中低斜度定向井过环空测井遇阻原因分析与输送工艺改进

谢忠林

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163853)

0 引 言

为了使地面或地下条件受到限制的油气资源得到有效开发，近年来油田大规模应用了定向井开发技术，它在保护自然环境、减少征地和生产管理等方面具有显著的经济和社会效益。在倾斜角度不大的定向井的套管或油管内测井时，仪器可以靠自身重量克服管内摩擦阻力及液体浮力下入井中。然而，在偏心定向井中进行过环空测井时，经常因仪器遇阻而下不到目的层位，导致测井失败。2008年，在大庆油田西部过渡带有近700口定向井，当年利用常规方法进行定向井过环空测井施工16口，最大斜度32.34°，均因仪器在造斜点遇阻而未能录取到资料，遇卡还造成2支仪器掉井[1]。所以，保证仪器完好地下到目的层是定向井过环空测井急需解决的问题。

1 定向井井身结构及过环空仪器输送遇阻原因分析

1.1 偏心定向井井身结构[2]

定向井井身结构分两种类型，如图1所示。

三段型，如图1(a)所示：直井段+造斜段+稳斜段

五段型，如图1(b)所示：直井段+造斜段+稳斜段+降斜段+直井段油、套管的相对位置有如下2个特点。

图1 定向井井身结构示意图

1)相对位置的复杂性

定向井井身轨迹在垂直投影图(图2(a))和水平投影图(图2(b))上都是一条曲线，油管在套管内的相对位置在不同深度会有一定变化，多数情况下油管因重力紧贴套管下侧，但由于井身的非直线性，在局部还存在着油管在上部、同心、侧部等复杂情况[3]。

图2 英51-10-斜5井垂直和水平投影图

2)相对位置的变化

由于抽油机工作，油管有着一定的弹性活动量，油、套管相对位置随时间还会存在一定的变化。

1.2 仪器下井遇阻原因分析

在进行过环空测井时，仪器要通过油、套管月牙形环形空间，下达目的层。当仪器不能顺利通过整口井的油、套环形空间时，就会发生遇阻现象，分析有如下3方面原因。

1)管柱弯曲 在造斜点附近，由于管柱弯曲，环形空间形态发生变化，当其弯曲角度大于仪器串可弯曲角度时，仪器遇阻。

2)环形空间尺寸过小 油、套管相对位置在不同深度发生变化，当月牙空间尺寸小于仪器外径时，造成遇阻。

3)摩擦阻力 由于井斜，在重力作用下，仪器紧贴油、套管壁滑行，当运行到油管接箍处时，空间尺寸减小，摩擦阻力增大，造成遇阻[4]。

由以上3种原因综合影响，加上油套环形空间形态随时间又有一定的变化，有时会造成一口井有多处遇阻，有时遇阻点的重复性不好。

2 定向井过环空仪器输送工艺改进

2.1 改进电缆结构

研制12.7 mm三层铠装电缆，替代原8 mm二层铠装电缆，有两方面作用：

1)增加总重量

8 mm二层铠装电缆自重260 kg/km，12.7 mm三层铠装电缆自重760 kg/km，相当于增加了仪器的总配重，作用是仪器串的下行推力加大。

2)提高电缆弹性

经检测，12.7 mm三层铠装电缆的弹性较8 mm二层铠装电缆有了显著的提高，见表1。一方面它有韧性，可弯曲通过造斜点；另一方面弹性大，遇到阻碍时弯曲程度小，可突破阻力前行，同时也减少了仪器在上提过程中缠井的几率。

没有12.7 mm三层铠装电缆时，用常规的12.7 mm二层铠装工程电缆也可起到近似的作用。

表1 8 mm二层铠装电缆与12.7 mm三层铠装电缆弹性试验对比表

2.2 缩短仪器刚性长度

1)采用螺杆泵产出剖面测井

螺杆泵产出剖面测井仪如图3所示。该仪器由不同的刚性短节组成，单节最大长度为0.9 m，各短节间做成可灵活转动的软连接，相邻两节间最大弯曲角度为90°，较好地适应了井身曲率的变化[5]。

图3 螺杆泵产出剖面测井仪实物图

2)采用不同加重方式

根据不同井况及施工方式，采用不同的加重杆，曲率半径大时可选用短式加重，曲率半径小时选用鞭式加重，使用扭动器下井时，使用过芯加重。

短式加重：将1.2 m长的加重改成0.5 m长的短加重，直径28 mm，加重间最大可弯曲角度为35°。

鞭式加重：采用多节以活结相连的方式，每节长度为0.1 m，直径28 mm，总长度1.5 m，加重可以沿任意方面弯曲成半圆状，最大弯曲角度为80°。

过芯加重：外径28 mm，由杆体、短节和上下杆头组成，杆体之间及杆体与杆头之间通过短节连接，每个杆体长度0.4 m，能够纵向打开，分成两半，中间有一条放电缆的凹槽。

2.3 研制减震器和扭动器

1)减震器

在仪器的下冲作用下，遇阻时容易造成直流电机的限位开关损坏，无法打开集流伞，为此研制了减震器，长度0.31 m，直径28 mm。将减震器连接在仪器下端，在受到冲击力时能起到缓冲作用，减少对仪器的损坏，提高测井成功率[6]。减震器实物如图4所示。

图4 减震器实物图

2)扭动器

扭动器直径28 mm，长度1.2 m，外筒采用活动链接筒，内部采用凸轮结构，联接在仪器下端,由电动机带动凸轮实现整体扭动，使仪器串前端处于不稳定状态，自行移出狭窄部位，提高仪器在环形空间的通过能力。扭动器实物如图5所示。

图5 扭动器实物图

3 应用效果及存在问题

3.1 定向井过环空仪器输送方法

1)下井仪器串连接

有两种连接方式，一种是测井仪+减震器+短式或鞭式加重；另一种是过芯加重+测井仪+扭动器。

2)仪器下井操作

直井段以2 000 m/h速度下放仪器，距造斜点以上50 m处减速至1 000 m/h，直至目的层。遇阻时，对于测井仪+减震器+短式或鞭式加重组合，上提仪器串至遇阻点以上50 m，以不超过5 000 m/h速度快速下放仪器，靠冲力突破遇阻点下行。对于过芯加重+测井仪+扭动器组合，上提仪器到遇阻点10 m以上，待张力仪恢复正常显示时，给扭动器供电，使仪器串最前端扭动，以1 000 m/h速度下放仪器，仪器串自动寻找路径通过遇阻点。

3)测后仪器上提操作

为了防止仪器卡掉事故的发生，造斜点以下以1 000 m/h的速度上提仪器，到直井段后再以2 000 m/h的速度上提仪器。

3.2 仪器输送成功率得到显著提高

应用改进后工艺，2015～2017年在大庆西部过渡带进行定向井过环空产出剖面测井施工437井次，仪器下到目的层323井次，成功录取资料269井次，一次下井成功率为73.9%，一次测井成功率为61.6%。在这些井中，最大井斜角度33.79°，最大井深2 250 m，取得了较好的应用效果。

大庆油田西部萨葡油层过渡带龙83-斜20井，井深1 758 m，水平位移421.5 m，造斜点深360 m，最大井斜点深度1220 m，最大井斜角度28.6°，目的层斜深1 571.3 m、水平位移409.6 m，如图6所示。采用测井仪+减震器+短式加重仪器串下井，当仪器下至造斜点深度360 m处，电缆稍感停顿，但马上通过该点，之后顺利下至目的层，采用阻抗式产出剖面测井，录取完资料，上提电缆，起出仪器，测井任务完成。

图6 龙83-斜20井垂直剖面图

3.3 存在问题

对于中低斜度定向井，虽然下井成功率有了较大的提高，但仍有30%的井不能下到目的层。另外仪器遇阻时，如果上提仪器后仍按原有速度下放电缆，仍会遇阻，所以要适当提高仪器下放速度。但仪器与油、套管碰撞会造成不同程度的损伤，影响测井成功率，一次测井成功率只有60%。这些问题，还需要在今后的生产实践中继续完善和改进。

4 结 论

1)遇阻原因

在造斜点附近管柱的弯曲角度大于仪器串可弯曲角度、局部油套环形空间尺寸小于仪器外径以及仪器与井下管柱的摩擦阻力是造成定向井过环空测井仪器遇阻的主要原因。

2)输送工艺改进

采用12.7 mm三层铠装电缆，替代8 mm二层铠装电缆，增加了电缆的自重和弹性，有助于突破阻力前行；采用仪器串软连接，缩短仪器各刚性部位的长度，可有效增加仪器串的可弯曲角度，适应定向井井身曲率的变化；利用扭动器的运动，使仪器串自行寻找路径，移出狭窄部位，提高了仪器在环形空间的通过能力；利用减震器，在仪器受到冲击力时能起到缓冲作用，减少自身的损坏，提高测井成功率。

3)应用效果

应用改进后工艺，对斜度小于30°的定向井，仪器一次下井成功率可达70%。