正器,下放较为顺利,中间只有几个遇阻点。

2.3 井眼轨迹差遇阻、遇卡分析与对策

2.3.1 因井身结构原因造成的遇阻、遇卡分析与对策

测井仪器遇阻的主要原因为多次增斜和降斜,或纠斜纠方位过急,在造斜段形成“狗腿”状井眼,导致井眼轨迹差不利于测井仪器的通过。如果仪器串过长,则更容易遇阻和遇卡。

(1)改变仪器组合,尽量缩短仪器串长度。

(2)在仪器串中合适位置连入柔性短接,减小仪器刚性长度,以利于仪器串适应井眼轨迹。

S××井在3次遇阻后,根据井队提供的井斜数据,决定用单只83系列井下仪进行测井,感应仪器(总长7 m左右)离井底70 m左右遇阻。

2.3.2 键槽遇卡分析与对策

电缆在井内沿着一定的方向运动,如果电缆与井壁摩擦达到一定程度,就可以形成深槽。上提井下仪器时,电缆沿深槽运行。当直径大于深槽的鱼雷头或马笼头上提到键槽位置时就容易遇卡。这种遇卡的特点是上提拉力不是很大时仪器一般可以下放,但上提时遇卡,且卡点位置几乎不变[2]。电缆在斜井中所受合力的结果与直井相比更容易贴井壁,所以当斜井中井眼轨迹突变,在大斜度井段形成“狗腿”状井眼时,更容易造成键槽遇卡。

(1)在紧靠马笼头下部的仪器上固定橡胶扶正器,使马笼头抬高,不贴井壁上行,减小马笼头顶部进入键槽的几率。

(2)发生此类遇卡后,在马笼头张力棒允许的范围内,反复上提下放电缆冲击遇卡点。

(3)如果遇卡的仪器串有带推靠臂的仪器,可通过反复开收推靠臂使仪器推靠井壁产生振动,同时反复上提下放电缆。

2.4 吸附粘卡分析与对策

钻井液密度过大,液柱压力大于地层压力,井下仪在井内静止时间越长,井下仪或电缆在液柱压力的推动下越贴向井壁,增大了与泥饼的接触面积,从而增大了运动时的摩擦阻力,使仪器在有限的动力下不能自由活动[3]。

(1)通过在仪器上固定橡胶扶正器,防止仪器被吸附到井壁上。

(2)减少仪器在井下的静止时间。

(3)在标准允许的范围内,尽量提高仪器测速。

(4)如果带推靠臂的仪器发生粘卡,可通过反复开收推靠臂使仪器产生振动或推离井壁,同时反复上提下放电缆等手段来达到解卡的目的。

3 预防遇阻遇卡的措施

(1)提前收集钻井、地质、泥浆资料,针对测井施工中的重点难点编制施工设计及应急预案。充分做好测井前设备的准备工作,保证设备在测井时不出故障或少出故障。

(2)对于复杂井的测井施工,第1趟应以较短的仪器组合下井,注意观察井下仪器下放和上提过程中的张力变化情况,根据第1趟的测井的情况合理地安排后续测井的仪器组合。有遇卡现象时尽量缩短仪器组合长度,并在合适位置固定橡胶扶正器(快速测井平台的扶正器在仪器遇卡达到一定拉力后其叶片自动脱落,利于仪器解卡)。

(3)完善斜井和复杂井测井工具,提高测井成功率。中国许多油田已广泛使用各类导向加重,遇阻抬高器在井下有小台阶时有效果。哈里伯顿公司已推出改进的新型电缆震击器LockJar系统,能够有效解卡测井仪器,并继续完成测井作业。在一些仪器经常被卡的地区,使用LockJar系统就能够顺利地进行电缆测井。

(4)使用泵冲法或湿接头法测井。在大斜度井和复杂井测井中,泵冲法有其独特的优势,因为仪器在钻杆内部,所以在钻杆下放过程中不必担心井况复杂而导致仪器的损坏。到达测量井段后,可下放电缆使仪器滑出钻杆,然后上提钻杆进行测井,工艺相对简单。

4 结束语

测井遇阻遇卡可能是多种因素综合的结果,需要现场施工的人员首先从思想上要高度重视,测井时切忌盲目和大意。其次要多观察,多分析,多总结,提高解决复杂问题的水平。还要积极引进和研发新型的复杂井测井工具和工艺,增强复杂井测井施工的能力,为油田的勘探开发提供全面可靠的资料。

[1] 毛凤鸣,戴 靖.复杂小断块石油勘探开发技术[M].北京:中国石化出版社,2005.

[2] 蒋希文.钻井事故与复杂问题[M].北京:石油工业出版社,2006.

[3] 陈永才,朱佩清.裸眼井测井遇卡处理方法剖析[J].测井技术,2000,24(4):314-318.

Analysis and Coun termeasures for Blocking and Locking in Com plex Borehole Logging

WANG Yuan,SUN Jianjun,PENG Xiulan
(Well Logging Company,Jiangsu Oil Exp lo ration Bureau,Yangzhou,Jiangsu 225007,China)

Introduced in detail are the genesis and characteristics of 4 comp lex bo rehole surroundings:irregular wellbore,overlarge frictional resistance,comp lex well track,and sticking on the borehole wall by absorp tion.Analyzed are the frequent blockings and lockings in borehole loggings,based on w hich given are the countermeasures under various logging circum stances.For examp le,doing p re-logging p reparation,draw ing emergency p lan;using sho rter logging tools string in the first log operation,and observing cable tension changes cautiously;introducing and developing novel comp lex well logging tools and technologies,etc.

petroleum logging,comp lex borehole surrounding,well track,blocking,locking

1004-1338(2010)05-0501-04

TE28

A

汪 源,男,1965年生,工程师,从事勘探测井管理工作。

2010-06-09 本文编辑 王小宁)