FITS过钻具测井系统性能及应用效果评价

张炳军,曹孟鑫,李华锋,高波,朱倩萍,张文黎

(1.中国石油集团测井有限公司,陕西西安710077;2.中国石油集团测井有限公司长庆分公司,陕西高陵710201)

0 引 言

油田开发过程中大位移水平井、大斜度井逐渐增多,这些井通常具备表套浅、表套口附近裸眼段井斜大、造斜点过浅、井况复杂、水平段位移长等特点,且常出现一些阻卡非常严重的复杂井,传统的湿接头水平井测井工艺,存在着对接失败的风险[1-5]。针对一些井况复杂的水平井,过钻具存储式测井具有高时效、低风险和低成本的相对优势。FITS过钻具测井系统(简称FITS)是中国石油集团测井有限公司自主研制的CPLog统一品牌下的过钻具测井装备。FITS由一套能够通过钻具水眼的,直径为57 mm的完井测井系列仪器,和一套过钻具特殊工具组合而成;具有电缆测井和无缆存储测井2个模式,配套了电缆、泵送(出)过钻杆(头)和回收式保护套工器具等3种施工工艺,适用于疑难井、长水平井等复杂井况下的测井资料采集[1]。2020年该测井系统在鄂尔多斯盆地陇东地区长7页岩油区块应用45口井,取得良好应用效果。在介绍FITS特征及可靠性基础上,分析了其在长庆油田应用效果及性能提升,对于推进具有自主知识产权的过钻具测井系统,提高国产测井仪器的实际应用能力具有重要的意义。

1 FITS简介

1.1 地面系统

FITS地面系统主要由DCS600直流电源面板、FITS深度与缆芯安全控制面板、深度张力采集箱、数据读取箱、SDDP机箱等组成,有柜式箱体系统和便携式系统,具有集成度高、体积小、移动方便等特点,系统每个面板都是独立的功能模块,与测井计算机数据交互均基于标准的TCP/IP网络协议;支持存储式测井仪器供电和测井数据采集功能。

1.2 井下仪器

FITS常规组合井下仪器由高速遥传、无线通信捕捉仪、伽马连斜、自然电位、四臂井径、双侧向、补偿中子、岩性密度组成。一次组合测井作业可以测量双侧向、密度、中子、声波、自然伽马、自然电位、井径、连斜等测井项目。辅助短节有马龙头、三参数、偏心器、扶正器、柔性短节、旋转短节、绝缘短节、硬电极、上承压短节、下承压短节等。配套工艺工具有旁通短节、专用钻头、保护舱、可回收式仪器保护套等。FITS最高耐温电缆测井175 ℃/30 h、存储式测井150 ℃/30 h;最大耐压140 MPa;外径57 mm;传输速率上行通道≥1 000 kbit/s、下行通道≥50 kbit/s;仪器其他技术指标均达到行业技术要求。

1.3 组合方式及测井模式

测井仪器可根据需要进行组合测井,根据长庆油田实际地质情况,在生产中按照低孔隙度、低渗透率常规砂泥岩和非常规页岩油测井需求及钻井液性质确定仪器系列组合方式。常用的仪器组合方式是自然伽马、连斜、井径、补偿中子、岩性密度、双侧向(阵列感应)、补偿声波测井等。不同性质的钻井液,选择不同的电阻率测井系列,盐水钻井液采用双侧向测井,淡水钻井液采用阵列感应测井。FITS的2种测量模式为电缆测井和无缆存储测井;3种测井施工工艺分别是电缆测井、泵送过钻具存储式测井和钻杆输送回收式保护套泵出式存储式测井。电缆测井主要在定向井中施工,电缆悬吊仪器测井与常规电缆测井相同;电缆泵送过钻具存储式测井和钻杆输送泵出式存储式测井均适用于疑难井、长水平井等复杂井况下测井资料采集,安全性高,可以随时回收仪器。二者的区别在于前者仪器入井时间短,仪器利用周转效率高,但受钻杆水眼的限制。现场施工中根据不同的井型、井况选择不同的测井工艺模式,可实现快速测井作业。

2 FITS过钻具测井系统可靠性分析

在标准井中对FITS的整体性能以及单支仪器的可靠性做了全面的评价;FITS在标准井或探评井中与LOGIQ、ECLIPS5700、CPLog等外径为90 mm的仪器及ThruBit外径为54 mm的仪器进行“三性一化”的对比评价,表现出较高的重复性和一致性。

2.1 重复性对比分析

FITS投产前,在模拟井和定向井中对仪器的重复性进行了评价,均表现出了很高的稳定性。模拟井砂泥岩地层中对FITS的双侧向、声波时差、自然伽马、自然电位、井径、阵列感应等常规测井重复性进行了评价;岩性密度、补偿中子、连斜等测井项目的重复性评价是在3口定向试验井中进行的;同一口定向试验井中主测井段和重复测井段测量深度基本相同,目的是进行重复性评价时,按照不同岩性、不同井深、不同测井响应值多井段重复性分析,这样即可对测井仪器的重复性评价,还可以评价仪器在不同环境下的稳定性,在2井次的模拟井和3井次的试验井中,主测井与重复测井曲线形态一致,同时对测量数值进行了重复性误差分析;不同测井项目的重复性误差与行业标准ST/Y 5132进行了对比,重复性误差均达到仪器设计要求和行业标准ST/Y 5132质量要求[6-7],FITS的重复性和稳定性合格。图1是在模拟井中对双侧向、声波时差、自然伽马等测井项目的主测井与重复测井对比图。图2是声波测井和深侧向测井的主曲线与重复曲线的交会图,并对其重复性误差进行了分析,深侧向重复性相对误差为3.21%,声波时差曲线渗透层重复绝对误差是-2～3 μs/m。

图1 FITS仪器双侧向和声波测井重复性对比

图2 声波测井和深侧向测井的主曲线与重复曲线的交会图

2.2 一致性对比分析

图3 2支深侧向测井仪器一致性及其误差直方图

一致性对比遵循分段进行,分段选取的原则同重复性分段选取一样,按照不同岩性、不同井深、不同测井响应值选取一致性对比段;对比内容包括曲线形态和测量数值的绝对误差分析,主要体现仪器的一致性、稳定性和测量范围。FITS投产前在模拟井中不仅对该系统的2支相同仪器之间的一致性进行了分析,还对比分析了与ThruBit仪器测井装备之间的一致性。在定向试验井中FITS与EILog、LOGIQ等测井装备进行了一致性对比;无论FITS自身仪器一致性对比还是与其他测井装备一致性对比,均表现出较高的一致性。图3是FITS在模拟井中针对2支双侧向仪器之间的一致性与绝对误差直方图,相关系数在0.99以上,测量值绝对误差在1.0 Ω·m内;同一系统内2支仪器间的一致性很可靠,绝对误差均能满足解释评价要求。

图4 X井FITS与CPLog测井曲线一致性对比图*非法定计量单位,1 b/eV=6.241 46×10-10 m2/J,下同

在FITS推广过程中,分别在试验定向井中与外径90 mm的CPLog、LOGIQ测井仪器进行常规测井项目一致性对比。X井是一口石油预探井,井眼尺寸是8.5 in[注]非法定计量单位,1 in=25.4 mm,下同,选择井径相对规则井段进行FITS与CPLog仪器一致性对比,二者测井曲线形态、测量数值基本一致(见图4)。2 186.0～2 191.4 m和2 196.6～2 203.4 m砂岩井段,井径规则无扩径,2种仪器所测得曲线形状一致,数值接近,均呈现低电阻率高侵入特征,对比良好。FITS的光电吸收截面指数曲线测量值略微偏高,岩性密度曲线和补偿中子对井径扩径比较敏感,扩径处测量值偏低更多,与仪器外径较小有关,2种仪器一致性良好。

2.3 测量精度分析

2.3.1纵向分层能力

YX井是一口石油预探井,FITS在综合段1 085.0～2 200.0 m与LOGIQ仪器进行了对比测井。图5中1 900.0～1 940.0 m井段为长7地层钻井取心段。取心显示砂泥薄互层,测井处理的砂泥岩厚度与岩心描述的砂泥岩厚度基本一致,测井解释剖面与岩心剖面具有很高的对应性;FITS的自然伽马、三孔隙度和阵列感应测井均能识别出砂泥薄互层,其纵向分辨率能达到0.5 m;该井长6～长8段地层1 780.0～2 100.0 m钻井取心段砂岩层总厚70.9 m,FITS测井曲线识别砂岩厚度分别是67.0 m,岩性剖面符合率达到95.06%。FITS密度测井与岩心分析密度进行一致性对比,二者形状与数值同样具有较高吻合度,FITS所测密度曲线计算的孔隙度与岩心分析孔隙度一致性好。FITS密度测井采集精度较高,其纵向分辨率和测量精度均能达到解释评价要求。

图5 YX井FITS纵向分辨率与岩心对比*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

2.3.2物性参数计算精度

图6 YX井FITS与LOGIQ测井数据计算的孔隙度对比

对于取心的井可以利用取心资料分析仪器的测量精度。利用预探井YX井的岩心物性分析数据,同样的解释模型,在长8地层分别用FITS和LOGIQ的测井数据计算取心段的物性参数和含水饱和度,与岩心物性分析数据进行对比。从图6可见,FITS所测声波时差和密度交会计算的孔隙度与岩心分析孔隙度一致性好,且吻合程度要高于LOGIQ。渗透率计算,还需用到自然电位、电阻率等其他测井曲线,通过渗透率与岩心分析的渗透率对比,可以评价仪器的其他测井曲线的采集精度。图6中FITS计算的渗透率与岩心分析的渗透率吻合度明显高于LOGIQ;LOGIQ计算的物性参数低于岩心分析的渗透率;FITS计算的物性参数与岩心分析的物性参数很接近。对FITS计算孔隙度与岩心分析孔隙度误差进行分析,误差在±1个孔隙单位内[8-9]。FITS物性参数计算精度可以满足页岩油、超低渗透储层的评价需求。

3 仪器应用效果评价

3.1 仪器性能稳定施工安全

2020年4月至8月进行配套FITS试验,经过标准井和直井的试验对比,不断完善FITS配套工具及工艺流程,确保了FITS顺利推广应用;在试验对比中解决各类问题42项,系统优化及仪器性能提升5项;声波仪器在水平井中因仪器长度、材质问题及扶正器的问题,导致声波源距发生变化,声波测量数值偏低;通过优化声波仪器的外壳材质、仪器扶正器及算法,校正声波测量值[10-12]。改进岩性密度和补偿中子的刻度装置及源仓设计[13-15],实现放射性测井的安全施工。

3.2 一次成功率和曲线优等品率高

通过标准井的测试以及生产井的检验,井下仪器的重复性、一致性符合验收标准,能够满足生产要求;地面系统的性能稳定可靠,简洁的操作界面更易掌握。正式投产以后,2020年共测井45口,其中40口水平井,5口大斜井,全部采用过钻具方式。下井一次成功率97.82%;总曲线条数536条,优等曲线517条,优等品率96.46%。

3.3 测井的时效性高

应用FITS的45口井平均测量井段长3 700 m,测井平均用时26 h,与传统湿接头工艺测井56 h相比,测井时效提高53%。FITS电缆泵送过钻具存储式测井时,钻井队用钻杆输送回收式保护套工器具至井底,测井队用电缆输送仪器过钻杆水眼至保护套工器具,然后释放仪器,回收电缆,加压仪器出保护套后开始上提钻杆测井。这种过保护套测井工艺与其他钻具输送存储测井工艺相比,提高了测井队伍的周转率。

4 结 论

(1)FITS在长庆油田试验对比及在页岩油水平井的规模应用中,仪器性能有了很大的提升,提高了在复杂井况和复杂井型条件下进行安全、高效的施工作业能力和装备保障能力;在放射性源施工安全保障上具备明显的优势,具有较强的适用性、可靠性、稳定性、安全性。

(2)FITS性能稳定可靠,施工安全,一次下井成功率高,通过标准井的测试以及生产井的检验,井下仪器的重复性、一致性符合验收标准;它的2种模式3种施工工艺,为复杂井况资料采集提供了一种可靠解决方案。

(3)FITS所测曲线计算的储层参数精度高,其所测声波时差、密度曲线计算的孔隙度与岩心分析孔隙度误差在±1个孔隙单位内,达到仪器精度要求,而且一次作业成功率和曲线优等品率高,测井资料合格率达100%。

(4)FITS测井时效高,回收式保护套工器具测井工艺与传统湿接头工艺相比,测井时效提高了53%,提高了测井队的周转率。