电测作业的井筒完整性标准

张绍槐

西安石油大学

电测作业是在电缆、网线缆或钢丝缆中使用各种电的或机械的井下工具如测录井工具-仪表、堵塞封隔工具、封隔器、射孔枪、井身轨迹变位工具、造斜定向工具、提拉工具等开展测试作业。井筒全生命周期内［1-2］，如钻井［3］、测试-试油［4］、完井［5］、采油气生产 (包括：注水、压裂、酸化、增产等)［6］以及修井作业，直到关停、报废［7］，都有相应的井筒屏障及完整性要求，在这些作业中随时可能进行电测作业，研究针对电测作业井筒完整性的相关标准和要求很有必要。

本研究旨在阐述用井筒屏障组件(WBEs)构成电测作业的井筒屏障(WB)及其要求，以便作业施工能够按标准执行，确保作业安全。电测作业是在有压力的井或“过平衡作业时把井压死的井”中进行。

1 井筒屏障图解

每口井都应准备好井筒屏障图解。图1～图7是NORSOK D-010 V4［8］标准中各作业项目应用较多的图例，电测作业时的井筒屏障比较特殊，许多屏障组件是电测作业专用的。

图1 在地面采油树上方起下电测设备的井筒屏障示意图Fig.1 Schematic well barrier of running and pulling the electric log equipment above the surface Christmas tree

电测井筒屏障图解图1～图7中的专用缩写词解释如表1。

2 井筒屏障验收标准

具体说明电测作业专用(特别)的井筒屏障要求与指南。

2.1 电测作业的井控设备结构

电测作业使用电缆，因为电缆表面不光滑，在进行井控等作业时达不到密封井口等要求。所以要使用润滑密封系统，包括在注入管和电缆之间注入润滑油等，来保证电测等作业时的井控安全。应该使用下列基本的井控设备结构。同时应依据各种测井作业的风险分析来考虑使用附加组件(如闸板)。

2.1.1 陆地作业设备

2.1.2 海上作业设备

海洋作业需要有隔水导管和连接器、压力控制头(流动管线/填料盒子)、双密封装置组合、工具稳定(制动)装置(或工具挡板)；关闭/密封闸板或真对电测作业的密封阀；润滑器；上部和下部的隔离阀；安全头(剪切/密封闸板)；连接器。电测工具长而作业复杂时，需要配备以上工具串。

2.2 工具串的使用

2.2.1 在地面润滑系统中使用附加的长电测工具串

图2 通过地面采油树下入测井电缆Fig.2 Running the logging cable through the surface Christmas tree

图3 通过带有下部隔水导管组合的海底垂直采油树下入测井电缆的井筒屏障示意图Fig.3 Schematic well barrier of running the logging cable through the submarine vertical Christmas tree with lower riser combination

图4 海底水平采油树带有钻井防喷器和海水面以下测试装置的井筒屏障示意图Fig.4 Schematic well barrier of submarine horizontal Christmas tree with drilling BOP and test unit below the sea level

图5 在钻杆（钻柱）中进行电缆录井/测井作业时的井筒屏障示意图Fig.5 Schematic well barrier during the wireline mud log/log operation in drill pipe (drill string)

图6 在水平采油树下入电测电缆进行轻型井筒维修工作的井筒屏障示意图Fig.6 Schematic well barrier of running the electric log cable through the horizontal Christmas tree for light-weight wellbore repair

图7 下入扩展延伸棒的井筒屏障示意图Fig.7 Schematic well barrier of running the expanded extension rod

表1 电测井筒屏障图解中的缩略词释义Table 1 Explanations of the contractions listed in the well barrier diagrams of electric log

使用扩展棒和可展开的闸板(图1～图7)。扩展棒指可变直径与长度的测井仪表筒，根据井筒直径确定测井仪表筒直径，同时按需要的测井参数选择多种不同的测井仪表，如γ、中子等，其长度可根据需要来选择。

扩展棒周围应使用2个分开的密封闸板密封，并保证剪切/密封质量(加入到标准电测剪切/密封功能中)。

2.2.2 在井下安全阀(DHSV)之上使用1个井下润滑器阀(球形)

商品住宅交付时多为毛坯房，绝大多数业主不具备装修专业知识或选择的装修公司不够专业，装修完全从自身的需求出发，随意改变房屋结构和功能。特别是在一些不好的户型中，容易出现大改动，易造成房屋结构的破坏，留下质量安全隐患。部分装修公司自身技术不过关，又缺乏有效的监管，装修完不久就出现吊顶开裂、墙砖脱落等问题，业主无处维权。

在润滑器阀以上的油管内应换成惰性流体(inert fluid)；关闭井下安全阀并在流体流动方向测试；关闭润滑器阀并按“关闭的井口压力+70巴”以上压力进行测试。

2.2.3 用滴入保护方法使用DHSV

在DHSV以上的油管内应换成一种惰性流体；十字头循环取道于释放罐(trip tank )，应按位置监管/监视井下安全阀以上油管中的流体流量；井下安全阀应关闭，并在流体流动方向测试；BHA应按快速释放滴入或注入润滑油脂(测井专用语)操作表格(quick release drop table GRDT/GRD)的要求操作并允许在任何时候都能在电测树以下滴入或注入润滑脂。

2.3 电测作业

对电测作业来说，安全头被作为有质量保证的剪切/密封关闭装置，在地面井控设备结构中紧接于井筒，它是第2道井筒屏障的上部关闭装置。

如果有文件说明水力控制阀(HMV)对工作管柱有关闭(Cutting，切割)和密封功能，从井筒屏障角度它应被设计为安全头。在采油树之上的井控装置中经常具有剪切/密封功能组件。

隔水导管和润滑器连接接头的数目及其在地面采油树和安全头之间的相隔距离是关键问题，应保持距离最小。为此，有时在该处不把水力控制阀(HMV)设计在安全头中。

安全头的所有工具或部件不能省略，应在作业开始前确定。应急程序和补偿措施应到位，包括它在上述工具或部件要穿过安全头位置时如何操作。

在第1道井筒屏障(井下安全阀DHSV)已经失效的地方，下部控制主阀(LMV)和水力控制主阀(HMV)两者应在安装上井筒前就关闭并进行测试。剪切/密封功能组件应安装在紧靠采油树的位置，同时在继续安装其余电测井控设备前先进行测试。

在安装部件中应包括双阀门压井接口(接头)。本身不要求安装压井管线。内阀(lnner valve)应是法兰连接。采油树的翼阀可作为内阀使用。2种阀都应在流体流动方向进行渗漏测试。

在已完成的海洋井中，下入电测缆线时，下部隔水导管组装体中的剪切/密封闸板作为第2道WB中的上部关闭装置(图4、图6)。所以用于下部隔水导管组装体中的剪切/密封闸板作为电测缆线安全头时，有同样的最低要求。

海洋井中下入电测缆线，在防喷器中的剪切/密封闸板被作为第2道WB中的上部关闭装置。所以对其作为电测缆线安全头时有同样的最低要求。

NORSOK标准中对电测作业中的安全问题非常重视，涉及专用装置仪表、阀件及其操作使用要求、如何安装等。

3 WB组件验收标准

3.1 协调WB组件的第1种方法

协调WB组件的第1种方法是减少风险可能性方法(probability reducing risk measures)。

某些电测作业发生卡阻的可能性高于一般作业，非剪切组件通过井筒屏障各种组件或采油树阀件以下近地面处，会有增大切割电缆但未失效的风险；例如，下入和回接外径尺寸大、井筒/管柱与电缆之间空隙小(紧窗口余量)的塞件和阀件(电缆回收式嵌入安全阀，wire-line retrievable insert safety valves)等工作。

对这些类型的电测作业应该特别注意作业风险分析和特别说明在井筒的关键井段或/和地面井控系统中发生卡阻时应采取减小风险可能性的措施。对某些可能应用的方法和情况应评估以下几方面：(1)直径余量小的电测工具组合体下入和回接前，在下入和回接的井深处应下入通径规和/或量规对全部井控组合体和井筒内径进行实质性检查；(2)下入直径余量小(close tolerance)的组合体的最大直径组件应进行实际检查；(3)回接任何直径余量小的组合体前，应按技术文件规定的方法识别和检查所有直径、长度、台肩等，外径有可能比设计值增大的情况(如由于变形或膨胀)应予以识别、得到认可、并纳入作业风险分析中；(4)当回接(或下入)直径余量小的组合体出现阻力时，应立刻在上提电缆进入关键部位前进行风险评估；(5)应评估工具卡阻井筒的可能性，随之协调压井作业。

3.2 协调WB组件的第2种方法

协调WB组件的第2种方法是降低风险结果的方法(Consequence reducing measure)，在剩余风险仍然被认为不能接受高难度作业的井段，应该采取措施以减轻因井况变化而造成的工具串卡组减轻方法应作如下评估：(1)如工具串设置了程控松脱功能，应能在发生卡阻时将WBE卸扣松脱或上扣连接；(2)设置和检查可用闸板剪切开关的部位；(3)在井控结构中设置附加的关闭装置(如：在较高位置安放附加的剪切/密封闸板)；(4)在安全头以下用法兰连接。例如，加强在电缆被切割损伤但还不致于掉落到采油树阀以下地方的机械完整性；(5)可使用压井设备和压井材料。

4 井控工作程序和钻井

4.1 井控工作程序

测井作业应做好井控工作。表2说明易发生问题时应该采用的井控工作程序。

4.2 井控工作的钻井作业

钻井作业应在作业开始用2个轮换班(both shifts)和以后每周1次的2个轮换班之前进行并完成。

4.3 三级注脂技术的应用

下井电缆高压动密封是生产测井带压作业和分簇带压射孔、带压穿孔作业的关键技术，关系到作业的安全和井场环保。电缆高压动密封的有效办法是往阻流管与电缆间隙以及电缆钢丝间隙中泵注密封脂，以形成间隙高压阻止井口压力泄漏。国内使用“一级注脂”，最近川渝页岩气区块等电测和分簇带压射孔作业中发现“一级注脂”不能满足要求，为此研究与应用了“三级注脂”创新技术。典型的三级注脂动密封控制系统包括3级密封，即：电缆由上至下穿过注脂头的防喷盒、5根上阻流管、3根下阻流管；每根下阻流管对应每级注脂。注脂头以下依次与抓卡器、防喷管、捕集器、试注短节、闸板防喷器、井口装置连接。用泵注入密封脂，通过注脂管线和注脂头在上、下阻流管之间以一定的压力和排量注入密封脂，在阻流管内形成“高压带”来平衡井口压力。三级注脂动密封技术的关键在于针对不断变化的井口压力，能够快速设定各级注脂压力来实现可靠动密封。为此要建立三级注脂系统的注脂压力与排量的数学关系，通过求解对比，选出最优方案。密封脂属于非牛顿流体中的宾汉流体。因此，密封脂在注入管内的压降和回油管内的压降可根据宾汉流体圆管层流压降公式计算。由于阻流管内壁要磨损，电缆会偏心而增大密封脂消耗量，所以要根据宾汉流体偏心圆环层流压降公式计算。目前，该技术已在长宁—威远、焦石坝等页岩气分簇带压射孔作业现场应用近百井次，效果很好。现场应用表明，实际注脂压力需要考虑起下电缆和电缆粗细不均的影响，在理论计算值的基础上提高2%～10%，能够提高密封效果［9-11］。

表2 测井作业的井控工作程序Table 2 Well control procedure of log operation

4.4 其他项目

有形成水合物风险时应使用水合物－抑制液来防止/防治水合物生成。

5 结论

(1)阐述了用井筒屏障组件构成的电测作业井筒屏障及其要求，建议在作业施工按标准执行。

(2)电测作业的井控非常重要，特别是电缆高压动密封技术。在中国页岩气井应用的三级注脂动密封新技术取得了很好的应用效果，建议进一步推广应用。