随钻伽马校深技术在渤海完井射孔作业中的应用

员顺勇，李军

(中海油田服务股份有限公司，天津 300457)

0 引言

射孔的作用是打开储层与套管之间的通道，如今射孔完井法已经成为一种普遍、实用和成熟的完井方法。在射孔作业中，射孔深度是非常关键的因素，其主要目的是准确射开目的层段，保证石油开发的有效性。如果出现深度误差，就可能会影响后续的开采过程，甚至降低整个油田区块的开发效益。渤海区域常用的套管井校深方法是电缆自然伽马(以下称“伽马”或者“ GR”)加套管接箍CCL(collar location logging)的测量方式，但此模式严重受限于电缆仪器的自身重量和井型结构的关系，在大斜度井中即使利用泥浆泵也可能无法下入到位。因此，将射孔弹跟随钻具下入到目的层是十分必要的测量模式。

1 伽马校深原理

1.1 伽马测井原理

自然伽马测井主要是测量地层铀、钍、钾的含量来进行地层的岩性划分，利用不同地层测得的伽马计量进行地层对比，广泛应用于深度校准。当一口油井完钻结束，下入套管固井后，再进行地层伽马测井，井筒内套管和环形水泥对地层自然伽马具有一定的吸收作用，即套管内测得的伽马曲线值小于裸眼井段[1]，但是伽马曲线的整体趋势会保持基本一致。因此，可以通过选取伽马特征明显的点或者井段来准确判断深度的误差。

1.2 完井校深原理

完井射孔管柱中装有特殊的同位素放射性记号,校深仪器通过管柱内孔到达两个放射性记号位置，根据套管接箍和射孔目的层相对位置不变的原理，进行定位射孔。为了便于校正管柱深度，使射孔枪正对目的层位，目前常用完井射孔管柱中一般都会装有特殊的同位素放射性记号(钴60)。当射孔枪到达预定深度时，校深仪器从管柱中下入，仪器可测量到原始地层放射性以及管柱上特殊的同位素放射性记号(钴60)，再通过与原始地层放射性曲线进行比较，即可得出钻杆与地层的相对位置，同时考虑同位素放射性记号(钴60)与射孔枪顶部第一发射孔弹的距离(零长)，对管柱位置进行微调，保证射孔井段符合完井设计。

1.3 随钻伽马校深可行性分析

随钻伽马校深是将伽马仪器接在射孔管柱的顶部，工具随着钻杆下入到预定深度，通过泥浆介质实现井下工具与地面软件的遥传，来进行随钻伽马测井。根据所测的地层伽马曲线与实钻裸眼测井的伽马曲线进行比对，从而校正射孔管柱测量点的准确深度，最终将测量点对齐设计深度，确定射孔枪位置，从而准确射孔。

随钻伽马校深技术通常采用的钻具组合为：射孔枪管柱+钻杆1 柱+随钻测井仪器+震击器+钻杆。随钻测井仪器与射孔管柱之间应最少留有一柱钻杆(约29 m)的距离，主要目的是防止射孔过程中由于振动过大，对随钻测井仪器造成损坏。另外射孔枪是环空加压启动原理，对泵压具有严格的要求，因此在选择随钻测井仪器的参数时，应选用工作排量最低的配置，震击器作用是为了防止井下工具卡钻。

2 实际应用过程(以垦利油田某井为例)

2.1 基本数据

垦利油田某井的馆陶组储层属于高- 特高孔、高-特高渗，储层流体为重质稠油，高含硫、高含蜡、胶质沥青质含量中等，原油黏度高，地饱压差小，溶解气油比低。其沙河街储层属于中孔-高孔、中低渗-中渗，中轻质低黏原油，高含蜡、胶质沥青质含量中等，原油黏度低、地饱压差大、溶解气油比低。根据测试和测压资料，馆陶组温度梯度为3.60 ℃/100 m，为正常温度系统；沙河街组温度梯度为4.50 ℃/100 m，为异常高温系统，压力系数为1.020，压力梯度为0.980 MPa/100 m，属正常压力系统。

本井一开12-1/4''井眼钻进至635 m，下入10-3/4"套管至631.17 m。二开9-1/2''井眼钻进至2 556 m，垂 深1 030.33 m，下7" 套 管 至2 551.65 m，浮箍 顶 深2 538.76 m，同 位 素 深 度2 173.37～2 160.96 m。

本井为馆陶组生产井，最大井斜85.12°@1 484.15 m，选用EZFLOW 射孔液，射孔段为2 334.90～2 484.10 m，采用平衡射孔技术，使用等孔径自清洁射孔弹(692CED-114R-1)。

2.2 射孔方式及工艺

(1) 采用油管输送射孔方式(TCP)，平衡射孔技术，不放喷模式[2]；

(2)使用隔板传爆技术，以增加项目的安全性和环保性；

(3) 射孔管柱顶部和底部分别装压力延时点火头，射孔枪对准目的层后井筒打压平衡射孔。

2.3 伽马测点计算

深度在作业过程中尤为重要，因此在前期准备时，一定要将所有的入井工具尺寸详细测量，确保伽马测点的零长计算无误。图1 为本井的套管射孔管柱图，表1 为本井的射孔数据表，射孔枪组合到LWD随钻仪器底部长度总共为189.56 m，LWD 随钻测井仪器本体伽马测点为3.16 m，因此可以得到伽马测点的零长为192.72 m，即伽马测点为管柱底部深度减去192.72 m。

表1 射孔数据表

图1 射孔管柱图

2.4 确定校深段

首先确定套管上同位素的位置，再根据实钻伽马曲线选取明显标志层段作为校深段，校深段需包含同位素位置和明显标志层。另外选取校深段尽量向下，校深完成后射孔枪正好在设计深度即为最佳选择。本井同位素深度为2 160.958～2 173.371 m，计划测量段为2 130～2 190 m，完全包含同位素和多个标志层位。

2.5 伽马曲线测量

在组合随钻测井工具、完成井口供电初始化和开泵测试后，将工具跟随钻具一起下放。当随钻测井仪器到达设计的校深井段顶部位置时，进行当前测点深度的校正，随后开泵观察随钻仪器的信号，待伽马数据回传数据一切正常后继续下放，可控制随钻工具的下放速度来保证伽马数据的密度。

本次作业为EZFLOW 射孔液，与钻井液区别较大，含有较多气泡，会严重影响随钻仪器的信号，因此在测量前需要加入消泡剂，以免影响仪器泥浆信号的传输，导致数据不准确或不必要的时效浪费。此外为了避免误射孔的发生，在测量过程中要注意观察泵压变化，该井的射孔枪点火头泵压阈值为18 MPa(约2 610 psi)，泥浆泵泵压设置上限为6.89 MPa(约1 000 psi)，排量为750 L/min，在随钻测井过程中，泵压在5.38～5.86 MPa(约780～850 psi)内波动。

2.6 深度校正

将套管内随钻测得的伽马曲线与裸眼段实际钻进的伽马曲线进行对比，可得出两次伽马测量的深度误差。如图2 和图3 所示，本井选取了两组伽马曲线变化明显的测井段，图2 和图3 中曲线①为套管内实测伽马曲线，曲线②为裸眼井段钻进时的伽马曲线，套管内伽马数据比裸眼井段伽马数据偏低，两条曲线存在明显的深度差。

图2 井段1 套管与裸眼伽马曲线对比

图3 井段2 套管与裸眼伽马曲线对比

现场进行深度校正时，普遍遵循“同向原则”，即套管曲线相对于裸眼实际钻进曲线偏上，则将钻具向上移动，反之则将钻具向下移动。因此本井将套管伽马曲线向下偏移1.3 m 后与裸眼伽马曲线对比，如图4和图5 所示趋势对应良好。由此可得，射孔枪深度校正长度为向上1.3 m。

图4 井段1 校深后套管与裸眼伽马曲线对比

图5 井段2 校深后套管与裸眼伽马曲线对比

2.7 射孔作业

通过与实钻伽马曲线进行对比，将校正深度确定后，就可以将射孔枪放置到设计位置。随后，关闭闸板防喷器，将环空压力打压至20 MPa，稳压1 min 后迅速泄压，再打开防喷器，等待5 min 后确认枪响。此外，射孔完成后会进行反循环，这时需要控制好排量，一般控制为随钻测井仪器的上限，以免损坏随钻测井工具。

3 随钻伽马校深的优缺点

3.1 优点

(1)校深系统与实钻校深系统相同，校深曲线匹配性强，校正更准确；(2)不受井斜影响，可在井眼轨迹复杂的情况下使用，且有效避免了泵送测井仪器带来的井口带压风险；(3) 随钻工具资源广、种类丰富、可选择性多，国内的许多厂家均能制造伽马管，可满足作业要求；(4)时效性更强，经过论证采用随钻伽马校深比常规校深方式工期节省约15%～20%。

3.2 缺点

(1) 必须开泵测量，泵压需要严格控制，且长时间开泵有射孔枪误点火的风险；(2) 射孔液气泡较多，影响随钻测井仪器的信号，在随钻测井前需要在完井液中加入消泡剂；(3) 随钻测井工具种类繁多，且不同规格型号对应的参数各不相同，因此在使用随钻伽马校深时，需严格论证工具参数是否影响射孔枪的工作或者带来潜在的风险；(4) 采用LWD 校深方式，将不能进行短套管接箍CCL 测井校深对比，只能利用自然伽马曲线做同位素对比或与裸眼测井标志层对比。

4 随钻伽马校深发展展望

射孔枪的点火头可采用电启动或程序启动，且在组合时点火头安装在射孔枪上部，并研制一种通讯接头，将随钻测井仪器与点火头建立通讯，可在地面给随钻测井仪器发送指令进行射孔枪点火头供电或启动点火头。该设计不仅可以避免随钻测井仪器开泵测量过程中泵压波动造成的误点火风险，还可以通过随钻测井仪器的回传指令来确定点火头是否启动。

5 结语

随着渤海油田的开发，海上丛式井为实现防碰与绕障所形成的大位移井等轨迹复杂井越来越多，常规电缆输送测井仪器难以实现校深目的，而使用随钻伽马仪器能够弥补这一不足。相对来说，随钻伽马校深作业是一个较新的领域，还需要不断完善和总结，为以后的随钻伽马校深作业积累经验。