范文同,郑新华,刘永林

郭秀丽,袁仕俊,李进福 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆 库尔勒 841000)

固井质量评价仪Isolation Scanner在塔里木油田套管检测方面的应用

范文同,郑新华,刘永林

郭秀丽,袁仕俊,李进福 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆 库尔勒 841000)

塔里木油田地质构造复杂,油气埋藏普遍偏深,深井、超深井钻井工艺复杂,套管柱结构多样,如何检测钻井和后续开发造成的套管磨损和腐蚀情况,成为测井工程的一大难题。为了解决该难题,油田引进了最新一代的固井质量评价仪Isolation Scanner,该仪器通过脉冲回波测量和挠曲波衰减测量,可对套管结构进行检测,同时对套管磨损、腐蚀及套管居中情况进行定量评价。详细介绍了Isolation Scanner仪器的工作原理,并介绍了该仪器在塔里木油田套管检测方面的应用情况,通过实例分析认为该仪器的应用效果良好。

固井质量评价仪(Isolation Scanner);套管检测;套管磨损;套管腐蚀;套管居中度测量

塔里木油田地质构造复杂,大部分油气埋藏在深部地层,主要靠深井、超深井进行勘探开发。深井、超深井钻井工艺复杂,套管柱结构多样,在油气井钻井过程中,常常出现由于起下钻频繁导致的套管磨损严重情况,甚至出现钻井液漏失。这种情况在侧钻井、水平井中较为常见[1,2]。除此之外,塔里木盆地地层H2S含量高、流体矿化度高,导致开发井套管腐蚀情况极为普遍。套管磨损、腐蚀问题严重阻碍了油气勘探开发进程[3～5]。针对以上问题,笔者结合塔里木油田实例,对Isolation Scanner仪器在套管检测方面的应用情况进行了综合分析。

1 仪器概述及工作原理

Isolation Scanner仪器建立在原有超声脉冲回波仪器平台上,旋转探头包括4个换能器:超声波换能器垂直位于仪器一侧,用于生成和检测脉冲回波;另外3个换能器,1个发射2个接收,位于仪器另一侧,并成一定角度排列,用于测量挠曲波的衰减(图1)。测井时,旋转探头以7.5r/s的速度旋转,超声换能器向套管发射较发散的波束,提供一个5°或10°的方位分辨率,从而在每个深度点产生72或36个独立波形,这些信号经过处理可以获得套管内外半径、内壁光滑度及套管厚度数据。挠曲波发射器同时发射250k Hz的高频脉冲波束,在套管内激发挠曲振动模式,该模式能将声能传入环空,在声阻抗差异的界面发生反射,然后主要以弯曲波的形式由套管传回,通过流体再由2个接收换能器采集这些信号。Isolation Scanner仪器通过结合采集的脉冲回波和挠曲波信息,可以将套管外环形空间进行三维成像,进一步判定套管居中情况[6,7]。

图1 仪器结构及工作原理

2 套管检测实例分析

Isolation Scanner仪器通过声学测量,可以得到套管的最大、最小及平均内半径等几何尺寸,这些数据可以生成二维套管检测成果图。通过进一步的数据处理,可以生成套管三维图像,套管磨损、腐蚀等套损现象在图像上清晰可见,下面将逐一介绍各类套损的检测和识别。

2.1 套管结构的识别

Isolation Scanner仪器资料可以有效识别井下套管结构,在套管检测三维成像图上,套管柱各种井下工具的具体位置清晰可辨。图2是塔里木油田X1井套管检测三维成像图,套管尺寸139.70mm (外径)×9.17mm(壁厚),在4760～4768m井段,两节套管接箍处有一套管扶正器,在图像上清晰可见。

2.2 套管磨损的识别

在库车山前的正钻井X2井,套管尺寸273.05mm(外径)×13.84mm(壁厚),因起下钻频繁,导致套管磨损严重,出现了钻井液漏失情况,故进行了

图2 X1井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

Isolation Scanner仪器套损检测。图3是X2井210～219m套管检测三维成像图,右上图为该井处理得到的在213.34m处的套管截面图,环形阴影部分表示理论上套管实体截面,内侧虚线为套管最小内径轮廓线,内侧实线表示在0°附近出现向套管实体内凹的情况,指示套管内壁出现较为严重的磨损。通过数据处理,可以确定在该井210～219m井段的套管在近正北方向上存在一条条状磨损带。

2.3 套管扩径、腐蚀识别

塔里木油田的X3井,套管尺寸177.8mm(外径)×12.65mm(壁厚),在1998年测试后封井,现计划求取产能,重新测量套后电阻率及套损检测等数据。Isolation Scanner仪器资料显示,在该井3669～3674m段,连续出现了套管扩径和套管腐蚀(见图4)。Isolation Scanner仪器可以精确测量该段套损量,数据显示最大腐蚀点出现在3672.23m,其腐蚀量达到了3.58mm。

图3 X2井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

图4左侧为X3井套管检测二维成果图,主要提供了8道信息:第2道为仪器信息;第3道为波阻抗道,颜色变化指示套管内壁的光滑程度;第4、5道指示套管内外半径及平均半径的大小;第6道为套管内径与其内径平均值的差值图像,指示出套管内径的变化情况;第7道指示套管厚度,第8道为套管厚度与平均值的差值图像,指示套管壁厚变化情况。该井套管的扩径和腐蚀情况在图4上有明显指示:第2道的仪器偏心曲线变化幅度很大,指示套管内径在扩径及腐蚀段出现明显变化;图4中实线框所示为套管扩径段,该井段的内、外径及平均内径尺寸均有所变大;虚线框所示为套管腐蚀段,该段套管半径尺寸均有减小,并且在第3道出现套管内壁粗糙现象,在第6、8道图像上出现内径及厚度变化。综合各道信息,即可确定该井套管出现2种套损信息。

图4 X3井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

2.4 套管查漏

塔里木油田的水平井X4井,套管尺寸177.8mm(外径)×10.36mm(壁厚)。生产跟踪发现,该井含水率由48.25%急剧增至100%,产液量从97t/d上升到240t/d,据数据分析初步判定为套损,遂对该井进行Isolation Scanner仪器套管检测。据X4井Isolation Scanner仪器套管检测成果图(图5)显示,在2543.3～2544.5m井段,仪器偏心严重,回波幅度图像出现异常,套管内半径的3条曲线均出现异常值,指示套管损坏严重甚至破损。综合各道信息,解释该井段为套管漏点。通过套管三维成像显示,破损点附近成像出现异常现象,套管破损处突出,另一侧凹进,分析原因认为可能是地层错动造成。后续经工程找漏作业,证实了该漏点的存在。

图5 X4井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

2.5 射孔检测

储层测试时射孔作业造成套管破损,这种变化会使脉冲回波幅度产生变化。例如,在塔里木油田X5井,套管尺寸177.80mm(外径)×12.65mm(壁厚),射孔段3472～3479m,从X5井IsolationScanner仪器套管检测成果图(图6)上可以看出,在回波幅度道及套管厚度道上,射孔作业在套管壁上留下的孔洞清晰可见。

图6 X5井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

2.6 套管居中度检测

套管在井筒中是否居中,是固井质量好坏的重要影响因素。若套管不居中,固井作业水泥返高时,在环空窄边水泥浆难以将钻井液驱替干净,极易造成水泥环固结不完整而形成窜槽。Isolation Scanner仪器将采集到的第2界面回声,结合挠曲波衰减,可对套后环空物质进行成像,得到环空物质的几何形状。结合脉冲回波测量得到的套管信息,可以得到套管在井筒中的居中情况。这种套管与井筒的空间位置可用套管居中度来定量表示,如套管一侧紧贴井壁用0%表示,套管完全居中用100%表示。

图7 X6井Isolation Scanner仪器套管检测成果图

图7是塔里木油田X6井套管检测成果图,套管尺寸200.025mm(外径)×10.92mm(壁厚),从图中第2道套管居中度可以看出,该井在3061m开始出现明显的套管不居中,其套管居中度从80%下降到不足20%;第3道最大环空厚度与平均环空厚度曲线在偏心段出现偏差增大;在第4、5道也直观显示该井的套管不居中。套管在井筒中偏心严重,从而导致该井固井质量变差。

3 结论

通过对塔里木油田Isolation Scanner仪器应用实例进行分析,得到以下认识:

1)该仪器采用超声波脉冲技术测量进行油气井套管检测,可以准确判定套管柱结构,定量评价套管磨损、腐蚀和进行查漏及射孔层位检测。

2)该仪器结合挠曲波衰减测量可以定量测量套管居中度,为准确评价固井质量提供参考依据。

3)Isolation Scanner仪器应用广泛,其资料解释结果可用于指导钻井(开窗侧钻等)、完井、修井等井下作业和其他特殊工艺的施工,这对油气勘探、稳产高产具有重要意义。

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[编辑]龚丹

P631.84

A

1000-9752(2014)02-0087-05

2013-04-25

国家科技重大专项(2008ZX05020-005)。

范文同(1983-),男,2010年长江大学毕业,硕士,工程师,现从事测井新技术及工程应用研究工作。