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湿接头式水平井测井工艺 77摘要：本文简要介绍了水平井的类型，并进行了三种水平井测井技术的对比，主要介绍了湿接头式水平井测井工艺的工作原理、主要装备及辅助设备、施工前的准备和施工中可能出现的问题及解决方案。1 引言1.1 水平井技术受到石油经营者的青睐目前，在油田勘探和开发过程中，对各种储层采用水平井技术进行勘探开发的势头正迅猛地崛起，其主要原因是水平井可以提高泄油面积，井眼轨迹能够穿过更多的垂直裂缝，极大地发挥出储层的潜力，提高原油的采收率，能比垂直井获得更高的产能，弥补垂直井的不足。正是这种优势使得水平井技术赢得了石油经营者的青睐，在世界范围内掀起了一股水平井技术研究与开发应用的热潮。1.2 江苏油田复杂井测井技术的概况由于江苏油田井下地质条件复杂，断层多；地面条件不好（水网地带，湖叉较多）。受地面、井下条件限制，江苏油田钻的大斜度定向井较多，依靠常规测井工艺进行测井有很大的困难，甚至有的大斜度定向井利用常规测井工艺根本测不了。测井时效、测井一次成功率有很大的降低，对测井处、钻井处以及相关单位，造成不必要的经济损失。所以，迫切需要一种有效的对付复杂井的测井技术。水平井施工工艺就是这样一种测井新技术，是针对油田的大斜度定向井、水平井而设计的,借助钻杆起下常规电缆测井系统进行测井的技术，同样也可以用于常规方法不能施工的井下情况特别复杂的直井。目前，胜利、辽河、中原等油田的这种技术都已相当成熟，江苏油田地质测井处也开始走向成熟阶段，填补此项空白。2 水平井的类型按造斜率划分分为大曲率半径水平井、中曲率半径水平井、小曲率半径水平井三类。水平井从垂直段变为水平的速度称为造斜速度或造斜率。A、大曲率半径水平井造斜率为26/100ft（6.519.7/100m），相应的曲率半径为30001000ft，大曲率半径水平井在钻达目的层之前就能达到一个很大的水平位移，水平段一般为20005000ft。B、中曲率半径水平井造斜率为850/100ft（26164/100m），相应的曲率半径为700125ft，水平段一般为15002000ft。C、小曲率半径水平井造斜率为1.53/ft（492983.6/100m），相应的曲率半径为4020ft，水平段一般为300400ft。小曲率半径井的造斜率很大，可在2060ft的距离迅速达到90的斜度。3 水平井测井技术的对比目前国内外主要有三种类型的钻杆输送电缆测井系统。3.1 保护篮筐式钻杆输送电缆测井系统保护篮筐式钻杆输送电缆测井系统，不需要公母湿接头，而是先把井下仪器保护套篮筐接到钻杆底部，用钻杆把仪器保护套下至测量井段顶部，然后在钻杆柱的上端接上一个旁通短接，并把它与电缆连接的井下仪器串通过旁通短节下入钻杆内，最后用泥浆泵把仪器串和电缆泵下，当仪器串进入井下仪器保护套后，导向器和定位销使各种仪器定位和锁定之后，就可接钻杆下测和起钻杆上测。它主要有仪器保护套和旁通接头两部分组成，该系统的优点是:不存在对接失败问题；可靠性较高，且仪器还不会落井。缺点是在复杂井、事故井施工时，由于该工艺旁通接头不密封，下井后不能开泵循环泥浆，容易卡钻，风险性大，很难保证仪器不被撞坏，且该工艺又不经济，需针对不同仪器制作各种特殊仪器保护套。目前，该种水平井测井技术已逐渐淘汰不用。3.2 钻杆定位式钻杆输送电缆测井系统钻杆定位式输送电缆测井系统有公母卡子、旁通接头、调长钻杆和引鞋组成。旁通接头密封好，下井后可随时开泵循环。它的优点是安全系数较高、成本低、方法简便；缺点是不能下测，对井下仪器外径和钻杆水眼尺寸要求严格，相配套的井下仪器种类较少。目前，该项测井技术在我油田已推广应用（墩219、庆5平2、丰收3平1、安丰平1），但只能测自然伽码、补偿声波、双感应八侧向、自然电位,不能为地质专家提供更多的井下资料。3.3 湿接头式钻杆输送电缆测井系统具有代表性的有斯仑贝谢公司的困难条件测井系统(TLCS)和哈里波顿公司的仪器推进系统(TOOLPUSHER)。这种测井方法的优点是可利用常规测井仪器在裸眼或套管水平井中进行测量，所获得测井数据的精度较高，能为地质专家提供全套的井下资料。其缺点是测井湿接头存在对接头失败问题，测速慢，需钻井配合，承压能力有限，安全较差。通过比较分析，结合我局实际，我们决定在推广应用钻杆定位式输送电缆测井系统之上，再引进湿接头式钻杆输送电缆测井系统。4 湿接头式水平井测井工艺4.1 工作原理湿接头测井是把普通的电缆测井仪器串通过一个公头外壳连接到钻杆（油管）底部，然后由钻杆（油管）把仪器输送到目的层顶部。当仪器到达该点（目的层顶部）后，然后在钻杆(油管)柱的上端接上一个旁通短节，并把电缆(电缆末端接有一个母接头)通过旁通短节下入钻杆(油管)内，最后用泥浆泵把电缆泵下，使公、母接头在机械上锁定，电气上绝缘，在电路上接通，对接成功后就可进行下钻杆(油管)下测或起钻杆(油管)上测。电缆通过旁通短节进入钻杆内。在旁通短节以下，电缆在钻杆里边，在旁通短节以上，电缆在钻杆外面。在裸眼井中，电缆不能处在钻杆外面，因而，旁通短节不能下到套管以下（即不能离开套管进入裸眼井段）。（如附图）测井前，要使用钻具校深。4.2 主要装备及辅助设备4.2.1 公头总成4.2.1.1 固定于公头外壳内并与仪器串的顶部相连接；4.2.1.2 包括导向键，其作用是使泵下枪接头旋转至既定位置；4.2.1.3 锁紧弹簧保证多芯泵下枪总成与公头总成的机械连接良好、不脱开，并能在一定拉力下将泵下枪拉出；4.2.1.4 带有电气连接的公插头。4.2.2 泵下枪总成有2in和2.25in两种外径的泵下枪，为湿接头母头部分，由顶部扶正器、加重杆、接头总成组成。顶部扶正器起扶正作用；加重杆增加泵下接头重力，可根据湿接头对接处井斜角的大小，确定加接加重杆的数量。接头总成由钢外套与母插头总成组成，钢外套的上部设有电缆固定装置，将电缆头固定在其内部，它的底部呈斜面状，在斜面顶部设有与井下快速接头中导向键、弹簧锁点装置相匹配的缺口；电缆缆心靠绝缘套与母插头总成连接，母插头总成靠充满绝缘油的双层橡胶套与外界隔离，并按预定位置定位在钢外套下部内腔中，以便与井下快速接头的公插头对接无误。泵下枪总成靠自重或泥浆柱压力快速下放，经公头外壳内扶正筒扶正，到达公头总成顶部，泵下枪总成底部斜面首先与导向键接触，产生一旋转力矩，转至缺口，然后依靠重力完成湿接头公头与母头的机械和电气连接。4.2.3 公头外壳4.2.3.1 把仪器串连接到钻杆的末端；4.2.3.2 短节上的循环槽可通过钻杆循环泥浆；4.2.3.3 带有导向筒，可使泵下枪总成在锁紧前对准公头。4.2.4 旁通短节使电缆由一侧穿过进入钻杆内。4.2.5 偏心短节4.2.5.1 使得该短节以下的仪器串偏置仪器轴线3/4in；4.2.5.2 它用于极少的带有极板的仪器组合中。4.2.6 旋转短节4.2.6.1 使得该接头以下的仪器串旋转从而使极板转至贴着井眼的下井壁；4.2.6.2 防止因钻杆转动而导致仪器串的转动。4.2.7 井下张力计短节4.2.7.1 它提供了井下仪器串所受负荷大小的信息，并通过电缆将其传给地面确保下放和上提仪器串的安全；4.2.7.2 它和钻台显示器一起使用，使得钻工和现场操作工程师了解是钻杆受力还是仪器串受力。4.2.8 柔性短节4.2.8.1 一个用于多数仪器串的顶部用来减少钻杆对仪器串的侧向负荷；4.2.8.2 他们也可用在仪器串不同位置来使仪器居中或偏心；4.2.8.3 也可用于较高造斜率的井眼来增加仪器串的柔韧性（灵活度）。4.2.9 导向胶锥/间隙器许多种类的橡胶制品用来帮助水平井操作，水平井施工需要很硬的永久性的橡胶。因为钻具用来推动仪器串，而软橡胶产品在水平井的下放操作中易撕裂。导向胶锥与标准自由落体电缆测井时使用的一样，它们帮助仪器串找到井眼轨迹，间隙器用于避免仪器串在大斜度井眼中磨损。间隙器有时用于井眼中测井仪的合适定位4.2.10 加强保护套/底部缓冲装置加强保护套给仪器连接部位提供附加的支撑、减少连接点弯曲的力和力矩；有不同内径的保护套满足不同的仪器串配置；在仪器之间的连接部位和仪器的薄弱环节必须使用加强保护套，以增强仪器串的抗折性能，确保仪器串工作正常和顺利通过复杂的以及造斜率大的井眼；底部缓冲装置连接于仪器串的底部，当仪器遇阻时，能够提供一定的缓冲时间，便于施工人员及时采取措施，最大限度地保护仪器。4.3 施工前的准备4.3.1 测井前所需获得的信息地区 井号 服务项目 预计测井日期 井深 垂深 测量井段 最大井斜 套管深度 套管尺寸 钻头尺寸 钻头变化 造斜点深度 最大造斜率（/100ft） 有无狗腿度 钻杆尺寸 钻杆丝扣类型 钻杆最小内径 其他参数（井底温度、泥浆类型/比重、方位、特别说明、井眼轨迹图或数据表）4.3.2 计算仪器串最大刚性长度仪器串最大刚性长度可用下面的公式进行计算：L=2*（R+Bit）2（R+OD）21/2L为最大刚性长度；R为井眼的曲率半径。Bit为钻头的尺寸（ft）；OD为最大仪器外径（ft）。曲率半径可由造斜率来计算：R=5729.66/B B为每100ft井斜变化量。举例1：造斜率为每100ft/50，钻头尺寸为8.5in，仪器外径5in。曲率半径R=5729.66/B=5729.66/50=114.59最大刚性长度LL=2*（114.59+8.5/12）2（114.59+5/12）21/2 =16.62ft举例2：造斜率为每100ft/50，钻头尺寸为6in，仪器外径5in。曲率半径R=5729.66/B=5729.66/50=114.59最大刚性长度L L=2*（114.59+6/12）2（114.59+5/12）21/2 =9.1ft从例1、例2中可以看出：对于相同的仪器，钻头越大，刚性长度越长。4.4 施工中可能出现的问题及解决方案对于水平井测井系统来说所有的工作都是不同地，很少有两样工作是相同或相似的，测井工程师必须一直注意工作进展如何，许多问题的出现导致经济损失，因此，我们要提前考虑到这些问题并采取相应措施。4.4.1 湿接头对接问题4.4.1.1 钻杆中存在填充物或岩屑问题该问题是由于水泥胶结和钻具生锈引起的，通常由从井架吊起的单根产生，但有时由起吊设备的绳索产生，接钻杆时要特别小心，将钻具放在井架上竖起来或者将钻具灌满淡水能够减缓生锈过程，这在盐水泥浆中必要的虽然这种情况极少发生。如果钻具被碎屑堵塞并且正常循环不能进行或者由于泵下枪不能到锁定位置，可以考虑反循环。在行动之前，要和钻井人员、油公司来人一起彻底地讨论这个问题，他们应能计算最大反循环压力，确保不使井中打开的地层形成裂缝。在某些情况下反循环是不可取的，这时是否进行反循环要油公司人员来决定。4.4.1.2 钻具内径太小在放置钻具之前要尽可能的找出最小的钻具内径，包括普通钻具、转换接头、加重钻杆等，那么应准备一个更小外径的泵下枪、导向筒、钢扶正器和弱点盖子。4.4.1.3 测井中碰锁松开/对接变性在井斜角大于75度的井眼测井过程中碰锁松开常常发生，但这种情况也能产生于井斜小的井中，为了减少或阻止这类问题的发生，对于锁住/释放弹簧，我们应仔细的进行检查。4.4.2 测井时出现的问题4.4.2.1 运行速度问题建议钻具下放或上起速度在套管井中为15m/min,在裸眼井中为9m/min，即使电缆没有使用时也是适用的，这提供了一定的反应时间。4.4.2.2 通讯问题在测井操作室与钻台之间及时与直接的通讯是重要的。钻井人员不可能看到发生的所有事，能够使工作转为灾难性后果的情况，如某种仪器断裂之前停止下放钻具需要快速的通讯。因此，为了更好的工作，需要设计一个良好可靠的通讯系统。4.4.2.3 钻杆转动/极板定位/锁住滑车和转盘在任何情况下钻杆也不能随仪器在井中转动。在地面上转动钻杆是使密度极板转到井眼底侧紧贴井壁从而得到高质量密度曲线的一种方法。如果密度极板没能正确定位，只能按测井人员的要求来旋转钻杆。那么旁通短节必须在钻台上以避免电缆绕在钻杆上引起深度控制问题并且电缆损坏。只有在大井眼或更大井眼中才能那么做，在转动钻杆或起下钻杆时必须监视极板定位，当极板正确定位后，在仪器串上存在的任何扭矩应释放。如果没有释放扭力矩，下放时，钻杆回转，电缆将在转盘处被切断。4.4.3 深度问题深度控制的标准步骤是用钻杆来计算深度，确保钻杆计数是正确的，要包括所有的短节、转换接头、旁通短节、钻具、单根钻具、仪器等。用电缆测量来检验总计数。4.4.4 工具问题4.4.4.1 旁通短节剪切螺栓/测后设备保养4.4.4.2 旁通短节在大斜度井眼运行只有旁通短节尺寸被正确选择，那么旁通短节在高角度条件下工作将不成问题。如果旁通短节小于或略大于钻杆外径，电缆将在旁通短节上部被毁坏；如果旁通短节尺寸大于钻杆外径，在任何时候恒定和正确保持张力，将不会出现问题。旁通短节在高角度斜井工作时，如果电缆的拉力下降，并且松弛着进入井中，电缆将折断或拉紧时产生死结。当钻杆移动时，若电缆不能保持足够的张力，钻杆将压过电缆，当旁通短节在高角度井中时，此现象更明显，并对深度产生影响而且损坏的电缆通常不能恢复。当旁通短节在高角度井中工作时，要特别注意在旁通短节上保持一个大于电缆重力的张力。4.4.4.3 井径仪收不起来井径仪不合拢不是一个经常性的问题，它通常是由于碰锁的短路或碰锁开了。如果井径仪不合拢的话，不要下放钻杆，否则井径仪将损坏，这在密度测井仪中由于有放射性源将非常危险，同时这也证实尽量避免在井底进