欠平衡测井工艺技术.ppt

欠平衡测井工艺技术 川庆测井工艺研究室孙伟 主要内容 一 简述二 基本设备介绍三 欠平衡测井工艺流程四 测井风险与预防五 欠平衡测井对资料采集的影响 一 欠平衡测井简述 欠平衡钻井欠平衡钻井技术在发现和保护油气层 减少钻井工程事故 提高钻井时效 最终提高综合勘探效益方面具有比常规钻井不可替代 更独特的优越性 打开了低渗储层勘探的局面 成为解放和保护低渗油田的根本措施 欠平衡钻井技术的优点 欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速 欠平衡钻井能提高钻头使用寿命 欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失 欠平衡钻井能减少地层损害 欠平衡钻井还有利于环境保护和降低增产措施作业费用等优点 欠平衡测井基本概念 欠平衡测井 是指在井口有压力差 通过井口专用防喷控制设备的情况下所进行的测井作业 钻井液可以是液体介质 也可以是气体介质 欠平衡测井技术是随着欠平衡钻井技术发展而衍生的在欠平衡井实施测井的新技术 因为在井口存在着一定的压力 考虑到施工作业的安全性 要求在测井时井口在密封的状态下进行 从而需解决许多相应的技术问题 其中 如何在井口密封 带压的条件下进行测井施工作业是实现真正意义上的欠平衡井口带压测井的技术关键 欠平衡测井的特点 由于欠平衡井井口保持一定的压力 测井仪器在密封状态下入井 不能像钻具一样通过旋转防喷器密封入井 因此 需要专门的测井电缆防喷系统 该系统必需具备如下功能 1 能够与钻井双闸板防喷器有效地对接 2 能够在测井过程中全程密封 3 其自身可组装和拆卸 同时又能够方便测井仪器的组装和换接 二 基本设备介绍 电缆防喷装置 其作用主要是在井眼全密封状态下实施换接仪器 仪器起 下井和测井的工作 电缆防喷装置主要由法兰 电缆封井器 防落器 防喷管 电缆控制头 电缆盘根盒 注脂系统及相关辅助设备组成 欠平衡测井井口装置基本组成部分 1 井口法兰盘 Flange 井口法兰盘是将测井专用的压力控制系统与钻井队井口防喷系统的对接的接口装置 连接BOP与钻井防喷器 欠平衡测井井口装置基本组成部分 2 电缆封井器 BlowOutPreventer 电缆封井器 BOP 是一种整体闸板型的结构 用来关闭和密封静止的电缆以便在有压力情况下必须进行作业时对电缆或防喷器上部设备进行修理 封井器可有单 双 或三组 柱塞阀可以液压或手动操作 并配有压力平衡阀或高压平衡联管节 液压驱动柱塞阀还配有手动操作闸板驱动器 他的操作与正常压力驱动闸板无关 这些驱动器用来收动关闭闸板总成并且只在紧急情况下使用 级间可注入密封脂来保证密封效果 三级型 最上面一级作为备用 或者中间级带有剪切闸板 电缆封井器螺杆采用318抗硫化氢不锈钢 主体采用耐腐蚀 高韧性合金钢整体锻造 并经的热处理后精加工制成 配有密封电缆闸板 闸板胶芯 各密封件选用进口抗硫化氢材料 使整体抗硫化氢性能得以保证 防喷器工作压力一般分为 14MPa 21MPa 35MPa 70MPa 105MPa 140MPa六个等级 主通径从65 180mm 密封电缆规格从5 6mm 13mm 欠平衡测井井口装置基本组成部分 3 仪器防落器 ToolTrap 仪器防落器是一种安全装置 安装在防喷管串内紧靠电缆封井器的上方 它的作用是防止仪器意外落井 当处于关闭状态时 下落的仪器会被防落器档住 上行通过防落器的仪器会把防落板抬起 形成自由进入防喷管的通路 当仪器通过后防落板会立即回到关闭位置 此时仪器如要下行进入到井内 防落板必须由手动或通过液压打开 使用何种方式取决于仪器防落器的型号 欠平衡测井井口装置基本组成部分 4 大通径防喷管 Lubricator 其作用主要是既用于容纳下井仪器串 又要起井口密封作用 防喷管的长度可以根据下井仪器的长度进行调节 一般要求防喷管的长度比下井仪器串长1 2米以上 确保仪器串全部安全进入防喷管内 防喷管用无缝钢管制成 连接型式为油壬 Union 型 采用钩头装 卸 操作方便 密封性能好 油壬与防喷管的连接用油管扣连接 防喷管上可带注入短节和泄压装置 技术参数防喷管工作压力范围从21MPa 105MPa 通径从65 160mm 长度2 3米 另外配备0 5米和1米的调整短节来作为加长调节或泄压使用 欠平衡测井井口装置基本组成部分 5 仪器捕捉器 HeadCatcher 仪器捕捉器是一种装在防喷管串顶部 自动捕捉电缆头打捞颈的安全装置 如果仪器意外地拉到防喷管串顶部使电缆脱落 该装置可以防止仪器掉下 被抓住的电缆头可以通过泵入液压油启动一个活塞强行使弹性爪打开而取出 仪器捕捉器常有有两种型号 一种带整体球型单向阀 另一种不带整体球型单向阀 带有单向阀的抓头器可以防止电缆断时发生泄漏 捕捉器的设计引入了一个独特的 启动释放 设计 在没有液压的情况下抓头器始终处于 捕捉 状态 当电缆头拉进捕捉器时 100 150磅电缆拉力 弹性爪就夹住电缆头 然后爪指弹簧关闭并在电缆断开或张力释放时立即抓住电缆头 如要取出电缆头 必须用液压泵泵入捕捉器下部主体 靠液压推动活塞挤压爪指弹簧并打开爪指 释放电缆头 释放电缆头液压与井口液压成正比 即井口压力越高 释放电缆头液压则也需越大 一般不常用 欠平衡测井井口装置基本组成部分 6 旁通短节欠平衡测井作业时 如果使用普通的防喷管泄压阀 钻井液中的颗粒或杂质有可能堵塞阀孔 实际上 经常发生旁通短节是一种泄压装置 用于在封井器关闭后完成泄压与排放防喷管内部的钻井流体 还可用来作试压时的注入装置 欠平衡测井井口装置基本组成部分 7 电缆控制头 GreaseControlHead 电缆控制头位于防喷管串的最顶部 用来在运动的电缆周围建立一个密封空间 以防止井内流体从井口 防喷管串中溢出 生产测井所用的一般是直径为5 6毫米或8毫米的电缆 电缆直径较小 从事的施工井内流体一般为清水或气体 电缆比较干净且长期受密封脂保护 电缆状况较好 电缆控制头流管间歇易调整 根据长期以来生产测井的经验 只要流管间歇控制在0 05 0 15mm之间 流管数量控制在3 5根 压力密封采用单泵注脂就可以确保井口压力在40Mpa之内的电缆密封 欠平衡测井井口装置基本组成部分 而裸眼测井电缆压力控制存在以下困难 首先裸眼测井通常使用直径为11 8mm的7芯电缆 在实施一定数量测井后会造成不同深度段电缆直径不一致 距马笼头300米之内电缆缠绕易松造成该电缆段直径较标准新电缆直径大 且平时电缆里夹杂一定量的泥浆 如果流管间歇选择小 有可能造成由于不同井段电缆直径的误差或由于泥浆进入流管造成流管堵塞而导致电缆起下困难 选用的流管间歇如采用生产测井小电缆的流管间歇就不太适合 应比生产测井流管间歇大 其次控制头流管数量如生产测井在30Mpa之内采用3根流管也会造成控制头密封问题 第三由于流管间歇的增加 在同等压力情况下电缆密封需要的密封脂排量增加 采用单泵注脂就可能由于密封脂排量不够导致电缆头密封问题 欠平衡测井井口装置基本组成部分 结构特点 阻流管是动密封的关键部件 不仅对内孔的光洁度 直线度 圆柱度要求很高 且其内径与电缆外径相差必须控制在0 15 0 3mm 为了确保合适的间隙 一种电缆往往配备几组不同内径的阻流管 双级注脂结构 欠平衡测井井口装置基本组成部分 8 密封盘根盒 Packoff 液压电缆盘根盒用来使测井电缆周围密封 防止存留在防喷管内的钻井流体污染井场 盘根盒额定工作压力为3000至5000PSI 液压电缆盘根盒顶部的喇叭口均制成漏斗状 以防止在井口安装和拆卸过程中电缆打结 液压电缆盘根盒还含有使电缆在密封脂或橡胶衬内居中的软质钢耐磨补心装置 以及根据不同型号用于将液压转换成压缩力以挤压电缆周围的密封脂的胶囊或不锈钢活塞 手压泵用于为活塞或胶囊提供液压 通过手压泵使液压增加 进而使施加到密封脂上的压缩力增加 随着压缩力的增加 在电缆外表面周围的橡胶衬受到挤压 从而起到对电缆进行动密封的作用 由此防止钻井流体从电缆和橡胶衬之间溢出 欠平衡测井井口装置基本组成部分 9 注脂液控系统主要作用注脂液控装置由注脂泵通过高压注脂管线向注脂密封控制头的阻流管与电缆之间输送高粘度的密封脂 用该装置将密封脂注入密封脂控制头 能在高压力状态下密封测井电缆 对井内流体或溢流进行可靠密封 欠平衡测井井口装置基本组成部分 注脂液控系统通常安装在一个撬装框架上 提供了完整的高压管线和管线卷绕成套系统 专门设计的液压油箱和注脂油箱固定在撬装框架上 包含有1个柴油气压泵和1个蓄气筒 两个气动林肯泵 2个手动泵 在带压测井期间两个林肯泵可以交换使用 也可以同时使用提供较高的密封脂需求 欠平衡测井装置的管理建档管理定期维护定期运行定期检测 三 欠平衡测井工艺流程 欠平衡测井施工作业是一项复杂的工程 其风险也比常规方式测井要高许多 在施工作业前后及施工过程中 需要有关各方协调配合 才能保证欠平衡测井任务的顺利完成 为此 相关各方都应有充分的准备 满足欠平衡测井施工的基本条件 欠平衡测井施工作业对井队和甲方的要求 1 任务预告欠平衡测井施工前 应提前五天通知测井公司以便测井作业队伍充分做好测井准备工作 能按要求时间到达井场进行测井施工 2 提供钻井 录井资料及有关设备甲方向测井小队如实提供井身结构 井身质量 录井显示 钻井介质性能和起下钻的情况 同时还要提供井口封井器的结构以及井口发兰盘的规格和型号 便于测井方准备配套的井口对接装置 3 井场及相关环节的具体要求吊车井场场地要求井架游车提升高度 鼠洞要求施工前的通井 循环要求井口装置的密封性能要求控压措施等 还须了解 测井方的准备工作 1 前期调研法兰盘型号 井口压力等2 准备工作设备准备 注脂系统试运行 试压电缆的准备 是否干净 有无接头等消耗料 密封脂3 测井项目准备 下井仪器预先选择适合于钻井介质的下井仪器4 方案设计 欠平衡测井装置的井口安装1 技术交底 班前会2 全面检查设备情况3 安装顺序A 法兰盘 钢圈B BOP 防落器 调整短节 旁通短节C 电缆穿过控制头 流管 做电缆头D 控制头下接2 3根防喷管E 各种管线的连接F 井口吊装其他防喷管 4 下井仪器组装用气动绷绳吊装需要下井的第一串测井仪器在鼠洞中 然后将防喷管对准鼠洞 下放电缆将电缆头与测井仪器连接 先上后下顺序组装然后通电检查 防喷管连接 5 仪器下井启动密封脂注脂系统将注脂泵压调整到比井口压力稍高 确认注脂系统工作正常后 利用井口压力平衡管线平衡井筒和防喷管的压力 再缓慢开启井队封井器和测井电缆封井器 稳定3 5分钟确保电缆控制头密封无误 仪器下井 6 仪器拆卸确认防喷管内无压力后 打开防喷管 以仪器组装顺序相反的步骤拆卸仪器 仪器的换接也类似 先下后上7 井口装置拆卸 欠平衡测井装置的安装动画演示 确定测井仪器进入防喷管的方法欠平衡测井作业时 仪器和电缆都在防喷管内运行 肉眼无法确定仪器是否进入防喷管 但是对仪器是否完全进入防喷管进行的准确判定 是欠平衡测井安全作业非常重要的一环 如有失误 将会造成严重的工程事故 这一问题是保证欠平衡测井安全乃至降低整个钻井风险的大问题 通过对实际测井仪器组合特点的认真分析和研究 在欠平衡测井施工作业中 探索试验了如下的方案 1 磁性记号探测法在测井仪器组装完毕后在仪器完全起进防喷管前的2米 5米 10米等处做3个特殊磁性记号以便仪器上起后探测磁性记号确定仪器是否进入防喷管 测井后磁性减弱或消失 效果不佳2 深度系统深度判定法通过深度系统显示的深度进行判定 测井电缆深度存在误差 有时误差较大 误差太大 效果不佳 3 绞车滚筒电缆位置确定法仪器下井前记录好电缆盘绕的层数与表层电缆的圈数用来确定仪器的位置 但这个方法由于本身电缆有伸长的影响 还有电缆是否盘绕整齐也将影响仪器位置的判定 该方法也只能作为一个辅助手段 4 射线探测法如放射性测井仪器测井 在仪器上起至井口位置时 可在井口封井器位置用射线探测器探测放射性源是否进入防喷管 该方法可作为判定仪器是否进入防喷管的辅助方法 5 自然伽玛判定法在连接好仪器打开封井器后 将自然伽玛刻度器放在井口电缆防喷器底部位置 仪器下放出封井器约20米后以测井速度上起仪器并实施自然伽玛测井 在仪器起到接近防喷管顶部位置仪器完全进入防喷管后停止侧井 获得基准自然伽玛测井曲线 完成测井后仪器上起至井口约50米处将自然伽玛刻度器放在相同位置再次进行自然伽玛测井获得伽玛测井曲线 与先前测量的基准自然伽玛测井曲线进行对比以确认仪器是否完全进入防喷管 目前最常用的方法 有效 欠平衡测井装置对作业的一些限制由于欠平衡作业井口装置的特殊性 对部分测井项目的施工有一定的限制 1 双侧向加长电极 马笼头 加长电极无法通过电缆流管 所以所有的欠平衡测井双侧向作业时 都必须使用硬电极来代替它 而且由于防喷管串长度的限制 硬电极一般使用1根 2 补偿中子系列补偿中子欠平衡测井工艺面临的主要问题是偏心器对安全施工的影响 一般而言 补偿中子测井时加偏心器是为了获得更可靠的资料 但由于欠平衡条件下 井口装置较复杂 加偏心器给安全施工作业带来了更大的挑战 因此在偏心器的使用上要慎重取舍 同时在包括补偿中子的放射性仪器串下井前 要保证封井器和井队闸门全开 井口内无台阶 防止仪器串起下时遇阻遇卡 解决方法 偏心胶皮间隙器改变仪器组合带液压推靠臂的中子仪器 3 声波测井包括补偿声波 阵列声波及偶极声波等 如何保持有效居中 井眼尺寸与井口装置通径 扶正器的合理选择 4 密度类下井仪器主要是考虑在气体介质井筒内的测井施工 推靠臂与井壁间的磨擦 干磨状态引起问题 仪器磨损严重解决方法 不同钻井介质下测井项目考虑欠平衡钻井时所用到的介质常用的有常规泥浆 气体介质和泡沫介质等 几种测井项目的限制情况 1 GR SL HDIL DEN 可用2 DLL BHC CN STAR CBIL DIP 受限 四 施工安全与风险 交通与放射性 略 井口压力井口装置的特殊性 风险源 压力因素1 封井器打开时 压力上冲事故案例 包浅XX井西XX井 2 泄压采用泄压阀泄压 人身伤害案例 3 井筒压力平衡被破坏有的井在测井作业前进行油气的试采作业 井筒压力平衡曾被破坏 后果 测井仪器被卡 砂桥 案例 XX井MRIL仪器连电缆被卡仪器虽打捞出来 探头完全报废 井口装置的特殊性1 欠平衡装置笨重 吊装安全2 井口仪器被卡 仪器串附件 推靠臂 台阶 施工注意事项 1 必须保证测井用电缆无接头 无锈蚀 无断钢丝 无变形 保持洁净2 对井口防喷控制设备定期进行动密封试压 特别是气体介质钻井 3 建议安装前拆除旋转防喷器4 防喷管的长度应大于仪器连接总长度1 2米5 流管与电缆外径之差控制在0 15 0 30mm以内6 选用的密封脂要抗水 清洁 符合季节要求 保证密封可靠 7 在确认井筒内压力与防喷管内压力平衡后 先缓慢打开井队清腊闸门至全开 再缓慢打开封井器双级闸门 注意观察表压和井口密封装置的状态 至表压与井口压力值平衡后稳压10分钟 若无发现泄露 缓慢下放电缆8 在空气 天然气等无润滑剂的井况进行测井作业时 要尽量降低电缆起下速度和测井速度 特别是带腿仪器 电缆速度规定不超过2000米 小时 带腿仪器测井速度不超过300米 小时 以减少电缆 仪器因硬磨擦带来的损伤9 现场严禁烟火 10 欠平衡测井作业时 建议配备熟悉欠平衡设备及富有现场经验的技术人员作为指导 施工队伍须经过专业技术培训 11 施工前注意通井 五 欠平衡测井目前存在的一些困难 我公司从2001年开始研究欠平衡测井技术以来 已完成约50井次的施工 其中绝大部分井都安全地取得了合格的资料 但鉴于欠平衡测井中受钻井介质和控压装置等的影响 对于测井施工和数据采集仍存在着不少的困难 测井解释除外 主要有以下 1 测井时效装置装卸 故障检修费时 费力 占用井口时间较长 影响时效2 对特殊钻井介质 气基 混相介质 条件下的测井方法试验结果还未能从根本上取得突破 特别是孔隙度测井 目前还没有较好的测井方法专门用于此类介质的测井 而孔隙度信息又是不能缺少的信息 因此 这一问题是今后急需解决的问题和攻关的方向 3 欠平衡水平井测井水平井测井需要用钻具进行传输进行测井 目前还没有技术手段能够在井口存在压力密封的情况下进行水平井测井 连续油管测井技术4 欠平衡测井仪器遇卡事故处理同样由于井口压力密封的难题 在欠平衡测井时井下一旦发生遇卡需要打捞 在井口带压的情况下不具备打捞的能力 只有采取措施使井口压力平衡后才能采取措施进行打捞 压井打捞 井眼可能更不稳定 5 测井条件限制由于欠平衡测井的特点是先将仪器组装进入防喷管 在防喷系统密封的情况下打开电缆封井器和井队防喷器后下井实施测井 组合仪器长度必需短于防喷管的长度才能实施有效的测井作业 所以成像测井系统组合较长的项目不能实施欠平衡施工作业 如EXCELL 2000的电阻率测井等等 6 井口压力因素欠平衡井口测井施工测井仪器和电缆必需依靠电缆和仪器的重量 克服井内流体的浮力和流体压力作用于测井电缆造成上顶的力才能顺利下到井底实施测井 所以井口欠压不能无限制加大 较大的压力将导致不能实施较轻的仪器测井 如果给仪器加重后仍不能解决上述问题将被迫取消测井项目乃至整个测井施工 六 欠平衡测井响应的影响因素分析 欠平衡测井中地层对测井响应的影响平衡钻井过程中 地层的侵入模型有较大的区别 欠平衡钻井过程中泥浆对地层的侵入较浅甚至可能不侵入地层 而平衡钻井过程中 泥浆对地层的侵入几乎是普遍存在而且是较深的 因此 这种侵入模型的差异 必将会导致测井响应有所不同 1 自然伽玛或自然伽玛能谱自然伽玛及自然伽玛能谱测量的是仪器测量范围内介质的自然放射性强度 从自然伽玛及自然伽玛能谱的测量原理不难看出 如果钻井介质 水基泥浆 油基泥浆或气体 不存在高放射性的情况 井筒介质对地层的侵入状态对自然伽玛或自然伽玛能谱测井响应没有影响 2 自然电位由于自然电位的产生是由于井筒水基泥浆与地层接触时发生离子交换而产生的 由于欠平衡侵入较浅 在一定程度上可能影响泥浆与地层水之间离子交换的数量和程度 因此 在钻井介质为水基泥浆的情况下 从自然电位产生机理上讲 欠平衡状态下自然电位异常的幅度可能变小 也可能没有明显区别 需要实测资料的进一步证实 3 深浅双侧向 微球聚焦泥浆的侵入不仅影响深浅双侧向的差异 而且影响其幅度值 深浅双侧向的幅度值受井筒泥浆 侵入带和原状地层共同影响的结果 它们对深浅双侧向的影响程度由它们的几何因子决定 如果侵入浅 侵入带的几何因子变小 在井筒条件不变的情况下 地层的几何因子增大 地层电阻率对深浅双侧向的影响增加 若地层为高阻 深浅双侧向测量值比深侵的情况下测量值同时增高 因此 通常欠平衡条件下 深浅双侧向测量值较侵入较深的情况下的测量值偏高 微球聚焦测井主要反映冲洗带电阻率 如果泥浆侵入较浅 低于微球的探测深度 此时微球将更多地受地层电阻率的影响 因此 微球反映的不完全是冲洗带的电阻率 如果泥浆的侵入深度超过微球的探测深度 则微球反映的是冲洗带电阻率 4 补偿密度和补偿中子从补偿密度和补偿中子的测量原理来看 两者都反映的是井壁附近一定空间内介质的相关属性的平均值 补偿密度反映的是井壁附近一定空间内介质体积密度平均值 而补偿中子反映的是井壁附近一定空间内介质视孔隙度 含氢指数 的平均值 因此 对于水层而言 由于泥浆滤液与地层水的密度及含氢指数相差不大 有无侵入对测井响应的影响并不是很明显 而对于气层 情况有所不同 因为泥浆滤液与天然气的体积密度和视中子孔隙度有很大的差异 因此无泥浆滤液侵入或较浅泥浆侵入 欠平衡测井 比有泥浆滤液侵入 常规条件测井 时的密度值偏低 视中子孔隙度也偏低 因为有天然气挖掘效应和流体含氢指数差异双重因素的影响 这时 侵入的影响不可忽视 5 声波时差声波时差的探测范围较小 主要反映冲洗带 基于常规条件而言 的地层属性 对于水层而言 有无泥浆滤液的侵入对声波时差影响不大 但对于气层 欠平衡测井声波会受到影响 特别是声波的幅度影响更为严重 另外在气层欠平衡测井过程中 由于气体向井筒作泡状流动 往往会产生跳波现象 造成声波时差的增大和幅度的严重衰减 这种情况虽然有利于气层识别 但不利于储层参数计算 原油及天然气介质条件下的测井响应影响因素分析1 自然伽玛 能谱 由右图可看出 自然伽玛值在天然气介质和原油介质下两者基本重合 说明两种介质条件下测量自然伽玛不受影响 这与自然伽玛仪器测量原理及其地质基础是一致的 两种资料进行相关性对比 相关系数R 0 95 2 井温曲线天然气介质下所测井温曲线变化趋势较好 在气层段出现明显低温异常 为确定储层位置直接提供有力的依据 而原油介质下所测曲线在气层段异常的幅度特征 曲线变化不明显 二者进行相关性对比 相关系数R 0 63 说明在两种介质条件下所测井温曲线差别较大 3 光电指数天然气介质下所测光电指数比原油介质下所测光电指数略偏大 偏大值在0 5电子 巴左右 二者变化趋势相同 在井径规则处 两者一致性较好 误差较小 而在井径较大处 两者都增大 而天然气介质的测量值大于原油介质的测量值 表明井眼扩大时天然气介质会使光电指数增大得更多 总体来看 光电指数在两种介质中的测井结果有一致性 能较好地用于识别地层岩性 4 补偿密度补偿密度测井值反映的是仪器探测范围内介质的平均视密度值 因此 如果考虑井壁表面