高温测井仪器研制

臧德福 王树松 郭红旗

(胜利油田测井公司 山东东营)

高温测井仪器研制

臧德福 王树松 郭红旗

(胜利油田测井公司 山东东营)

随着钻井技术的不断发展,深层勘探取得重大突破,深井测井工作量日益增加。深井的高温高压对测井仪器的耐高温、耐高压性能提出了新的要求。文章介绍了胜利测井公司近几年在高温测井仪器研制、现场应用等方面取得的突破性进展,并就高温仪器发展提出了新的思路。

高温;测井仪器;研制;应用

0 引 言

从我国陆地油气资源分布格局来看,东部老区作为国内石油资源主力产区,浅层和中深层的勘探程度较高,深层及超深层探明程度很低,具有很大的石油资源潜力;中部地区是天然气富集区,有超过一半的天然气资源量在深部地层;西部地区是国内石油产量的主要战略接替区,但其近70%油气资源埋藏在深部地层[1]。因此实现新地区、新领域、新层位尤其是深层的油气突破,寻找和扩大油田含油气范围及领域,成为顺利实现我国石油资源接替目标的主要手段[2]。深井超深井经常遇到超高温度、超高地层压力等特殊情况,对测井技术提出了新的挑战。研制新型测井下井仪器应对越来越多的深井、超深井的测井施工,成为测井行业面临的一个棘手问题。

1 高温仪器研制

目前国内常用的常规测井仪器的耐温指标大多在150℃～177℃[3],而井温超过200℃的深井、超深井不断增加,为保证在高温高压条件下取全取准测井资料,胜利测井公司于2006年底立项,在SL-6000高分辨率多任务测井系统的常规满贯测井系列井下仪器基础上,重点攻关仪器的耐温、耐压和耐硫化氢性能,开展了高温测井系列井下仪器的研制。

1.1 高温仪器设计思想

由于高温仪器测井所处的高温高压恶劣环境,因此在仪器设计过程中主要考虑:①承受高温高压的承压外壳材料;②符合深井打捞要求的抗张力和抗压缩强度;③严格的机械加工公差;④高可靠、高稳定、易维修,满足高温高压环境下连续工作的要求。

1.2 高温仪器系列及指标

在前期准备、充分调研论证的基础上,拟研制的高温仪器系列主要有:三臂井径、自然伽马、井斜方位、双侧向、补偿声波、补偿中子、补偿密度以及适用于高温高压条件的柔性短节、旋转短接。其技术指标为:

(1)耐温:230℃(连续工作1h)

(2)耐压:150MPa

(3)最大仪器直径:Φ92mm

(4)通讯传输方式:数字编码通讯传输

(5)测量范围和测量精度:各种仪器均达到常规满贯测井下井仪器的同类技术指标。

1.3 高温仪器研制关键

为提高仪器耐温性能除了减少线路的自身发热外,保温瓶的保温性能至关重要。首先,筛选耐高温、低功耗元器件,对线路高度集成化,在元器件满足工作的情况下减少其自身发热;其次,通过改变吸热剂配方,加大保温瓶几何尺寸增大吸热剂容量,使其达到更好的保温效果(高温仪器保温瓶加温至250℃,恒温6 h,在无热源情况下,瓶内温度不超过120℃)。

1.4 高温仪器设计

1)自然伽马

高温自然伽马测井仪在原有SL1310自然伽马测井仪器基础上采用耐高温器件研制。该仪器既可组合测井也可单独测井,其输出方式分标准脉冲或直流模拟电压两种。采用高性能新型金属保温瓶、大尺寸NaI晶体和高温光电倍增管,信号处理电路高度集成化。

2)连续测斜

高温连续测斜仪在SL1601井斜方位测井仪基础上进行耐高温攻关,使其可以在230℃环境下正常工作,并实现水平井组合测井。上可与伽马、中子、补偿密度、三臂井径、CCL组合;下可与伽马、声波、双侧向等仪器组合,井斜和方位只是将处理结果上传,减少了上传数据个数,电子线路还包括高温三臂井径测井仪。

3)补偿中子

高温补偿中子测井仪器线路在SL2436基础上做了较大改进:增加长源距记数率、降低统计误差,使得仪器测量受井筒液体矿化度影响小、线性变换更好。为提高仪器耐温性能,将仪器的两个探头及主要电子线路放置在保温瓶内,以避免地层高温影响。

4)三臂井径

高温三臂井径测井仪将电子线路部分移到连续测斜保温瓶中,筛选耐高温的井径电位器,提高耐温性能,缩小井径臂尺寸,适应小井眼的需要。

5)双侧向

高温双侧向仪器保留了常规双侧向的标准测井模式,模拟电路加装保温瓶,增加了具有双层屏蔽的浅侧向和三层屏蔽的深侧向的强聚焦模式。标准模式可以保证普通井眼测井,有利于研究径向电阻率变化。强聚焦模式可以在大井眼、高矿化度钻井情况下,减少井眼影响,更精确地反映地层电阻率变化。电极系采用改进配方的耐高温、防硫化氢的橡胶材料,提高了电极系耐温、防硫化氢性能。

6)补偿声波

对SL1608补偿声波测井仪进行改进,声系采用原补偿声波声系;探头采用改进的耐高温单极子发射和接收探头;发射变压器和电源变压器均采用高温器件,解决变压器耐高温问题;皮囊采用改进配方的橡胶材料达到耐高温和防硫化氢的目的。

7)补偿密度

高温补偿密度测井仪器基本原理同SL2227补偿密度仪器,取消了机械推靠系统,电子元器件采用耐高温器件,在充分实验论证的基础上将探头及主要电子线路放置在保温瓶内,提高仪器耐温性。为满足仪器贴井壁测量的需要设计成四部分:电子线路处理单元;柔性短节;探头单元;偏心器。

2 高温仪器的试验及应用

经过技术攻关,成功研制出高温仪器样机,在完成各分项仪器室内调试和加温试验后,进行了整套仪器串配接,并在试验室对仪器进行了高温高压试验,加压150MPa、加温230℃,连续工作1小时,仪器状态稳定。

2.1 资料标准井试验检验

高温仪器在完成高温高压试验后,对仪器重新进行了刻度标定,于2007年年初,仪器样机在胜利资料标准井一次满贯组合下井取得了合格测井资料。从测井资料来看,九条常规项目测井曲线与标准资料对比,曲线形状、数值具有一致性,标志着仪器样机研制取得成功。

2.2 现场应用

仪器研制成功后,胜利测井公司使用该仪器完成了胜利油区井深最深、井底温度最高的胜科X井的完井测井和固井测井施工任务。该井井深7026m、井底温度235℃,测井项目包括:自然伽马、双侧向、补偿中子、补偿密度、补偿声波、连斜和自然电位,所测资料与先期哈里伯顿小井眼高温仪器所测资料在重复井段对比曲线形状、数值基本一致,表明胜利高温测井仪器的性能指标达到了国外同类仪器的水平。

截止目前,胜利高温仪器已成功完成了胜利油区、南阳油田和冀东油田等13口井的测井施工,见表1,所测井的最大井深7026m,最高井底温度236℃(也是目前国内所测井的最高井底温度)。

表1 高温仪器测井情况

2.3 高温仪器技术评价

1)仪器耐温、耐压指标达到了设计要求,能够满足超高温、高压、复杂井况对测井仪器的特殊要求;

2)仪器的测量范围和精度、测井资料的准确性,仪器的一致性、重复性和稳定性达到了设计要求,满足了岩性识别、储层参数计算、油气层评价等常规地层评价的需要;

3)仪器基本达到国外同类高温仪器的性能水平,填补了国内高温高压测井仪器的空白。

3 高温仪器发展方向

为提高深井、超深井钻探效率,小井眼钻井技术得到越来越广泛的应用,4.5in(1in=25.4mm)钻头钻井越来越多。国内常用的下井仪器直径一般在85mm或以上,不能满足深井小井眼的测井需求。因此,高温高压仪器应向适应小直径、复杂井况、超高温、超高压方向发展。

成像测井是为适应裂缝、薄互层、各向异性等复杂油气藏的勘探开发而发展起来的[4],成像测井对于深井超深井的地质构造解释、沉积学解释、裂缝识别、地应力方向确定和薄层解释等具有常规测井仪器不可替代的作用,高温高压成像测井仪器的研发将是今后相当长时期测井仪器发展的又一主要方向。

高温小直径测井仪器和高温成像测井仪器作为今后国内高温仪器发展的攻关课题,其关键技术在于高温元器件的选择、高温小直径保温瓶的研制、电路集成技术的应用、仪器测量模板的建立以及耐高温高压成像测井仪探头的研制。

[1] CPEIA网.我国深井超深井钻井工程技术发展概况[DB/OL].http://www.cpeia.org.cn/zw/ghyc-syzc.09051401.html,2009.05.14

[2] 中国石油网.发展超深井钻井势在必行[DB/OL].2005.08

[3] BakerAtlas.InstrumentOperatingGuide.2002(资料)

[4] 陈 琼,王 伟,葛 辉.成像测井技术现状及进展[M].国外测井技术,2007,22(3)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)02-0001-02

2009-12-31 编辑:姜 婷)

臧德福,男,1968年生,1989年毕业于西北大学理论物理专业,现任胜利测井公司首席专家,长期从事生产技术和管理工作。邮编:257096