渤海油田電纜測(cè)井遇卡原因分析及預(yù)防措施

穆貴鵬 張國(guó)強(qiáng) 李欣 楊林朋 方全全(.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 30045；.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

電纜測(cè)井是油田勘探開發(fā)過程中獲取地層物理參數(shù)的必要環(huán)節(jié)，而遇卡在電纜測(cè)井施工中不可避免。而近幾年來(lái)，隨著渤海油田鉆井提速和勘探作業(yè)向著中深層和精細(xì)勘探階段邁進(jìn)[1]，定向井、深井、高溫高壓井、復(fù)雜儲(chǔ)層井的占比越來(lái)越高，這些井的地層復(fù)雜、井身結(jié)構(gòu)特殊，增加了井下情況的復(fù)雜程度，使得測(cè)井施工難度加大，遇卡頻現(xiàn)。遇卡情況的增多將導(dǎo)致測(cè)井周期長(zhǎng)，通井次數(shù)多，不但增加了測(cè)井施工風(fēng)險(xiǎn)，而且嚴(yán)重影響了測(cè)井及后續(xù)施工的進(jìn)度，也加大了勘探開發(fā)成本[2]。因此我們需要采取有效的預(yù)防措施，分析遇卡原因，探討預(yù)防遇卡措施和使用預(yù)防遇卡輔助工具，從而提高測(cè)井作業(yè)效率和降低測(cè)井成本。

1 遇卡類型及其原因分析

通過對(duì)近年來(lái)渤海油田電纜測(cè)井遇卡事故進(jìn)行分析，按照電纜測(cè)井遇卡形成的原因可劃分為以下幾種：地層垮塌、井徑縮徑、電纜沿井壁運(yùn)行磨成的槽、儀器或電纜吸附、井眼不規(guī)則、套管磨損造成的遇卡。具體表現(xiàn)形式如下：

1.1 垮塌卡

測(cè)井過程中，當(dāng)井壁失穩(wěn)引起井壁地層垮塌時(shí)，掉落的巖石碎塊可能會(huì)填埋到測(cè)井儀器周圍，阻塞儀器的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致儀器遇卡(圖1)。

1.2 縮徑卡

當(dāng)井眼地層被鉆開后，某些地層會(huì)在地質(zhì)應(yīng)力或泥漿濾液的浸泡下膨脹出井壁，這樣就會(huì)造成井眼直徑縮小。當(dāng)井徑縮小到小于測(cè)井儀器最大外徑后，測(cè)井儀器在通過時(shí)就會(huì)遇卡(圖1)。

1.3 鍵槽卡

電纜在井眼內(nèi)運(yùn)行時(shí)，受到井眼軌跡等因素影響會(huì)沿一定的方向運(yùn)動(dòng)，如果電纜在某井壁突出部位同一位置長(zhǎng)時(shí)間摩擦就可能形成鍵槽[3]。鍵槽形成后，上提井下儀器時(shí)電纜就會(huì)一直沿深槽運(yùn)行。當(dāng)測(cè)井儀器到達(dá)鍵槽底端時(shí)，由于其直徑大于鍵槽直徑而不能通過，鍵槽又限制其不能改變位置和狀態(tài)，就會(huì)造成遇卡(圖1)。

1.4 吸附卡

圖1 電纜測(cè)井遇卡示意圖

在鉆井過程中，為了井控安全會(huì)使用高密度鉆井液，泥漿液柱壓力通常要高于地層壓力，在井壁中滲透層的表面會(huì)形成一定的壓差。當(dāng)壓差足夠大的時(shí)候，電纜或測(cè)井儀器就會(huì)被推靠到井壁上，使其摩擦力顯著增大。當(dāng)電纜的最大安全拉力不能克服這些摩擦力時(shí)，電纜或儀器就會(huì)被吸附到井壁上造成吸附卡(圖1)。尤其在進(jìn)行電纜地層測(cè)試或井壁取心作業(yè)過程中，由于需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)測(cè)量，更易發(fā)生吸附卡，吸附卡約占井卡的80%以上[4]。

1.5 狗腿卡

在鉆井過程中，由于工程原因，井眼軌跡會(huì)在某個(gè)深度突然增大井斜或大幅度改變井眼方位造成井眼軌跡大幅彎曲形成“狗腿狀”(圖1)，造成井眼不規(guī)則。如果測(cè)井儀器剛性長(zhǎng)度大于狗腿井眼允許通過的長(zhǎng)度，測(cè)井儀器就會(huì)遇卡。

1.6 括徑卡

因鉆速過快，井壁修整不及時(shí)、鉆具劃眼或井壁垮塌等原因[5]造成井徑大幅擴(kuò)大，井眼不規(guī)則，易形成“大肚子”型井眼。儀器進(jìn)入“大肚子”井段后，會(huì)改變沿井壁的運(yùn)行軌跡，形成側(cè)躺狀態(tài)，造成遇卡。

1.7 套管磨損卡

1.7.1 套管鞋磨損卡

在鉆井過程中，為了應(yīng)對(duì)不同的地層壓力使鉆井工程順利進(jìn)行，通常會(huì)對(duì)淺部地層下套管進(jìn)行封堵。由于在鉆井過程中或起下鉆過程中，鉆具碰撞、震動(dòng)、摩擦等作用，可能造成套管鞋脫落、破損。當(dāng)測(cè)井電纜或儀器遇到破損、脫落的套管鞋或嵌入套管鞋破損處時(shí)，電纜或儀器也易造成遇卡(圖1)。

1.7.2 套管開窗口磨損卡

套管上開窗的側(cè)鉆井，套管窗口在鉆穿過程中會(huì)形成齒狀裂口，不是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形[6]，電纜或儀器容易卡在窗口磨損的裂口處。

2 電纜測(cè)井施工預(yù)防遇卡的措施探討

2.1 下井前

測(cè)井施工前應(yīng)詳細(xì)了解鉆井史和地質(zhì)錄井記錄，掌握井身結(jié)構(gòu)。對(duì)于鉆井過程中出現(xiàn)的異常情況應(yīng)充分掌握，在井況處理穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)井作業(yè)。

若井眼軌跡存在大的狗腿度(大于3度)，應(yīng)通過(式1)計(jì)算允許通過的最大儀器剛性長(zhǎng)度，并相應(yīng)調(diào)整測(cè)井儀器組合，包括扶正器、偏心器等輔助設(shè)備安裝位置等。

式中：L為儀器串最大剛性長(zhǎng)度(米)；R為井眼曲率半徑(米)；(R=5729.66/B，B為每100米井斜變化量)；Bit為鉆頭尺寸(米)；OD為最大儀器外徑(米)。

2.2 上提及測(cè)井過程中

遇卡后的關(guān)鍵是在最短時(shí)間內(nèi)做出最合理的反應(yīng)，時(shí)間延誤會(huì)增加儀器和電纜在井下被卡死的可能性。多數(shù)電纜測(cè)井采用連續(xù)上提測(cè)量或定點(diǎn)測(cè)量，儀器在井底開收腿的時(shí)候是儀器最常見遇卡的點(diǎn)，因此要盡量減少儀器探底。

2.2.1 連續(xù)上提測(cè)量

儀器下放到井底之前，應(yīng)在靠近井底處測(cè)試正常拉力，并提前做好準(zhǔn)備，盡量減少儀器在井底的停留時(shí)間。在井底開始上提測(cè)井后，若遇卡超過正1500磅，應(yīng)將儀器收腿，立即拉到并保持最大安全拉力。在上提測(cè)井過程中，若遇卡超過1500磅，絞車應(yīng)停止，待儀器收腿后嘗試下放，若儀器串能夠下放，應(yīng)逐漸增加拉力嘗試解卡，防止儀器直接卡死；若儀器不能下放，應(yīng)直接拉至最大安全拉力并繃直電纜，嘗試解卡。不可用快速上提下放的方法來(lái)試圖解卡，易造成電纜打扭損壞或使張力棒受損，甚至儀器落井。

2.2.2 定點(diǎn)測(cè)量

某些作業(yè)項(xiàng)目，如測(cè)壓取樣、旋轉(zhuǎn)井壁取芯、VSP等，需要在特定的深度點(diǎn)靜止后貼靠井壁進(jìn)行測(cè)量。推靠井壁測(cè)量時(shí)間如果過長(zhǎng)，會(huì)引起電纜或儀器吸附卡，因此，在定點(diǎn)測(cè)量時(shí)應(yīng)采取預(yù)防遇卡措施：

(1)測(cè)壓取樣測(cè)井時(shí)，可以在儀器串中加入異向推靠解卡器，能夠有效的降低儀器卡的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)吸附卡實(shí)驗(yàn)：如果單點(diǎn)靜止時(shí)間超過5分鐘，應(yīng)在測(cè)量前進(jìn)行吸附卡實(shí)驗(yàn)：即在某一目的層推靠?jī)x器至井壁，靜止5～10分鐘，然后收腿上提，判斷是否存在電纜或儀器吸附卡；實(shí)驗(yàn)若證明存在電纜吸附卡的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)先通井后再進(jìn)行測(cè)量；若僅存在儀器吸附卡風(fēng)險(xiǎn)，帶有異向推靠解卡器的測(cè)量項(xiàng)目可以繼續(xù)測(cè)量，若沒有異向推靠解卡器，則應(yīng)先通井后再進(jìn)行測(cè)量。

3 預(yù)防遇卡輔助工具建議

為了降低電纜測(cè)井在井中遇卡的風(fēng)險(xiǎn)，可以在儀器串中加入一些輔助工具來(lái)降低遇卡風(fēng)險(xiǎn)，有些輔助工具可在遇到特定遇卡類型時(shí)幫助解卡，降低打撈作業(yè)次數(shù)，從而節(jié)約鉆機(jī)時(shí)間，起到提質(zhì)增效的作用。

3.1 扶正器

目前，渤海油田使用的扶正器為固定式扶正器和滾輪扶正器兩個(gè)大類。

3.1.1 固定式扶正器

固定式扶正器(圖2)可以有效的降低儀器與井壁的摩擦力，并使儀器與井壁形成一定的間隔，降低儀器吸附卡的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 扶正器

3.1.2 滾輪扶正器

常用的滾輪扶正器包括：三輥滾輪、雙輪滾輪和滾輪尾端(圖2)，具體以下特點(diǎn)：①采用安裝在低摩擦軸承上的弧形輪支撐起儀器串，使其不會(huì)接觸到井眼的低端；②與井眼保持最小的接觸面，從而大大減小壓差粘附力；③使儀器串從滲透層滾動(dòng)經(jīng)過，不會(huì)移動(dòng)泥餅，并將電纜超過的正常拉力降到最低，使儀器串得以應(yīng)用于高井斜角的井中，并以最小摩擦力通過井中碎屑表面。

3.2 多功能推靠器

中海油服自研的多功能推靠器FECT(圖3)可與多種儀器進(jìn)行組合入井，四條儀器臂呈90度交叉分布，作業(yè)中可自由選擇開關(guān)任一儀器臂。在儀器串下放的過程中收腿，到達(dá)目的層后開腿作業(yè)，作業(yè)完成后收腿上提，這種適時(shí)推靠作業(yè)方式降低了儀器在惡劣井況下的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，降低了遇卡風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)：①掛接核磁共振測(cè)井儀等實(shí)現(xiàn)其輔助偏心作用；②掛接大滿貫實(shí)現(xiàn)其輔助偏心或居中作用；③可輔助儀器吸附卡的解卡；④使大直徑儀器在小井眼作業(yè)變?yōu)榭赡?。?016年渤海油田應(yīng)用以來(lái)，核磁共振測(cè)井EMRT作業(yè)中FECT已完全替代偏心弓入井，儀器再未出現(xiàn)遇卡事故。

3.3 異向推靠解卡器

異向推靠解卡器為中海油服自研電纜地層測(cè)試儀器EFDT(圖4)的配套解卡裝置，用以解決電纜地層測(cè)試作業(yè)定點(diǎn)測(cè)量作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)而導(dǎo)致的儀器吸附卡的問題。該解卡裝置由2個(gè)方向相反的解卡臂組成，2個(gè)解卡臂產(chǎn)生解卡力38kN，可從正反2個(gè)方向進(jìn)行推靠解卡，在儀器吸附卡時(shí)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)解卡臂，從地層測(cè)試器推靠坐封垂直方向進(jìn)行推靠解卡，極大的降低了電纜地層測(cè)試作業(yè)定點(diǎn)測(cè)量時(shí)的儀器遇卡風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 EFDT電纜地層測(cè)試器

EFDT電纜地層測(cè)試儀在渤海油田電纜地層測(cè)試作業(yè)中的使用占比達(dá)95%以上，據(jù)表1統(tǒng)計(jì)可知，異向推靠解卡器自2016年底在渤海油田投入使用后儀器吸附卡僅有1次未解卡成功。

表1 2012-2019年渤海油田電纜地層測(cè)試儀器吸附卡情況統(tǒng)計(jì)

3.4 可釋放馬籠頭

現(xiàn)場(chǎng)遇卡后的首要措施就是過提解卡，常規(guī)馬籠頭由于采用了小額定值的拉力棒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大限制了處于遇卡臨界狀態(tài)下測(cè)井絞車電纜施加給測(cè)井儀器的張力。而弱點(diǎn)可控的可釋放馬龍頭所用拉力棒的額定值遠(yuǎn)大于常規(guī)馬籠頭的拉力棒，目前已在渤海油田中深井作業(yè)中全部推廣使用。以斯倫貝謝的可釋放馬籠頭為例，其弱點(diǎn)可承受12000磅力的額定直接拉力，遠(yuǎn)大于常規(guī)馬籠頭，遇卡時(shí)可大大提高測(cè)井絞車電纜施加給測(cè)井儀器的張力。此外，可釋放馬籠頭在打撈作業(yè)時(shí)可熔斷弱點(diǎn)(圖5)，避免以往拉斷弱點(diǎn)作業(yè)中對(duì)電纜的損傷，節(jié)省作業(yè)時(shí)效和降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 可釋放馬籠頭工作示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)針對(duì)渤海油田以往的測(cè)井遇卡事故進(jìn)行分析，一般可劃分為以下幾種原因：地層垮塌、井徑縮徑、電纜沿井壁運(yùn)行磨成的槽、儀器或電纜吸附、井眼不規(guī)則、套管磨損造成的遇卡。

(2)電纜測(cè)井遇卡必須以預(yù)防為主，制定預(yù)防遇卡操作預(yù)案，做好下井前準(zhǔn)備工作，上提及測(cè)量過程中規(guī)范作業(yè)，消除遇卡隱患。

(3)電纜測(cè)井儀器串中加入扶正器、多功能推靠器、異向推靠解卡器和可釋放馬籠頭等輔助工具可有效降低遇卡風(fēng)險(xiǎn)。