钻具深度与测井深度误差的成因探讨

卿元华，李秀彬

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；3.中国石油西部钻探克拉玛依录井工程公司，新疆克拉玛依834000）

钻具深度与测井深度误差的成因探讨

卿元华1，2，李秀彬3

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；3.中国石油西部钻探克拉玛依录井工程公司，新疆克拉玛依834000）

钻具深度与测井深度误差产生的原因较多，认清主因有利于确定准确的误差值，并对深度进行校正以更接近地层真实值。结合塔里木油田钻探案例以及其他油田的相关研究资料，分析了钻具深度误差由上部钻具的伸长与下部钻具的压缩、钻具随井眼轨迹的弯曲、钻具热膨胀、钻柱内外承压差异等因素造成，测井深度误差主要由电缆伸缩和测井速度不同导致。根据对塔里木油田测录井资料的统计分析，总结了岩电误差变化规律，通过对测录井深度误差的校正，可以有效指导岩性与油气显示归位以及准确定位射孔层位等工作。

塔里木油田；钻具深度；测井深度；岩电误差；误差校正

地层对比、岩性及油气显示归位、定位射孔（试油）层位等过程中，钻具深度与测井深度误差（或称岩电误差）是一个必须考虑的因素，原因包括：（1）岩电误差是评价测录井资料质量的指标之一；（2）地层深度测定的准确性影响后续施工的质量，尤其是射孔层位的准确定位直接影响油井产能。塔里木油田钻井以5000m以上的深井为主，因为岩电误差有随井深增加而增大的趋势，有时可能出现岩电误差异常高值的情况。通过分析钻具、测井误差的成因，弄清影响岩电误差的主因，有助于纠正相关人员对岩电误差认知误区，并利用岩电误差对深度进行校正，提高测录井资料的质量，指导后续施工。

1　钻具深度与岩性实际深度误差

现场计算井深是以钻具地面测量长度直接累加，岩屑录井井深即以此为准，由于钻具在井内受力及弯曲等导致钻具深度与岩性实际深度误差（图1）。

图1　钻具深度与岩性深度误差

1.1钻柱的受力

钻具上部拉伸，下部压缩，且以拉伸为主。上部、下部钻具由中和点分开，上部钻具在泥浆中的重量等于吊卡或大钩所悬挂的重量，下面一段在泥浆中的重量等于钻压，钻压已作用于井底［1］。实际钻井中，中和点一般落在钻铤上，钻井设计中钻铤总长一般在200m以内，故下部钻具长度较短。以克深X井四开为例：

（1）8-1/2″PDC钻头+24根×7″钻铤（含1根随钻；累计长度226.26m）+14根×5″加重钻杆（累计长度129.70m，单位重量72.03kg/m）+5″钻杆（钻具截面积3.403×10-1cm2，单位重量32.87kg/m），实钻所加钻压3～13t，按最大钻压13t计算中和点位置，7″钻铤单位重量163.2kg/m，钢材密度7.85g/cm3，钻井液密度2.20g/cm3。浮力系数Kb=1-2.20/7.85=0.72，则中和点位置Lm= 130000/（1632×0.72）=110.63（m）。可见中和点位置较低，井内钻具以拉伸为主。

（2）上部钻具的伸长量：

②上文中的例子为自重理想情况下钻具的伸长量，在外力单轴拉伸作用下，钻具伸长系数（P为拉力；L为钻杆长度；E为弹性模量；A为钻具截面积）随外力增加而增大，以5″钻杆为例，伸长系数由10t拉力下的 0.0139933cm上升至 100t拉力下的0.139932553cm，增加了近9倍。至四开中完井深6655.78m，5″钻杆累计长度6299.82m，5″钻杆受钻铤、加重钻杆的拉力P=［163.2×（226.26-110.63）+72.03× 129.70］×Kb=2.82×104（kg），则5″钻杆伸长量2.5m；5″加重钻杆钻杆在外力单轴拉伸作用下的伸长量为0.03m。可知，钻具结构不变，随井深增加，上部钻具伸长量增大。

由①、②计算出井内钻具伸长量=6.1+3.0+0.03= 9.13（m），可见井内钻具伸长量较大。

（3）下部钻具的压缩量。下部钻柱受压力达到一定临界值时产生一次甚至多次弯曲，实际钻井中的因为所用钻压的限制，一般很少出现3次及3次以上的多次弯曲。直井中，下部钻柱弯矩由钻柱受压弯曲和离心力共同作用引起的，因此，下部钻柱弯曲力矩较大，下部钻柱弯曲半波长度小［2］。故钻柱主要弯曲部分在中和点以下。

如图2所示，O为中和点，轴向压力P即钻压，钻具原长l1，弯曲部分弦长l2，钻具轴向缩短量Δl，7″钻铤一次弯曲临界钻压Pc为6.2t，根据上述实例可计算出一次弯曲临界钻压下中和点位置为52.76m，由于二次弯曲后，下部钻具失稳而失去理想变化形状，以下仅针对在钻压稍微超过临界钻压的情况。钻压稍微超过临界钻压时，下式成立：l2=Pc×l1/（2P-Pc）［1］，假设钻压超过临界钻压2%，则P/Pc=1.02中和点下52.76m钻具缩短量。由此可知，钻压超过临界钻压使钻具发生多次弯曲时，下部钻具缩短量会进一步加大；实际钻井中一般很少出现3次及3次以上的弯曲，加之下部钻具一般小于200m，故下部钻具缩短量有限。

图2　下部钻具轴向缩短

1.2钻柱热膨胀

钻井现场是在地面直接丈量钻具长度，然而，井中钻柱承受温度随井深增加不断而增大。唐海雄等（2010）以番禺5-8-1井（井深4423m，井底温度168℃）测试管柱为例，指出温度超过100℃以后，热膨胀系数明显增大，分析了高温油井测试期间因温度变化导致的测试管柱轴向伸缩变化，并计算出井筒温度引起的测试管柱伸长量约为3m［3］。因此，热膨胀导致的钻具伸长是不可忽视的因素［4］。

1.3钻柱内外承压不同

钻进期间，钻井液循环造成钻柱内外压力不同，导致钻具的延长或缩短，构成钻柱实际长度变化的随机因素之一。

2　测井深度误差

2.1测井装备系统误差

电缆测井深度可准确标定和测量，因此，电缆测井可准确提供与深度相对应的相关地质数据［5］。测井深度精度依赖于对电缆的标定和校验，测井电缆经标定和校验可以消除测井装备自身的系统误差。

按一定周期（如3个月），或根据特殊情况，如：（1）测井作业中，误差超过规定值，或电缆遭受严重阻卡（打结）后；（2）更换新电缆，以及更换或调整测井深度轮后，在标准井中，对测井电缆深度进行标定［6］。

在现场实际测井过程中，可采用如下方式对电缆深度误差进行校验：（1）利用套管鞋处测录井深度误差，表层套管、技术套管误差值应分别不超过±0.5m、±1‰［6］；（2）将测井曲线与录井岩屑剖面中的典型层段进行对比。利用上述两种深度校验得出的误差值可以对测井深度进行现场校正。罗厚义、汤达祯（2013）针对中东某油田9-5/8″技术套管鞋的测井深度（3964.5m）与录井深度（3951m）因深度编码轮磨损过度导致差值较大（13.5m）的问题，对套管鞋以下裸眼测井曲线深度按13.5m校回，经射孔校深证实，套管鞋校深值与射孔校深值差值仅0.5m，说明了据套管鞋测录井误差值确定的校正量的实用性［7］。

2.2测井深度的随机误差

测井电缆的系统误差可通过标定和校验消除，但测井过程中仍存在多种其他因素造成的随机误差。

2.2.1测井电缆伸缩误差

一般情况下，通过上提测井仪进行测井，在此过程中，由于：（1）电缆自重、仪器重量；（2）钻井液粘附力；（3）井壁的不规则性、部分测井仪带扶正器或推靠臂使电缆与井壁接触产生摩擦力；（4）钻井液横向压力将导致电缆的轴向伸长；（5）井内温度使电缆受热拉伸，由电缆热膨胀系数和地温梯度决定；（6）井况不佳使仪器遇卡等，实际电缆承受的拉力若不同于标定时提升电缆的拉力，产生拉伸误差，其值主要取决于电缆的弹性拉伸系数［8］。在近垂直井中，电缆动态拉伸作用不明显，误差相对很小；但是在井斜角小于60°的定向斜井中，由于电缆内部应力的变化，使误差相对较大［8-9］。通过编程设计出电缆拉伸校正程序，对上述几种因素产生的拉伸误差进行计算，可校正拉伸导致的深度误差［9-12］。

而钻井液浮力作用，以及特殊情况下，采用下放仪器进行测井（如生产测井、井况不良无法实现上提测井时），电缆则会缩短。

2.2.2测井速度不同产生的误差

在实际的测井过程中，仪器井下移动的速度与地面电缆的移动速度不一致，引起深度点采样误差［14］；各种测井仪器对测井速度的要求不同，同时，实际测井速度与标定时上提或下放仪器速度不同，以及不同测井速度下仪器与井壁摩擦力不同使电缆伸缩量不同，从而产生深度误差。可采用直接积分法和卡尔曼滤波法等对速度误差进行校正［10，12］。

3　钻具深度与测井深度误差的成因

尽管测井随机误差影响因素多样且很难准确校正，但现代数控测井仪中已采取了一些相应的深度校正措施以及测井资料后期处理对测井深度的校正［14］，同时因为电缆较细，受井眼弯曲的影响小，测井深度误差相对较小，可以说其比钻具深度更接近地层真实值。据R.戴斯布朗德（1987），在垂直井眼中，现代测井深度误差为±0.15%，即3000m误差1m；在斜度较大的定向井、温度较高以及井况较差的井中，测量误差会增大［15］。综上所述，测井深度相对钻具深度而言较准确，与实际岩性深度更接近，因此，塔里木油田所属井的岩性归位、试油（射孔）层段等资料的深度均采用测井深度，从而导致测录井深度误差（或称岩电误差，测录井误差=测井深度-录井深度）。

4　不同井段（井深）岩电误差不同的成因

由于井身结构和地层条件的变化，导致不同井段使用不同的钻具组合以及不同的钻井液密度，钻具结构和钻井液密度的变化使钻具重量与伸长系数发生改变。此外，井筒介质、井眼规则程度等也随井身结构和地层条件变化，使不同井次测井深度误差值产生变化。然而，电缆测井时电缆拉伸变化很小，可认为每次测井采用的是同一根电缆，从而导致不同井段测录井深度误差不同；同理，上述条件的改变导致相同钻具长度不能代表相同井深，钻具伸长系数突变产生的差值与原有深度误差叠加可能致使测录井深度误差随井深增加而增大。

井身结构的变化导致的误差叠加导致测录井深度误差突然变大，称为测录井深度误差异常［16］。误差叠加造成的测录井深度误差异常多发生于深度大于5000m、需使用不同规格钻具组合（如5″+3-1/2″或5″+ 4″钻具组合）的井。塔里木油田部分井出现测录井深度误差异常，如塘参1井、轮南1井等测录井深度误差的绝对值大于10m，误差值接近或大于一个单根的长度。可根据套管附件（阻流环、套管鞋）下入深度与新钻具组合钻遇该附件的钻具深度差值，对新钻具长度进行一定的校正，从而可消除测录井深度误差异常。

此外，套管丈量错误也会产生类似于“测录井深度误差异常”的情况。此时，应复查套管原始记录。如塔里木油田玉中Y井测7″四开技术尾管固井质量后，计算的测井与套管下入深度误差约为-77m，经复查核对，丈量7″套管发生错误，下入的77根套管每根丈量长度比实际长1m，导致套管未按设计下到位。

根据所掌握的塔里木油田前陆区和台盆区近100口井（井深范围为4050～7100m）的录井、钻井取芯、测井资料统计结果，表明：（1）岩电误差随井深增加而增大，5000m以上最大误差值为+8m；（2）多数情况下岩电误差为正（正、负误差的比例为7∶3），误差值多在为+1～+6m之间，所以钻具伸长比钻具压缩与弯曲对岩屑录井的影响大。

5　测录井深度误差校正的应用

利用测录井深度误差校正，可对岩性、油气显示归位以及准确定位试油（射孔）层位等。

塔里木油田英买35XC井完钻井深6570m（录井深度），为套管完井，5″尾管下深6529.47m（录井深度），试油讨论时确定的人工井底6500m（测井深度），对井段6351～6385m（测井深度）进行射孔测试。该侧钻井裸眼段传输测井的岩电误差为-2m，根据试油要求，则人工井底钻具深度应为6502m，5″套管鞋与人工井底间的水泥塞高度为27.47m，为防止钻塞时多钻水泥塞使水泥塞高度不足，决定对该井进行过钻杆电缆测井校深，测井项目包括自然伽马、磁性定位，校深短节B的录井与电测深度分别为5171.87m、5176.7m，测录井深度误差为+4.83m，据此误差值钻塞至井深6495.17m（录井井深）/6500m（测井井深）。如果直接用裸眼传输测井的岩电误差，钻人工井底至6502m，可能导致5″套管与人工井底间的水泥塞高度减少6.83m而无法承压或下沉，对后期射孔测试施工等造成不利影响。

射孔的准确度直接影响着试油效果及后期产能，电缆传输射孔一般允许误差为±0.1m，因此，需要在射孔作业前，利用确定射孔位置的完井测井综合图与放—磁测井图进行典型层段对比并计算校正值，根据校正值和标准套管接箍深度确定电缆上提（或下放）值［17-18］。

6　结论

（1）录井深度误差是上部钻具的伸长与下部钻具的压缩、钻具随井眼轨迹的弯曲、钻具热膨胀、钻柱内外承压差异综合作用的结果。

（2）测井深度误差包括系统误差与随机误差。系统误差可通过标定和校验消除，随机误差可通过设计相应的软件程序予以部分消除。

（3）与钻具深度相比，测井深度精度更高，更接近地层真实深度，因此，许多钻探资料采用测井深度作为标准深度，测录井深度误差由此生成。

（4）因井身结构的变化，在不同井段（井次、井深）中，使用不同的钻具组合、钻井液密度，导致钻具伸长系数突变与原有深度误差叠加而可能出现测录井深度误差异常。

（5）通过录井、测井资料统计分析，进一步认识到：①岩电误差随井深增加而增大；②井中钻具以伸长为主，是多数情况下岩电误差为正的原因，钻柱弯曲、下部钻具的压缩占优时，岩电误差一般为负。

（6）测录井深度误差校正可用于录井岩性归位以及准确定位试油（射孔）层位等。

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TE272

A

1004-5716（2016）06-0025-04

2015-05-28

2015-05-28

卿元华（1983-），男（汉族），四川安岳人，工程师，现从事地质勘探管理工作。