桥式湿接头水平井测井工艺技术研究及应用

张炳军, 陈建波, 成军军, 李金刚, 任小虎, 杨新宏

(中国石油集团测井有限公司长庆事业部, 陕西 西安 710201)

0 引 言

钻具输送湿接头水平井测井技术是目前各类大斜度井、水平井测井中运用最成熟的技术,施工要求测井时旁通不出表套[1],因此,在表层套管长度一定的情况下,水平段越长,对接测井次数越多。在长庆油田水平井测井应用中发现,在对接次数大于4次,以及存在井涌、井溢风险的复杂水平井进行湿接头测井施工时,存在水平段开泵循环对接成功率低、井控安全风险大、时效低、成本高等一系列问题。

针对以上问题,提出了一种新的测井工艺方法,通过应用新型桥式湿接头[2]、柔性电缆连接器[3]等对接工具,规范施工工艺流程,形成了桥式湿接头水平井测井工艺技术,经过实际应用,取得良好效果。

1 常规湿接头水平井测井现状

长庆油田水平井测井主要有钻具输送湿接头测井和过钻杆存储式测井2种,其中80%以上的水平井采用钻具输送湿接头测井。对2013年315口和2014年286口油井水平井套管下深、湿接头对接测井数据进行统计发现,水平段平均长度超过了950 m,而表层套管平均下深不到300 m,湿接头测井平均对接枪次数达到4次(见表1)。

水平井测井时旁通不允许出表套,当湿接头对接点在大斜度段或水平段时,必须依靠连接方钻具开泵加压循环泥浆泵送母枪,

公母枪完成对接后拆

除方钻杆,再进行钻具输送测井[4]。对接次数与完钻井深、对枪点深度、表层套管下深之间的关系是

Q=E+1

(1)

E=(H-a)/b

(2)

式中,Q为对接次数;E为水平段长度与表层套管长度的比值,即水表比;H为完钻井深;a为第1次对接点深度(井斜小于35°),b为表套长度。

当水表比E>1时,需多次开泵加压循环泥浆进行泵送对枪。由表1统计数据可以看出,随着对接次数的增加,测井一次成功率大幅下降。总结分析认为主要有4方面原因。

(1) 泵送对接对钻机性能要求高。受对接点深度、泥浆比重、黏度及沉沙等影响,在水平段大于800 m的井中,为保障对接成功,泵送母枪的速度控制在3 600～5 400 m/h,泥浆泵泵压应不小于12 MPa,在实际施工中,因钻机性能不稳定,泵压不够使泵送速度达不到要求,导致对接失败的概率达到15%以上。

(2) 在大斜度或水平段泵送对接时受井况及泥浆性能影响大。受重力影响,泥浆中杂物(如堵漏剂、岩屑、编织袋等)容易沉积,泵送时异物填埋公枪或进入母枪内,造成对接失败,甚至损坏工具,导致起钻返工。例如固平××-××井,表套长232 m,水平段长1 134 m,井漏严重,泥浆中堵漏剂含量高,在水平段泵送对枪时,选用孔隙较大的泥浆滤网,施工中连续5次泵送对接失败,起出钻具发现堵漏剂进入母枪内,公枪损坏变形(见图1)。采用常规湿接头工艺测井耗时57 h无法完成测井,后改用过钻杆存储式测井,总耗时近80 h。

图1 公枪损坏对比图

(3) 泵送对接井控安全风险高。开泵加压循环泥浆容易导致井壁垮塌,致使井筒不畅,造成计划外通井。据统计,泵送湿接头水平井测井通井率达到了17%以上,平均通井耗时大于26 h,导致测井时间长、效率低,延长了完井周期。高压泥浆流作用容易导致低压层被压漏,泥浆漏失,井筒压力失衡造成井涌井喷事故。在超前注水区,因井筒压力大,部分井段需要重泥浆平衡,循环对枪使重泥浆流失,容易诱发井涌溢流事故。

(4) 泵送对接需钻井队紧密配合,工序多,耗时长,成本高。在大斜度段和水平段进行对接时,每次对接都需要钻井队安装泥浆滤网、接方钻杆,开泵加压循环泥浆,对接成功后拆除方钻杆、泥浆滤网,再进行钻具输送测井,单次泵送对接耗时2 h以上,安装和拆卸钻具过程中,还存在井口处夹伤电缆的风险[5-6]。

2 桥式湿接头水平井测井技术

桥式湿接头水平井测井技术是以钻具输送湿接头测井技术为基础,结合电缆短节对接法[7]提出的将对接点延伸至直井段,依靠工具重力、惯性对接,省略泵送对枪环节,实现水平井直井段多次对接的一种新的水平井测井工艺技术。

2.1 桥式湿接头水平井测井原理

桥式湿接头水平井测井是通过选用一段通断绝缘良好的电缆短节(一端接柔性电缆连接器,便于在滚筒上携带电缆短节;另一端接常规电缆连接器,连接母枪),在施工时,首先将下井仪器串通过钻具输送至对枪位置处(井斜小于35°),将连接好母枪的电缆短节与下井仪器串对接,完成一级对接后,将带有柔性电缆连接器的电缆短节另一端与桥式湿接头对接工具连接,使二级对接点延伸到直井段(见图2),施工时无需开泵加压循环泥浆,仅依靠工具重力、惯性实现湿接头公、母枪对接,钻具输送完成测井。应用时可根据井身结构、电缆短节长度等拓展为3级以上分级对接,实现超长水平段井无泵送多次对接测井。

图2 桥式湿接头水平井测井示意图

2.2 关键技术及革新

桥式湿接头水平井测井工艺技术核心是通过选取合适长度的电缆短节,并合理应用柔性电缆连接器、桥式湿接头工具,使对接点始终保持在井斜小于35°的井段内。

2.2.1 电缆短节长度计算方法

电缆短节长度是指连接桥式湿接头与常规湿接头之间的电缆长度。电缆短节的长度要根据井身结构进行计算,首先应满足35°井斜以下至井底的距离要小于35°井斜以上至井口距离,才能保证桥式湿接头、常规湿接头分别对接时均处于井斜小于35°的井段内实现直井段多次对接。计算电缆短节长度时要加上每次对接测井时保证资料完整的曲线重复距离(不小于50 m)[8],结合实际得出电缆短节长度计算方法

H-a-b≤L≤a-100

(3)

式中,L为电缆短接长度;H为完钻井深;a为第1次对接点深度(井斜小于35°);b为表套长度。

施工前首先要选择通断绝缘良好的电缆制作电缆短节,根据井身结构计算电缆短节长度,如井深3 500 m,表套300 m,井斜35°时井深为2 000 m,通过式(3)计算得出电缆短节选择范围为1 200≤L≤1 900 m。确定了电缆短节的长度后,将电缆短节用柔性电缆连接器连接上载到测井车的滚筒上。施工完成后将电缆短节卸载到便携式滚筒上备用。

2.2.2 柔性电缆连接器的使用方法

柔性电缆连接器主要用于滚筒携带电缆短节,和对枪时电缆连接器能安全顺利通过天地滑轮(见图3)。柔性电缆连接器是在电缆连接器外壳上加工“Ω”形间隙缝,每2段间可弯曲一定角度,4处“Ω”型缝组成一组,可使柔性电缆连接器弯曲度达到10°～15°,与滑轮槽紧密贴合,使电缆连接器在受力均衡的情况下通过天地滑轮,避免了应用常规电缆连接器时出现的易折断情况,可实现不中断连续测井。

图3 柔性电缆连接器示意图

2.2.3 桥式湿接头连接方法

桥式湿接头由公枪短节和防转短节2部分组成(见图4)。公枪外壁设计有定位环,用于连接公枪短节的外壳;防转短节内设计有防转套,可避免外壳与钻具连接时公枪一起旋转导致电缆打纽。

图4 桥式湿接头示意图

现场施工时,先将下井仪器、常规湿接头工具的公枪总成连接于钻具底部,开始下放钻具。钻具下深一般比电缆短节长度短8～15 m(该数据为经验数据),既方便电缆短节连接桥式湿接头,又方便电缆短节超出钻具长度部分电缆在连接后沉没于钻具水眼中。例如使用1 500 m电缆短节,钻具下深范围1 485～1 492 m。钻具下到预定位置后,将桥式湿接头防转短节接于井队钻具上,完成后开始对枪,对枪成功后用电缆卡将电缆座于井口,用游车提起桥式湿接头的公枪短节,将电缆短节上电缆连接器和公枪短节底部的下电缆连接器连接,完成后去掉电缆卡,将公枪短节与防转短节连接,再将组合好的桥式湿接头与钻具连接。所有连接完成后,井队下钻到对接点,将带电缆连接器的电缆穿过1 m提升短节、旁通短节、电缆切断器后与母枪连接[9]。用游车提起旁通组合与钻具连接,下放电缆对枪,对枪成功后,按照湿接头测井工艺完成测井。桥式湿接头连接过程见图5。

图5 桥式湿接头连接过程示意

3 施工流程

根据桥式湿接头测井工艺特点,结合现场测井作业要求,制定了现场施工流程(见图6)。

4 应用效果评价

2014年10月在长庆油田固平××-××井首次应用桥式湿接头水平井测井工艺技术进行施工。该井井深2 898 m,水平段长1 248 m,1 520 m处井斜34°,选用1 530 m的电缆短节,施工中均一次对接成功,水平段测井用时7 h,取得合格资料,较常规湿接头测井工艺节约近3 h。

图6 桥式湿接头测井施工流程图

目前已应用桥式湿接头工艺测井16口,对测井时效、作业一次成功率等数据进行统计,与2015年采用常规湿接头工艺测的21口井进行对比(见表2)。测1口水平井平均对接4次,单井节约占井时间3.8 h;对接4次以上的井测井一次成功率提高了17.7%。采用常规湿接头工艺测的21口井,水平段通井4次,通井率19.05%,平均野外测井时间52.7 h;采用桥式湿接头工艺测的16口井均未出现通井,平均野外测井时间39.5 h,节约了13.2 h。

与常规湿接头测井技术相比,桥式湿接头测井具有4个特点。

(1) 不受钻机性能影响,施工适用范围进一步扩大。桥式湿接头测井技术是通过合理利用新型湿接头对接工具,使对接点始终保持在直井段,无需泵送对接,

规避了因泥浆泵压不足造成的水平段对枪

失败,甚至无法施工的情况。可适用于不同钻机性能的施工要求。

(2) 井况和泥浆性能对测井施工的影响因素大幅减少。无泵送直井段对接,规避了在大斜度段和水平段因循环泥浆造成的岩屑、堵漏剂等异物填埋对接工具的风险,有效降低了起钻返工的概率。

(3) 井控安全风险低,测井安全性更好,效率更高。桥式湿接头工具内部公枪总成通过定位环与壳体相连,保障了钻具水眼畅通,方便井控措施。施工时,对接均在直井段进行,对于实施压井作业或用高黏度泥浆保护垮塌井段的井无需接方钻具开泵循环泥浆,避免了因泵送对接造成井涌、井溢、井眼垮塌等安全风险。

(4) 省略泵送对枪环节,工艺流程进一步优化,效率效益显著提高。省略了安装泥浆滤网、接方钻杆、开泵加压循环泥浆等工序,与常规湿接头测井相比,一次对接可节约近1 h,按平均对接4次计算,一口井可节约近4 h,测井时效明显提高,同时可降低井口夹伤电缆的概率。另一方面,为钻井队节约了泥浆、油料、人工等成本。通常循环一小时泥浆燃油费用约1 200元,平均一口井泵送4次,仅材料成本可节省6 000余元。

5 结 论

(1) 经过实际应用,桥式湿接头测井技术能够满足表套短、水平段长、泥浆泵压低、井控风险高的复杂水平井测井施工要求,测井流程更加优化,时效更高,成本更低,是一种新的水平井测井工艺技术。

(2) 新型对接工具桥式湿接头与钻具连接方便,电气性能良好,符合测井需求。

(3) 柔性电缆连接器能够顺利通过天地滑轮,使电缆短节与作业队电缆连接方便,便于携带,安全性能良好。

(4) 该技术的应用进一步提升了复杂水平井测井能力。

参考文献:

[1] 国家经济贸易委员会. 水平井测井作业技术规范: SY/T6030-2003 [S]. 2003.

[2] 张炳军, 周扬, 李鹏, 等. 一种桥式湿接头: ZL2014 20632294.5 [P]. 2015-04-22.

[3] 龚光勇, 张炳军, 周扬, 等. 柔性电缆连接器: ZL2013 20797276.8 [P]. 2014-06-04.

[4] 杨志. 钻杆传输测井施工工艺研究及改进 [D]. 东营: 中国石油大学(华东), 2007.

[5] 杨庆祥, 赵相庭, 曲健奎. 钻杆输送湿接头水平井测井技术 [J]. 测井技术, 1997, 21(1): 71-76.

[6] 夏巧林. 水平井测井中的电缆保护方法探讨 [J]. 长江大学学报: 自科版, 2013, 10(22): 90-92.

[7] 李鹏, 成军军, 任小虎, 等. 水平井电缆短节法测井 [C]∥长庆事业部第十届科技进步大会论文集, 西安, 2012: 412-415.

[8] 蒋建平, 罗荣, 崔光. 超深、超长水平井测井工艺技术研究与应用 [J]. 中外能源, 2013, 18(11): 40-43.

[9] 冉小军, 许思勇, 吴寒, 等. 长庆油田湿接头水平井测井工艺关键控制点分析 [J]. 国外测井技术, 2012(3): 67-70.