牵引器工艺在西北油田测井施工中的应用

陈 烈, 杭洪燕, 邵皓枫

（1.中石化西北油田分公司石油工程监督中心, 新疆轮台 841600；2.中石化西北油田分公司采油一厂, 新疆轮台 841600）

1 概述

水平井可以增大井筒和油气层之间的接触面积, 提供了远远大于直井的渗流通道[1], 一口水平井成本约为直井的2倍左右, 而产量是直井的3～5倍, 与直井相比具有更大的经济效益, 因此水平井技术在西北油田开发中被广泛应用[2-6]。随着水平井在工区内的发展, 对测井施工工艺的要求也越来越高, 在大斜度水平井固井质量检测时, 若采用电缆测井的施工方式, 仪器仅靠自身的重力很难下放到目标井段, 且存在仪器遇阻的风险[7], 因此一般采用钻具输送或存储式方式完成测井施工, 而钻具输送施工方式受环空、水眼内径等因素影响, 大部分井不满足施工条件, 需要倒换油管后才能进行测井作业, 存在效率低、耗时长等缺点；存储式施工方式的测井资料质量无法实时监控, 还存在深度不可靠、资料无法校验等缺点。针对大斜度水平井固井质量检测这一难点问题, 2017年11月西北油田在工区内引入牵引器测井工艺, 很好地解决了大斜度水平井固井质量检测效率低、耗时长、资料质量差的问题。牵引器测井工艺具有施工简便、施工时间短、深度易控制等优点[8], 近几年在西北油田测井施工中内得到了越来越广泛的推广与应用。

2 牵引器测井工艺在西北油田工区发展

2.1 牵引器测井工艺在西北油田工区的使用与发展

在工区没有引入牵引器工艺之前, 对于大斜度井（主要指最大井斜超过50°）水平井固井质量检测, 主要采用钻具输送或存储式方式进行测井施工。表1为统计的2013～2017年工区固井质量检测钻具输送/存储式井次, 由图中数据计算可得, 从2013～2017年, 对于大斜度水平井固井质量检测, 每年平均进行钻具输送/存储式施工8.6井次, 施工井次较多, 耗费工时长, 投入成本大。

表1 2013~2017年工区固井质量测井钻具输送/存储式井次统计

针对这一现状, 2017年11月西北油田在TH10374CH井侧钻一开固井质量测井时首次应用JHQY-B型牵引器进行测井施工, 取全取准了TH10374CH井一开声幅测井资料, 为牵引器工艺在西北油田工区内的广泛推广与应用奠定良好的基础。

统计工区引进牵引器测井工艺后近3年牵引器工艺测井施工井次, 见表2, 可以看出, 工区自引进牵引器测井工艺后, 采用牵引器工艺进行测井施工的井次逐年增多, 2018年固井质量测井牵引器施工11井次, 2019年固井质量测井牵引器施工13井次, 2020年固井质量测井牵引器施工14井次, 牵引器测井工艺在工区内的应用越来越广泛, 也表明工区内牵引器测井工艺日趋成熟。

表2 近3年工区固井质量测井牵引器施工井次统计

2.2 牵引器工艺介绍

在西北油田工区内最早应用的牵引器为JHQY-B型牵引器, 此牵引器是由江汉测录井公司为实现水平段测井仪器输送自主研发, 截至目前为止, JHQY-B型牵引器已升级更新至第四代, 仪器性能趋于成熟, 可以适应更多的井下复杂情况。

2.2.1 牵引器仪器组成

JHQY-B型牵引器按组成可分为井下仪器与地面设备, 其中井下仪器部分基本配置由五部分连接而成, 依次为上扶正器、电子线路段、推靠段、牵引段和下扶正器组成。推靠段采用液压推靠方式, 使牵引器爬行轮与井壁可靠接触, 电子线路段是井下设备的控制中心, 接受地面计算机的指令, 控制牵引器工作, 同时将牵引器工作各种信息上传到地面计算机。每个单独牵引段驱动力达2000N, 多段牵引段可以自由组合。扶正器内含有一定数量的贯通线, 在仪器串中对牵引器起扶正作用, 使牵引器在井眼内处于居中位置, 保证测得曲线质量。牵引器地面设备包括地面大功率直流电源、控制面板、便携计算机、牵引器操作软件。图1为牵引器组成示意图。

图1 牵引器组成示意图

2.2.2 牵引器工作原理

通过地面控制供电电压, 唤醒牵引器, 让其进入工作状态, 与地面系统建立通信。地面依次发出激活液压推靠系统、关闭电磁阀门、液压系统压力值等指令, 控制液压泵工作, 液压油经高压液压路径到每组动力模块, 推动活塞运动, 将互成90°夹角的牵引臂张开, 当压力达到设置值时, 液压泵自动停止。启动牵引动力传递系统, 牵引电机动力依次经过减速器和齿轮传动并减速, 使牵引轮旋转并带动仪器移动, 将测井仪器送到测井目的层[9]。图2为牵引器在井下带动测井仪器向下移动流程图。

图2 牵引器工作流程图

2.2.3 JHQY-B型牵引器各项性能参数

最大牵引力：8000N；

最高工作温度：175℃；

仪器耐压：120MPa；

最大牵引速度：10m/min；

牵引方向：双向；

适用套管：5-1/2″～9-7/8″；

加压模式：液压（电脑程序控制）；

适用电缆：7芯、单芯（可进行密闭高压作业）；

重量：195kg；

长度：10.2m。

3 牵引器测井工艺在工区应用实例

截至2020年底, 在大斜度水平井固井质量检测中采用牵引器施工已累计达40余井次, 应用越来越广泛, 并且采用牵引器施工测得的资料质量与电缆测井得到的资料质量相同, 具有较好的应用前景, 以下是具体应用实例：

A井为西北油田工区一口三开制水平井, 井深5730m, 最大井斜52°, 在该井三开5″套管固井质量检测时, 测井设计为钻具输送测井施工, 因套管与钻具之间的环空不满足钻具输送尺寸要求, 同时该井在井深5380m处井斜48°, 从5380m至井底, 存在350m的大斜度稳斜井段, 若采用电缆施工, 依靠自身重力仪器很难在大斜度稳斜井段实现自然下放, 实际采用牵引器完成施工。在测井施工过程中, 仪器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放至5393m, 井斜49°处, 然后技术人员打开牵引器进行牵引, 最终将仪器牵引至5730m, 测井仪器顺利到底, 牵引距离337m, 创造了西北工区牵引器牵引最长距离的记录。与钻具输送测井方式相比节省工时约26h, 节省经济成本约13万元。

B井为西北油田工区一口二开制水平井, 井深4760m, 最大井斜82°, 该井在二开7-5/8″套管固井质量检测时, 采用牵引器工艺完成施工。在测井施工过程中, 仪器入井后首先依靠自身重力自然下放, 自然下放4550m, 井斜55°, 然后技术人员打开牵引器进行牵引, 最终将仪器牵引至4760m, 测井仪器顺利到底, 牵引距离210m, 创造了西北油田工区牵引器施工最大井斜82°、牵引距离最长记录。相比钻具输送测井方式节约测井周期30h以上, 节省经济成本16万元以上。

牵引器将测井仪器送达目的层后, 通过地面系统将工作状态设置为通路, 这时候牵引器就起到电路通线的作用。在电缆拉力的作用下, 测井仪器开始向上移动并采集资料。通过对比资料可得, 牵引器测井施工采集的固井质量资料与电缆测井采集的固井质量资料并无任何差异, 能准确反映井下固井质量的好坏。

4 牵引器测井工艺的优势与不足

4.1 牵引器测井工艺的优势

（1）与电缆测井施工相比, 牵引器测井工艺可减少测井遇阻风险、施工成功率高。电缆测井通常是依靠自身重力将测井仪器下放至井底, 对于大斜度井或水平井, 在进行声幅测井时, 若采用电缆测井施工, 当出现井内摩擦阻力大于仪器自身重力时, 就会存在仪器无法下放到底的风险, 导致测井施工成功率降低, 需要更换其他方式方法完成测井施工, 增加作业时效和成本。

（2）与钻输测井施工相比, 牵引器测井工艺可节约施工时效, 降低成本。在工区没有引进牵引器之前, 大斜度井水平井声幅检测通常是采用钻具传输施工完成, 钻具传输施工过程中依靠钻井队下钻及起钻进行测井施工, 施工时间较长；并且在测井仪器下至造斜点之前, 还需借助湿接头与公头外壳对接的方式将电缆与测井仪器连接, 若对接失败, 还需重新对接或起出仪器检查原因, 这些都会导致测井施工时间增长, 经济成本投入增大。统计钻具输送测井施工与牵引器测井施工的失效对比, 见表3, 从表中数据可以看出, 与钻具输送测井施工相比, 牵引器测井施工可节省24h, 较大地节省了施工工期。

表3 钻具输送测井与牵引器测井的时效对比

（3）与存储式测井施工相比, 牵引器测井工艺效率高、资料质量可靠。与钻具传输施工类似, 存储式测井过程也依靠钻井队下钻及起钻进行测井施工, 施工时间较长；同时由于没有电缆将仪器与地面系统连接, 所以无法和地面系统建立实时的信号通道, 不能及时掌握井下仪器的工作状态。特别是仪器释放后, 上测过程中, 不能实时对仪器工作和安全状态进行监控, 测井资料也必须等到测井仪器起出井口后才能查验, 若资料无法解编或不可靠, 则要返工重新测量, 导致测井施工时间增长, 施工效率低, 成本投入增大。统计存储式测井施工与牵引器测井施工的时效对比, 见表4, 从表中数据可以看出, 与存储式测井施工相比, 牵引器测井施工可节省23h, 较大地节省了施工工期。

表4 存储式测井与牵引器测井的时效对比

4.2 牵引器测井工艺的不足

（1）对井壁质量要求较高：在用牵引器进行声幅测井施工前, 需提前对井内套管做刮壁处理, 清除套管内壁上的杂物, 因此需要将完井作业前刮壁作业流程提前到测井施工前。

（2）仪器性能指标无法满足超深、高温井要求：在西北油田顺北区块, 正在钻进的部分井井深超过8000m, 井底温度超过160℃, 井底压力超过140MPa, 目前的牵引器性能很难在这种高温高压条件下保持正常工作, 无法适用于这类高温高压的深井。

（3）实际使用过程中发现通过性方面还有改进空间。西北油田工区内大斜度水平井尾管固井中存在变径短节（两种型号套管连接处）, 如果变径短节在井斜较小的位置, 基本不影响牵引器使用, 一旦变径短节位置井斜超过40°, 现有牵引器工艺就无法通过变径短节处, 导致无法完成施工任务。

5 结论及建议

（1）与钻具传输或存储式测井工艺相比, 牵引器测井工艺具有施工风险低、测井成功率高、资料质量可靠以及降低经济成本投入等优点, 今后可在西北油田工区测井施工中大范围推广；

（2）牵引器测井工艺受牵引器耐温耐压的限制, 不能满足某些高温高压井的测井施工要求, 后期在仪器改进方面, 建议提升仪器耐温耐压性能, 对仪器多进行高温高压实验, 以提高牵引器测井施工的适用范围；

（3）针对有变径的套管牵引器工艺通过性问题, 一方面可以建议变径短节位置上移至井斜较小位置, 另一方面可以针对牵引器动力部分再次改进, 提升牵引器工艺适应性、通过性。