测井电缆综合受力分析与防范措施

王相森

摘要：测井电缆在受拉力情况下会产生拉伸现象，不同生产厂家、不同型号的电缆伸长系数不同。通过对井下测井仪器和测井电缆的受力分析，根据测井张力变化和电缆拉伸量之间的关系，提出一种可以准确计算测井电缆拉伸系数的方法，实际应用效果良好。

关键词：测井电缆;受力分析;防范措施

1 计算原理

在不同张力条件下，由于电缆拉伸程度不同，测井仪器测量井下某一标志性特征（如短套管、分级箍、同位素标签等），会得到不同的深度结论。通过对比2次测井的深度差，结合2次测井电缆所受不同的张力，就能计算出正在使用的这种电缆的实际拉伸系数。匀速测井过程中，电缆张力等于测井仪器重量、电缆重量、电缆和测井仪器所受浮力、电缆和测井仪器与井壁产生的摩擦力、电缆和测井仪器与钻井液之间的动切力的合力，电缆、测井仪器保持匀速运动。井下仪器串自重是恒定数值，不会改变。对于井下某一特定位置，电缆展开长度一定，电缆重量固定。每口井的钻井液密度恒定，在不同张力条件下的测井过程中，当测井仪器通过井中某标志物瞬间，井中电缆和测井仪器排开钻井液的体积也是一定的。

2 测井原理及误差分析

马丁代克测深系统主要由深度轮、夹持机构，旋转光电编码器，控制系统等组成，其测量原理是将待测长度转换为测量深度轮的周长，因此测量时的误差主要是来源于深度轮。

2.1 深度轮测量原理

深度轮测量原理是一对深度轮夹着电缆，电缆的运动带动深度轮旋转，在旋转过程中，深度轮上安装的与之同轴的光电旋转编码器转动而开始输出脉冲信号，通过计算输出脉冲数量，可以得到电缆运动长度。

2.2 深度轮磨损影响因素

通常深度轮使用一段时间后，由于深度轮与电缆之间的摩擦而导致深度轮表面出现磨损。深度轮表面磨损后的情况，通过肉眼就能明显观察到深度轮的磨损痕迹。通过对深度轮测量原理的深入分析，可知深度轮周长的变化是深度轮测量误差的主要原因。

2.3 电缆所受拉力影响因素

在实际工作中，电缆在运动过程中必然会受到拉力作用，从而导致电缆发生拉伸形变。因此在实际测量过程中，需要减小拉力对测量深度造成的误差。假设电缆形变长度为Δl，此时电缆运行的真实长度为L+Δl。

3 光栅尺校正深度轮误差方法

通过分析马丁代克测量系统误差产生原因，以及由于深度轮在一周上的磨损具有不均匀性、拆卸复杂且需专业人员与专业设备等因素，在实际测量过程中不能简单的只考虑以深度轮的周长作为误差校正依据而通过测量其磨损后的周长来进行误差校正。

4 实施条件

为计算精确，深度记录系统采用光电编码，光栅数不少于300/ft。测井采集系统和绞车面板深度显示精确到0.001 m。为建立张力与电缆拉伸量的准确关系，减少井眼情况对张力的影响，应在油井套管段进行计算。井内要有短套管、分级箍、同位素标签等标志物。如果是裸眼井，需有3 000 m以上的技术套管。测井深度系统计量要精准，误差在0.5‰以内。张力计的计量要准确，选择无风、干燥的天气进行计算。

5 计算过程

5.1 测量电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度L

在下放测井仪器过程中，当电缆总张力超过1 000 lbf后，地滑轮与电缆滚筒之间电缆下垂现象消失，呈一条直线。此时，缓慢停绞车，在即将脱离电缆滚筒的电缆处做一个明显记号，并记录此时绞车显示深度为D0-1。继续缓慢下放测井仪器，当电缆上的记号到达与钻台转盘平面平齐位置时，停住绞车，记录此时的绞车显示深度为D0-2，电缆滚筒到钻台转盘平面之间电缆的长度为L=D0-2-D0-1

5.2 下放测井，测量井中某一标志物的深度D1

在距离标志物以上50 m处，开始记录测井曲线，下放速度不能超过20 m/min，且匀速。当标志物磁定位（或其他参考曲线）特征显示到测井系统监视屏后，继续向下测量50 m，缓慢停住绞车并停止记录。打开下放测井记录到的测井数据文件，读出标志物对应磁定位（或其他参考曲线）的深度D1及对应的张力T1。

5.3 上提测井，测量井中同一标志性特征的深度D2

上提测井，速度与上述下放测井保持一致，当标志物磁定位（或其他参考曲线）特征显示到测井系统监视屏后，继续向上测量50 m，停住绞车并停止记录。

打开上提测井记录到的测井数据文件，读出标志物对应磁定位（或其它参考曲线）的深度D2及对应的张力T2。

5.4 计算电缆拉伸系数E

由于井中标志物到钻台转盘平面的距离（标志物深度）是一个恒定数值，下放测井与上提测井得到不同的深度结果是因为2次测井电缆所受张力不同，电缆拉伸量产生差异。

不同张力条件下，电缆拉伸量的差为ΔL1=D1-D2。由于上提测井电缆张力大于下放测井，ΔL1即为上提测井时增加的张力作用在从电缆滚筒到井下标志物这段电缆（D1+L）后对电缆产生的额外拉伸长度。所以，正在使用的这种电缆拉伸系数E为E=ΔL1/[（T2-T1）·（D1+L）]·106。式中，深度、长度单位均为m，张力单位为lbf。×106转换为电缆km·klbf拉伸量，即电缆拉伸系数。

5.5 计算方法的计算误差

式中ΔL1，D1和L都来源于测井队的深度系统，假设该测井队的深度系统误差为a‰，那么在式中当计算ΔL1/（D1+L）后，a‰的误差可以抵消。式中T2和T1来源于测井队张力系统假设该测井队张力系统误差为b%，那么通過式计算的电缆拉伸系数E就会有误差。综上所述，通过该方法计算电缆拉伸系数误差取决于测井队张力系统误差，这个误差在该计算方法实际应用得到的电缆拉伸系数计算卡点深度时也会得到消除。假设某测井小队在测井施工中，测井电缆在某深度点卡死，测井工程师采用SY/T5361—2007所给公式计算卡点深度。由于上述测井小队张力系统误差为b%，实际增加的电缆张力值为ΔT′那么会有以下关系ΔT′=ΔT·（1+b%）所以，对特定的测井小队来讲，在测井仪器或电缆在井下遇卡后，采用该计算方法得到的电缆拉伸系数计算卡点深度，即使深度系统、张力系统存在不同程度的误差，误差都是相对的，在计算过程中会抵消，所以也会得到准确的卡点深度。

6 结束语

本文提供的方法，针对某一特定的已装备电缆，计算出该电缆的拉伸系数，应用该种方法计算得到的电缆拉伸系数从理论上消除了深度系统和张力系统的误差对计算卡点深度的影响，为测井小队现场深度校正、井下复杂处理提供了理论依据和实际支撑。随着电缆使用时间的增长和电缆钢丝的磨损或使用环境的变化（井内温度、钻井液等影响），测井电缆拉伸系数会产生微改变，只要掌握本文提供的计算方法，定期计算，就能及时掌握测井小队所使用的电缆的拉伸系数。

参考文献：

[1] 国家发展和改革委员会. 中华人民共和国石油天然气行业标准：测井电缆穿心打捞操作规程：SY/T5361—2007 [S]. 北京：石油工业出版社，2007.