宋立志 齊真真 孫小明 王 琴

(中國石化集團(tuán)華北石油局測井公司 河南鄭州)

電磁探傷與多臂井徑組合測井的應(yīng)用

宋立志 齊真真 孫小明 王 琴

(中國石化集團(tuán)華北石油局測井公司 河南鄭州)

套管的損傷對井內(nèi)安全和油氣層的影響作用很大,因此,套管損傷的檢測顯得十分重要。文章通過結(jié)合電磁探傷測井和多臂井徑測井的運(yùn)用,綜合分析一口典型套損井的應(yīng)用效果。

電磁探傷測井;56臂井徑測井;典型套損井應(yīng)用

0 引 言

套管完井是最常見和最普遍的完井方式,套管在井下承擔(dān)著保護(hù)井眼、封固地層、放串和防塌等重要的任務(wù)。在井內(nèi)的套管不可避免地受到不同方式和不同程度的傷害甚至損壞,一般包括機(jī)械損傷和電化學(xué)損傷兩種[1]。

機(jī)械損傷分為由地質(zhì)因素引起的損傷主要包括構(gòu)造應(yīng)力、層間滑動(dòng)、蠕變、地層塑性流變、注水后引起地應(yīng)力發(fā)生變化和斷層活動(dòng)等;由油氣開采如注水、出砂等因素引起的損傷,包括油井注水可將可溶性地層溶解為孔洞,地層出砂也可以形成孔洞,導(dǎo)致上部蓋層下塌;由管柱設(shè)計(jì)不合理因素引起的損傷,主要包括井眼質(zhì)量、油套管層次與壁厚組合、管材選取和管體質(zhì)量等的合理選取等等;由井下作業(yè)因素引起的損傷,主要有下套管時(shí)損壞套管、作業(yè)磨損、重復(fù)酸化、高壓作業(yè)、試油掏空過大和射孔等。

電化學(xué)腐蝕損傷主要有:高礦化度的地層水、硫酸氫根、硫酸還原菌、硫化氫和CO2、CL-等電化學(xué)引起的腐蝕性損傷。

套管的嚴(yán)重?fù)p壞對井下作業(yè)的安全性和油氣的有效開采有很大影響和破壞作用。

MID-K儀器是俄羅斯生產(chǎn)的進(jìn)行多層套管傷害探測的測井方法,該技術(shù)利用電磁感應(yīng)原理,探測金屬(套管)含量的變化,達(dá)到探測套管厚度、套管腐蝕和多種類型的傷害。

多臂井徑測井是通過多條測量臂來檢查套管的變形、彎曲、斷裂、孔眼、內(nèi)壁腐蝕等情況。

1 方法原理簡介

1.1 MID-K電磁探傷測井儀量原理

MID-K電磁探傷測井儀屬于磁測井系列,其理論基礎(chǔ)是法拉第電磁感應(yīng)定律[2]。

儀器共有三個(gè)測量探頭,包括一個(gè)縱向探頭和兩個(gè)橫向探頭。縱向探頭是對套管沿軸向的傷害進(jìn)行測量,橫向探頭對套管橫切面上的損傷進(jìn)行測量。測量的信息是感生電動(dòng)勢的衰減譜,對衰減譜進(jìn)行采樣得到多條不同延遲的曲線,不同時(shí)間與管柱的徑向位置相對應(yīng)。

MID-K測井儀分三個(gè)不同時(shí)間段對衰減譜進(jìn)行放大,提高對管柱不同徑向范圍感應(yīng)電動(dòng)勢的測量精度。

MID-K測井儀共記錄了五個(gè)不同區(qū)間的感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)間衰減譜,包括三個(gè)不同時(shí)間區(qū)間的縱向探測器探測的感應(yīng)電動(dòng)勢衰減譜以及兩個(gè)橫向探測器探測的感應(yīng)電動(dòng)勢衰減譜,由270條感生電動(dòng)勢曲線組成。

1.2 多臂井徑儀測量原理

多臂井徑儀工作原理由機(jī)械和電路兩大部分組成。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)測量臂扶正臂的打開與收攏,井徑儀在居中情況下進(jìn)行測量。儀器的測量臂由彈簧支撐,沿套管內(nèi)壁運(yùn)動(dòng),測量臂隨套管內(nèi)臂變化而變化。每支測臂都對應(yīng)一支無觸點(diǎn)位移傳感器,每個(gè)測臂的位移變化直接反映到相應(yīng)的傳感器上。將這些位移量處理、編碼、傳送到地面,由地面將其還原成像。多臂井徑機(jī)械原理圖如圖1所示。

圖1 多臂井徑機(jī)械原理圖

2 實(shí)例分析(寧深某井)[3、4]

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

寧深某井位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣惠安堡鎮(zhèn),是一口區(qū)域探井。該井三開完井,目前二開鉆完,已下套管,基本數(shù)據(jù)見表1。

表1 基本數(shù)據(jù)表

2.2 工程事件

2009年12月9日固完井,探到水泥塞塞面深3 572 m,掃水泥塞至3 802.13 m(3 801.84 m～3 802.13 m,段長0.29 m)時(shí)突然扭矩大、蹩跳鉆嚴(yán)重、鉆壓不回,反復(fù)上提下放無效。10日起鉆檢查原因,起出的新HJ517G鉆頭后牙齒全部磨光,外徑僅為207 mm,后撈出大量鐵塊。

2010年3月26日,使用215.9 mm牙輪鉆頭第一趟通井,正常下入至井深3 801.57 m。先后二次下入磨鞋、銑錐,在3 650 m同一處遇阻下不去。下2 15.9 mm牙輪鉆頭+原鉆具通井,在井深3 650 m處有遇阻顯示,經(jīng)過短時(shí)活動(dòng)通過到魚頂。使用205 mm磨鞋磨銑,至井深3 801.57 m遇阻,即轉(zhuǎn)動(dòng)頂驅(qū)進(jìn)行磨銑磨銑至井深3 802.22 m,進(jìn)尺約0.6 m。

下入152 mm小鉆頭,對下部落魚套管進(jìn)行掃水泥塞 ,從3 842.39 m～3 844.27 m,掃塞困難,井段為1.88 m,之后掃塞正常,最終至井深3 957.94 m。

2.3 施工情況

測井時(shí)間為2010年4月2日?，F(xiàn)場首先采用磁定位+重錘進(jìn)行通井,在至3 804 m處遇阻,多次下放均在同一位置遇阻,上測磁定位曲線。然后采用五十六臂井徑成像儀器下井,儀器在3 804.35 m處遇阻,后更換電磁探傷儀器入井,儀器下至3 883.30 m開始上提測井。

2.4 解釋圖譜與結(jié)論分析

2.4.1 3 640.00 m～3 646.00 m段

3 630.00 m～3 660.00 m段電磁探傷處理成果圖如圖2所示。圖2中第一道為自然伽馬曲線和溫度曲線;第二道為近區(qū)-中區(qū)縱向探頭的感生電動(dòng)勢曲線;第三道為中區(qū)-遠(yuǎn)區(qū)縱向探頭的感生電動(dòng)勢曲線;第四道為為橫向探頭的感生電動(dòng)勢曲線;第五道為單層或雙層管柱損傷成像圖;第六道為套管標(biāo)稱壁厚(實(shí)際的套管壁厚)和測量的套管壁厚曲線。分析如下:

圖2 3 630.00 m～3 660.00 m井段電磁探傷測井解釋成果圖

在3 640.00 m～3 646.60 m管柱近區(qū)的感生電動(dòng)勢曲線幅度強(qiáng)烈衰減,尤其是頂部的2 640 m～3 642 m和底部的3 646.4 m～3 646.6 m,遠(yuǎn)區(qū)呈鋸齒狀,橫向探頭感生電動(dòng)勢變化劇烈,譜圖呈現(xiàn)鋼材缺失的黑色,所計(jì)算的套管臂厚明顯減薄。

3 640.00 m～3 650.00 m段56臂井徑處理成果圖如圖3所示。第一道為最大、最小、平均井徑和溫度曲線,第二道為56條井徑曲線,第三道為譜圖,第四道為井眼包絡(luò)圖。左上角的小圖為立體成像。

從3圖可見,3 640.00 m～3 646.60 m井徑曲線扭曲,整體變形,左上角3 641.50 m～3 641.80 m的立體成像圖呈凹凸不平狀,3 646.4 m～3 646.6 m的接箍頂部增大幅度超過接箍。套管井徑值中該段最大井徑值2 31.78 mm,最小值218.44 mm。

另外,從右上角2009.12.12所測的固井質(zhì)量圖上也可看出,3 640 m～3 642 m和3 646 m～3 646.7 m均出現(xiàn)磁定位曲線出現(xiàn)異常,可見早在固井質(zhì)量測井之前,損傷就已經(jīng)存在了。

2.4.2 3 802.00 m～3 804.00 m段

根據(jù)3 780.00 m～3 814.00 m井段電磁探傷處理成果圖中發(fā)現(xiàn)在3 801.8 m～3 804.5 m套管近區(qū)的感生電動(dòng)勢曲線幅度強(qiáng)烈衰減,遠(yuǎn)區(qū)底部陡然下降,橫向探頭感生電動(dòng)勢變化劇烈,譜圖呈現(xiàn)鋼材缺失的黑色,所計(jì)算的套管臂厚明顯減薄。特別是3 804 m處異常最為明顯。

圖3 3 640.00 m～3 650.00 m井段56臂井徑測井解釋成果圖

再依據(jù)3 800.00 m～3 805.00 m段56臂井徑處理成果圖中可見,3 801.80 m～3 804.50 m井徑曲線扭曲,右上角的3 802.30 m～3 802.60 m的立體成像圖呈凹凸?fàn)睢Ｔ摱巫畲缶畯街?17.86 mm,最小值為193.44 mm。

3 結(jié) 論

通過分析,獲得以下認(rèn)識:

(1)結(jié)合電磁探傷和56臂井徑測井結(jié)果,可以得出以下結(jié)論:2 640 m～3 642 m破損,3 642 m～3 646. 4 m套管損傷變形,3 646.4 m～3 646.6 m接箍頂部破損;3 801.8 m～3 804.5 m損傷變形,尤其3 804.00 m處破損嚴(yán)重。

(2)利用電磁探傷測井能夠?qū)μ坠軗p傷進(jìn)行檢測,但厚度的變化是套管一周的平均值,無法清楚是否穿孔;多臂井徑則確切給出了管柱的數(shù)值,對穿孔和變形識別較為準(zhǔn)確,但其缺點(diǎn)是無法反映外層情況。另外,磁定位曲線也可以輔助判斷套管損壞情況。

(3)兩者配合使用可以互相印證,互為補(bǔ)充,效果較好。

[1] 王仲茂.油田油水井套管損壞的機(jī)理及防治[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994

[2] 李 強(qiáng)等.MID-K電磁探傷成像測井儀在長慶油田的應(yīng)用[J].測井技術(shù),2007,31(4)

[3] 楊 龍.套管內(nèi)壁磨損對其抗內(nèi)壓性能的影響[J].天然氣工業(yè),2003,23(6)

[4] 劉 麗.水力射孔對套管強(qiáng)度的影響研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(8)

P631.8+1

B

1004-9134(2010)05-0028-03

宋立志,女,1970年生,工程師,1991年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)勘察地球物理專業(yè),現(xiàn)在中石化華北石油局測井公司研究所從事技術(shù)工作。郵編:450006

2010-06-05 編輯:梁保江)

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