全譜飽和度測井儀配接爬行器在水平井中的應(yīng)用

楊寶平，賀三平，劉榮虎，易 振，張 晗

(中國石油集團測井有限公司國際公司 北京 100101)

0 引 言

海外P油田已處于開發(fā)的中后期，該區(qū)塊進入高含水開發(fā)期，前期開發(fā)籠統(tǒng)注水，油水關(guān)系復(fù)雜。地層參數(shù)測井的首要任務(wù)是判斷油層水淹狀況、識別高含水層位、在老井中尋找高含油飽和度層位，確保油田實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和提高開發(fā)效益目標[1]。全譜飽和度測井(Pulsed Neutron Full-spectra Saturation Logging,簡稱PSSL)[2]集多種脈沖中子測井技術(shù)于一體，能夠有效識別水淹層、發(fā)現(xiàn)潛力層、判斷已射孔和未射孔層段的含油性、確定剩余油分布，為挖潛增儲提供有效的支持[3]。自PSSL技術(shù)引進以來，累計完成50余口直井測量，測井資料解釋結(jié)果符合率達到90%，取得了增油降水的良好效果。然而PSSL井下儀器由于自身結(jié)構(gòu)原因在水平井中的下入受限，不能滿足該油田水平井測井需求。傳統(tǒng)的水平井測井施工工藝運用鉆桿或油管，采用濕接頭工藝[4]測井，需要與井隊或作業(yè)隊高度配合，不但耗時長、成本高，而且易損傷電纜和儀器，風(fēng)險較大。Sondex水平井爬行器(Muledrive Downhole Tractor，簡稱MDT )作為一種新型的井下輸送工具，不受井筒復(fù)雜條件的限制，適用于將測井儀器輸送進入各種復(fù)雜井、疑難井、大斜度定向井及水平井[5]，避免了傳統(tǒng)水平井輸送的繁瑣工藝流程，在儀器輸送過程中可實時監(jiān)控井下儀器狀態(tài)，縮短了占井時間的同時提高了測井效率。本文介紹了實現(xiàn)PSSL配接MDT所采取的相關(guān)措施，并對水平井測井實例作業(yè)進行了分析。

1 原理及組成

1.1 PSSL儀器原理及組成

PSSL儀器是一種多功能組合測井儀，通過控制井下中子發(fā)生器按一定脈沖時序向地層發(fā)射14MeV的中子流，與地層原子核發(fā)生各種反應(yīng)，產(chǎn)生具有一定能量和時間分布的伽馬能譜，利用遠近BGO探測器組合[6]，分3個模式按不同能量和時間分布記錄非彈性散射次生伽馬能譜、中子俘獲次生伽馬能譜及中子次生伽馬時間譜的全譜信息，實現(xiàn)碳氧比-中子壽命組合、中子壽命和氧活化水流測井[7]。PSSL儀器主要用于油田飽和度測量，在評價剩余油飽和度方面具有廣泛的應(yīng)用[8]。PSSL儀器主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其中硬件系統(tǒng)包括IPS 網(wǎng)絡(luò)化測井地面面板、筆記本電腦和井下儀器；井下儀器主要分為遙測單元TMC和采集與中子發(fā)生器SBNG單元；軟件系統(tǒng)主要是AXP測井軟件，實現(xiàn)對井下儀的控制以及資料的采集與處理。

1.2 MDT儀器原理及組成

MDT儀器是一種輔助測井工具，在水平或大斜度井作業(yè)儀器靠自重?zé)o法下到目的層時，可通過MDT將測井儀器串傳輸?shù)侥康膶?，從而達到完整錄取測井資料的目的。MDT主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成[9]，硬件系統(tǒng)包括井下牽引器、地面控制臺MPC003和操作筆記本電腦。井下牽引器由旋轉(zhuǎn)短節(jié)PSJ014、磁定位/張力短節(jié)HTC002、牽引器電子線路短節(jié)MDT-E01、上扶正器短節(jié)PRC027、牽引器激勵短節(jié)MDT-A03、牽引器驅(qū)動短節(jié)MDT-T01、上扶正器短節(jié)PRC028等組成。軟件系統(tǒng)包括入井模擬軟件(Well Entry Simulation Toolkit,簡稱WEST)和井下牽引器驅(qū)動軟件(MULE Driver Software)[10]。

2 PSSL與MDT的配接

PSSL儀器外徑為89 mm，頂部儀器遙傳單元的上端為標準的Atlas3700 28芯接口，可直接配接7芯電纜頭進行測井。MDT儀器通常用于配接Sondex生產(chǎn)井儀器或者同類型小直徑單芯儀器進行生產(chǎn)井測井，儀器外徑為54 mm，最底部儀器下端為GO type A male 30 mm單芯接口，一般配接單芯電纜頭進行測井。PSSL與MDT的儀器技術(shù)參數(shù)[11-12]對比見表1。

表1 PSSL與MDT儀器技術(shù)參數(shù)對比

由表1可見：首先，兩種儀器的外徑及接口類型差異較大，需要完成兩種儀器的機械配接；其次，兩種儀器屬于不同類別，儀器控制及信號傳輸不同，需要完成兩種儀器的電氣配接；此外，PSSL儀器外徑粗且質(zhì)量較大，需要對組合儀器串的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，確保在水平井測井時MDT能夠在自身負載范圍內(nèi)將整個組合儀器串輸送到目的層。

2.1 PSSL與MDT的機械配接

單芯電纜頭連接MDT儀器串，MDT儀器串下端接連接PSSL儀器串。因此需要一種裝置，能夠匹配MDT儀器串的底端的單芯公插針接口和PSSL儀器串的頂端的28芯母插針接口。為此，設(shè)計了一種轉(zhuǎn)換短節(jié)，如圖1所示。該轉(zhuǎn)換短節(jié)上端為生產(chǎn)井單芯母插針接頭，與MDT儀器串底端的公插針接頭匹配；下端為Atlas3700 公插針接頭，與PSSL儀器串最頂端28芯母插針接頭匹配；轉(zhuǎn)換短節(jié)外圍倒角，使兩種外徑相差較大的儀器組合后連接處實現(xiàn)結(jié)構(gòu)平滑過度。通過使用該轉(zhuǎn)換短節(jié)，實現(xiàn)了PSSL儀器串與MDT儀器串的機械配接。

圖1 轉(zhuǎn)換短節(jié)

2.2 PSSL與MDT的電氣配接

PSSL儀器測井時上傳的數(shù)據(jù)量較大，井下儀器與地面系統(tǒng)通信匹配的質(zhì)量受電纜參數(shù)﹑電纜頭性能等因素的影響較大。PSSL與MDT配接后，PSSL位于儀器串底部，由于地面系統(tǒng)下發(fā)命令和上傳數(shù)據(jù)需要經(jīng)過上部MDT儀器串，因此加劇了地面系統(tǒng)與井下儀器通信匹配的難度。通過調(diào)節(jié)PSSL測井軟件內(nèi)信號門檻值SigVn、信號增益SigGain、均衡增益EquGain的值來改善信號波形，調(diào)節(jié)通信板板卡上的電位器壓制信號反沖波形﹑地面系統(tǒng)加電纜模擬盒改善電纜通信性能﹑甄選測井電纜7#纜芯為工作纜芯等措施，降低了MDT對PSSL儀器信號的干擾，使得PSSL井下儀器與地面系統(tǒng)通信質(zhì)量穩(wěn)定且可靠，實現(xiàn)了PSSL與MDT良好的電氣配接。

2.3 PSSL與MDT組合儀器串的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

爬行器工作的行程越大，測井儀器能夠錄取的資料越全面。爬行器工作的行程主要由其最大連續(xù)負載、測井儀器串的質(zhì)量、測井電纜質(zhì)量及井況決定。MDT推送PSSL儀器時，MDT需要克服推送儀器串的阻力和拖拽電纜的拉力。MDT自身配接有兩個滾輪扶正器，主要作用是保證自身在井下工作時處于居中狀態(tài)，減小儀器與套管之間的摩擦力，以便MDT能夠提供充足夠的輸出載荷將測井儀器推送到目的層。MDT與PSSL儀器組合后，組合儀器串的質(zhì)量遠遠超過兩個滾輪扶正器的最大居中力，因此組合儀器串無法在井下水平段保持居中，儀器串與套管壁產(chǎn)生較大摩擦力，導(dǎo)致MDT推送測井儀器的阻力增大，甚至超過MDT的最大輸出載荷；其次，還可能導(dǎo)致MDT支撐臂無法完全打開，MDT一側(cè)的驅(qū)動輪與套管壁過度咬合，導(dǎo)致MDT工作電流大或無法爬行。針對這些問題設(shè)計了一種PSSL專用外套式滾珠扶正器，適用井眼尺寸和居中力符合組合儀器串的要求，如圖2所示。

圖2 外套式滾珠扶正器

該外套式滾珠扶正器使用時可根據(jù)井眼尺寸來調(diào)整支撐臂尺寸和支撐力強度，分別安裝在遙測單元的上端和采集與中子發(fā)生器下端，使得整個組合儀器串處于居中狀態(tài)，減小MDT推送儀器阻力，驅(qū)動輪能夠與套管壁咬合良好，增強MDT輸送能力，從而增大PSSL的測量范圍。 PSSL與MDT配接組合儀器串如圖3所示。

圖3 PSSL與MDT配接組合儀器串

3 組合儀器水平井測井工藝流程

PSSL與MDT組合儀器串總長度11.4 m，總質(zhì)量251.5 kg,適用井眼尺寸為152.4～225.4 mm。PSSL配接MDT進行水平井測井的工藝流程是MDT爬行推送PSSL過程與PSSL測井過程分時進行：垂直井段靠組合儀器串重力自然下放，到達預(yù)定深度后MDT開始啟動工作，通過MPC003地面控制臺來控制井下牽引器開始工作，通過井下牽引器爬行將PSSL儀器推送至目的層，之后斷開爬行器電源，將MPC003切換到PASSENGER擋位，PSSL開始啟動工作，通過IPS網(wǎng)絡(luò)化地面測井面板為PSSL井下儀器供電，地面絞車上提電纜拖動儀器串完成資料錄取。

4 應(yīng)用實例分析

PX-2XH井2011年2月完鉆，2011年6月水平段1 738.6～2 030.7m下篩管投產(chǎn)，井身結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 PX-2XH井井身結(jié)構(gòu)圖

投產(chǎn)初期，產(chǎn)油138.3 t,含水率僅為13.5%。2021年10月份的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示該井日產(chǎn)油12.2 t，含水率達到94.6%。為了評價水平段上部剩余油潛力，實施科學(xué)有效的增油控水作業(yè)措施，2021年11月進行了MDT輸送PSSL儀器測井施工，PSSL測量段為1 490～1 670 m，井斜范圍72°～87°，該井爬行器爬行范圍1 430～1 680 m，MDT一次性順利將PSSL儀器輸送到預(yù)定位置，基本完整獲取了目的段PSSL測井資料(由于井況原因一小段未進行測量),圖5為PX-2XH井PSSL測井資料解釋成果圖。通過測井資料分析評價，1號層和3號層為干層；2號層為差油層，4號、6號和14號層水淹級別為低水淹，具有一定剩余油潛力；其他層位均為高水淹，無剩余油潛力。根據(jù)PSSL結(jié)果，油公司在封堵水平段以后，對2號層、4號層頂部以及14號層進行射孔生產(chǎn)。作業(yè)后日產(chǎn)油103.2 t，含水降低至54.3%，控水增油效果顯著。本次PSSL配接MDT儀器在該水平井施工中取得了良好應(yīng)用的效果。

圖5 PX-2XH井PSSL測井資料解釋成果圖

5 結(jié) 論

1)采用技術(shù)措施，整合現(xiàn)有資源，通過設(shè)計轉(zhuǎn)換接頭和外套式滾珠扶正器，并對地面軟件及井下電路進行相應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)了國產(chǎn)PSSL儀器與進口MDT儀器的機械及電氣配接，優(yōu)化了組合儀器串的結(jié)構(gòu)；將PSSL施工范圍由直井、小斜度井延伸到水平井，增強了PSSL儀器的適用范圍。

2)MDT通常配接小直徑儀器進行水平井測井作業(yè)，本次配接大直徑PSSL儀器成功進行水平井測井作業(yè)，使得爬行器井下輸送測井儀器的能力有所突破，為以后配接類似儀器進行作業(yè)積累了經(jīng)驗。