MIT和MID-K組合測井技術(shù)在川渝地區(qū)的應(yīng)用

陸大衛(wèi), 齊寶權(quán), 劉恒, 羅利, 陳海祥, 朱莉

(1.中國石油天然氣集團公司咨詢中心, 北京 100724;2.中國石油川慶鉆探工程有限公司測井公司, 重慶 400021)

0 引 言

井筒完整性評價在油氣田開發(fā)中有著極其重要的意義。有資料表明,在國外特別是北美地區(qū)井筒完整性評價越來越受到石油公司的重視[1]。在現(xiàn)階段,不論是固井質(zhì)量評價還是油套管損傷評價,只有測井技術(shù)能做到實時井下監(jiān)測且精度較高、對生產(chǎn)影響小和低成本。井筒完整性評價中的油套管損傷評價測井技術(shù)應(yīng)用較廣泛的是多臂井徑MIT和電磁探傷MID-K測井技術(shù)[2-6]。在井漏檢測中也用到井溫、噪聲和脈沖中子氧活化等測井技術(shù)[7]。CAST-I或IBC固井質(zhì)量檢測技術(shù)能在固井質(zhì)量檢測過程中通過測量套管壁厚進行套管損傷評價,但其受限于儀器外徑,只能進行套管損傷檢測,且不能在天然氣生產(chǎn)井中測量[8]。川渝地區(qū)高溫、高壓、高含硫井多,井下狀況復(fù)雜,為滿足井筒完整性評價技術(shù)需求,近10年來采用多臂井徑MIT和電磁探傷MID-K組合測井技術(shù),在油套管損傷測井評價方面取得了顯著的效果。本文對川渝地區(qū)油套管損傷檢測試驗結(jié)果進行分析,并對該地區(qū)所測的280余口井進行跟蹤,形成了適用于該區(qū)油套管損傷與結(jié)垢評價標準,對21口井進行了測井效果驗證,并統(tǒng)計分析了川渝地區(qū)油套管檢測應(yīng)用效果。

1 油套管損傷測量原理

多臂井徑成像測井儀(MIT)由儀器主體和多個高精度的測量臂構(gòu)成(通常有24臂、40臂、60臂等配置),測量臂越多,儀器外徑越大。60臂測井儀外徑102 mm,最小的24臂測井儀外徑43 mm,能夠在油管中進行測量。測井時居中測量,通過測量臂在油套管內(nèi)壁滑動,精確測量油套管內(nèi)徑,其分辨率0.076 mm,測量精度為±0.762 mm[9]。通過對油套管縱向和橫向上內(nèi)徑變化測量結(jié)果的處理,定量分析管柱內(nèi)壁的腐蝕、結(jié)垢、穿孔、破裂、變形、錯斷等損傷情況。

電磁探傷測井采用俄羅斯的電磁探傷成像測井儀(MID-K),該儀器外徑42 mm,探測器由縱向探頭和橫向探頭構(gòu)成。測井時居中測量,通過向管柱發(fā)射電磁信號,并接收管柱產(chǎn)生的隨時間變化的次生感應(yīng)電動勢,記錄形成管柱次生感應(yīng)電動勢隨時間衰減的圖譜(見圖1)。衰減曲線的變化特征與管柱鐵磁物質(zhì)的多少以及儀器和管柱之間空間位置相關(guān),為分析各種損傷、變形、管外扶正器、多層管柱提供了基礎(chǔ)[10]。對次生感應(yīng)電動勢衰減圖譜進行離散采樣就得到測井曲線圖,可對管柱的壁厚進行計算。內(nèi)層壁厚計算精度為±0.5 mm,外層壁厚計算精度為±1.5 mm,衰減曲線的特征和計算的管柱壁厚數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了管柱損傷評價的基礎(chǔ)。

將MIT與MID-K進行組合,可充分發(fā)揮2種技術(shù)的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在2個方面。①MIT測井為多探頭點接觸,測量精度雖高,但測量覆蓋率低,容易出現(xiàn)管柱損傷測量遺漏的情況;進行MID-K測量,利用其反映管柱壁厚均值的特性,能在一定程度上減少管柱損傷測量遺漏。②MIT測量臂緊貼管柱內(nèi)壁,當(dāng)管柱內(nèi)壁有結(jié)垢時,結(jié)垢容易掩蓋管柱本體損傷部位或者造成對變形等情況的誤判;MID-K測量只對管柱鐵鈷鎳磁性介質(zhì)有響應(yīng),不會受到結(jié)垢的影響,引入MID-K測量,能有效消除結(jié)垢造成的損傷誤判。

圖1 MID-K電磁探傷測井次生感應(yīng)電動勢衰減圖譜

2 油套管損傷檢測試驗

為驗證MIT與MID-K組合測井儀器的精度,分析其響應(yīng)特征,驗證2種技術(shù)組合測井的必要性,設(shè)計了管柱損傷檢測實驗裝置。在一系列管柱上制作了不同大小的孔洞以及不同長度、寬窄的割縫等,在地面用2種儀器進行測量和分析處理。

圖2和圖3分別是在豎縫實驗油管中進行測井得到的成果圖,在3in*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同油管上切有8條寬5 mm、長40～70 mm的豎縫。實驗結(jié)果表明,MID-K測井圖清楚地顯示出8條豎縫;MIT由于探測覆蓋率低的原因,有1條短縫沒有探測到。

圖2 豎縫實驗管柱MID-K測井圖 圖3 豎縫實驗管柱MIT測井圖

豎縫實驗表明,MIT測井的覆蓋率比較低(以探頭接觸面積估算,覆蓋率小于20%),實際測井中有可能漏測管柱損傷點,MID-K測井能較好地起到補充作用。因此,單一技術(shù)在管柱損傷檢測測井中存在局限性,采用2種技術(shù)組合測井,綜合解釋才能得到準確結(jié)果。

3 油套管損傷檢測測井評價標準

油套管損傷檢測測井?dāng)?shù)據(jù)在工程應(yīng)用上易出現(xiàn)理解差異,比如損傷(結(jié)垢)程度百分比的定義需要明確,變形程度一直缺乏定量化標準等,這些都在一定程度上限制了檢測數(shù)據(jù)工程應(yīng)用的便利性。結(jié)合大量井的檢測評價經(jīng)驗和工程技術(shù)上的實際需求,在損傷程度定量標準方面,著重考慮了解管柱腐蝕、破損和剩余強度的需要;在結(jié)垢和變形程度上,著重考慮了工具入井通過能力的需要,

總結(jié)出適合川渝

圖4 TD××井油管損傷檢測測井對比圖

地區(qū)油套管損傷與結(jié)垢評價標準(見表1)。表1中,損傷程度=(損傷深度/標準壁厚)×100%;結(jié)垢程度=(結(jié)垢厚度/標準內(nèi)半徑值)×100%;變形程度=(最大變形量/標準內(nèi)半徑值)×100%。該標準突出了腐蝕、結(jié)垢和變形的定量化,實際應(yīng)用效果得到工程技術(shù)人員的認可。

圖5 TD××井油管損傷檢測穿孔位置測井成果圖

4 油套管損傷檢測應(yīng)用實例

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司測井公司2005年引入MIT和MID-K測井技術(shù),在川渝地區(qū)測井283井次,解決了油氣田開發(fā)從鉆井、固井、生產(chǎn)、注水到報廢等各個階段的工程探傷需求。

TD××井是1口污水回注井,圖4(a)是2007年9月油管檢測結(jié)果,顯示只有輕微結(jié)垢和腐蝕,最大結(jié)垢厚度1.92 mm;圖4(b)是2008年8月油管檢測結(jié)果,可見結(jié)垢程度明顯加重,特別是在1 500 m以上油管內(nèi)結(jié)垢量非常大,最大結(jié)垢厚度7.94 mm,已達三級結(jié)垢程度,并且該井腐蝕程度也明顯加重,在2 381.65 m等多處探測到腐蝕穿孔(見圖5)或三到四級的嚴重坑蝕。因此,建議甲方洗井并對污水進行處理,但由于污水凈化設(shè)施尚未到位,該井繼續(xù)回注至2010年5月。2010年5月14日起出油管后發(fā)現(xiàn),其腐蝕狀況已經(jīng)非常嚴重,多處已經(jīng)腐蝕穿孔(見圖6)。

圖6 TD××井起出油管腐蝕穿孔處照片

LT××井是1口事故處理井,2016年1月鉆塞至4 165 m,為了對是否采取側(cè)鉆措施進行指導(dǎo),于同年1月27日對其273.05 mm套管進行套損檢測,60臂MIT儀器外徑102 mm,由于遇阻,儀器只下到了4 151 m;MID-K儀器外徑42 mm,儀器下到4 164 m。測井資料解釋評價表明,在2 136～2 160 m段,MIT測井資料反映局部存在明顯的縮徑異常,但MID-K測井資料反映對應(yīng)井段沒有鐵磁物質(zhì)的損失,解釋為套管內(nèi)壁附著有鉆塞后留下的水泥塊(見圖7),套管沒有損傷。MID-K測井資料還表明,在4 159.5～4 163 m段套管發(fā)生斷裂破損,但4 164 m以下套管完好(見圖8)。2016年3月4日繼續(xù)鉆進,出于安全考慮,采用六臂井徑測井儀再次對破損段進行測量,證實了該套管除了破損段外,上下套管完整,能夠滿足工程需要(見圖9),指導(dǎo)了其后續(xù)作業(yè)措施的制訂。

圖8 LT××井套管破損段MID-K測井成果圖 圖9 LT××井套管破損段六臂井徑測井圖

5 油套管損傷檢測測井應(yīng)用效果與驗證

油套管損傷檢測測井技術(shù)在川渝地區(qū)的應(yīng)用涵蓋了數(shù)十種型號的油套管,涉及到油套管斷裂、破損、穿孔、變形、腐蝕和結(jié)垢等各種損傷類型,通過起出油管證實其檢測結(jié)果可靠、準確,解釋評價標準與工程評價結(jié)合較好,驗證符合率達到了90.48%。

川渝地區(qū)油套管損傷類型統(tǒng)計結(jié)果[見圖10(a)]表明,防腐措施較好,管柱基本無損傷的井占15.0%;以明顯腐蝕或結(jié)垢損傷為主的井占37.5%;以穿孔性損傷為主的井占7.5%;以破損性損傷為主的井占6.4%;出現(xiàn)管柱斷裂性損傷的井占1.5%;以變形性損傷為主的井占32.1%。總體上,川渝地區(qū)油套管的腐蝕和變形是主要的損傷類型。對損傷特點進一步進行統(tǒng)計分析表明,有些井同時存在多種損傷類型。對于管柱變形的井[見圖10(b)],出現(xiàn)斷裂的占3.3%;出現(xiàn)破損的井占16.7%;出現(xiàn)穿孔的井占13.3%。統(tǒng)計結(jié)果進一步表明,①變形管柱容易出現(xiàn)破損性損傷;②變形井的穿孔多數(shù)是由于射孔所致。從變形的原因分析,膏鹽層的蠕動等地層因素是造成套管變形的主要因素,但射孔對套管變形的影響也應(yīng)加以重視。統(tǒng)計分析油套管腐蝕和結(jié)垢的關(guān)系,油套管腐蝕的井有41.5%沒有結(jié)垢,但存在結(jié)垢的井有79.5%都出現(xiàn)了明顯的腐蝕現(xiàn)象。因此,存在結(jié)垢的井更容易出現(xiàn)腐蝕的狀況,對井的清洗除垢應(yīng)該加以重視。

圖10 川渝地區(qū)油套管損傷類型及管柱變形井損傷類型統(tǒng)計圖

對川渝地區(qū)某礦區(qū)起出的21口井油管進行驗證分析(見表2),8口井檢測得到的損傷形式為嚴重腐蝕或穿孔,評價為五級損傷,全部得到驗證;8口井檢測得到的損傷為較重腐蝕,評價為二到四級損傷,有6口井得到驗證;其余5口井檢測得到損傷為輕度腐蝕的一級損傷,全部得到驗證。通過起出油管驗證檢測評價結(jié)果,19口井與檢測結(jié)果相符合,解釋評價符合率為90.48%。

表2 油套管腐蝕檢測取油管驗證情況

6 結(jié)束語

采用多臂井徑和電磁探傷組合測井技術(shù),有利于減少油套管損傷檢測的誤判、漏判。依據(jù)實踐建立的油套管損傷程度測井評價標準,有利于對管柱腐蝕、結(jié)垢、變形損傷的定量化分析,在井下管柱損傷檢測應(yīng)用中具有實時、準確、低風(fēng)險、低成本的特點,在工程應(yīng)用上具有便利性、規(guī)范性,便于推廣,滿足了工程上安全、高效、準確的需求,取得了較好的應(yīng)用效果。

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