臧德福 王樹松 郭紅旗

(勝利油田測(cè)井公司 山東東營(yíng))

高溫測(cè)井儀器研制

臧德福 王樹松 郭紅旗

(勝利油田測(cè)井公司 山東東營(yíng))

隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展,深層勘探取得重大突破,深井測(cè)井工作量日益增加。深井的高溫高壓對(duì)測(cè)井儀器的耐高溫、耐高壓性能提出了新的要求。文章介紹了勝利測(cè)井公司近幾年在高溫測(cè)井儀器研制、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等方面取得的突破性進(jìn)展,并就高溫儀器發(fā)展提出了新的思路。

高溫;測(cè)井儀器;研制;應(yīng)用

0 引 言

從我國(guó)陸地油氣資源分布格局來(lái)看,東部老區(qū)作為國(guó)內(nèi)石油資源主力產(chǎn)區(qū),淺層和中深層的勘探程度較高,深層及超深層探明程度很低,具有很大的石油資源潛力;中部地區(qū)是天然氣富集區(qū),有超過(guò)一半的天然氣資源量在深部地層;西部地區(qū)是國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量的主要戰(zhàn)略接替區(qū),但其近70%油氣資源埋藏在深部地層[1]。因此實(shí)現(xiàn)新地區(qū)、新領(lǐng)域、新層位尤其是深層的油氣突破,尋找和擴(kuò)大油田含油氣范圍及領(lǐng)域,成為順利實(shí)現(xiàn)我國(guó)石油資源接替目標(biāo)的主要手段[2]。深井超深井經(jīng)常遇到超高溫度、超高地層壓力等特殊情況,對(duì)測(cè)井技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。研制新型測(cè)井下井儀器應(yīng)對(duì)越來(lái)越多的深井、超深井的測(cè)井施工,成為測(cè)井行業(yè)面臨的一個(gè)棘手問(wèn)題。

1 高溫儀器研制

目前國(guó)內(nèi)常用的常規(guī)測(cè)井儀器的耐溫指標(biāo)大多在150℃～177℃[3],而井溫超過(guò)200℃的深井、超深井不斷增加,為保證在高溫高壓條件下取全取準(zhǔn)測(cè)井資料,勝利測(cè)井公司于2006年底立項(xiàng),在SL-6000高分辨率多任務(wù)測(cè)井系統(tǒng)的常規(guī)滿貫測(cè)井系列井下儀器基礎(chǔ)上,重點(diǎn)攻關(guān)儀器的耐溫、耐壓和耐硫化氫性能,開展了高溫測(cè)井系列井下儀器的研制。

1.1 高溫儀器設(shè)計(jì)思想

由于高溫儀器測(cè)井所處的高溫高壓惡劣環(huán)境,因此在儀器設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮:①承受高溫高壓的承壓外殼材料;②符合深井打撈要求的抗張力和抗壓縮強(qiáng)度;③嚴(yán)格的機(jī)械加工公差;④高可靠、高穩(wěn)定、易維修,滿足高溫高壓環(huán)境下連續(xù)工作的要求。

1.2 高溫儀器系列及指標(biāo)

在前期準(zhǔn)備、充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上,擬研制的高溫儀器系列主要有:三臂井徑、自然伽馬、井斜方位、雙側(cè)向、補(bǔ)償聲波、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度以及適用于高溫高壓條件的柔性短節(jié)、旋轉(zhuǎn)短接。其技術(shù)指標(biāo)為:

(1)耐溫:230℃(連續(xù)工作1h)

(2)耐壓:150MPa

(3)最大儀器直徑:Φ92mm

(4)通訊傳輸方式:數(shù)字編碼通訊傳輸

(5)測(cè)量范圍和測(cè)量精度:各種儀器均達(dá)到常規(guī)滿貫測(cè)井下井儀器的同類技術(shù)指標(biāo)。

1.3 高溫儀器研制關(guān)鍵

為提高儀器耐溫性能除了減少線路的自身發(fā)熱外,保溫瓶的保溫性能至關(guān)重要。首先,篩選耐高溫、低功耗元器件,對(duì)線路高度集成化,在元器件滿足工作的情況下減少其自身發(fā)熱;其次,通過(guò)改變吸熱劑配方,加大保溫瓶幾何尺寸增大吸熱劑容量,使其達(dá)到更好的保溫效果(高溫儀器保溫瓶加溫至250℃,恒溫6 h,在無(wú)熱源情況下,瓶?jī)?nèi)溫度不超過(guò)120℃)。

1.4 高溫儀器設(shè)計(jì)

1)自然伽馬

高溫自然伽馬測(cè)井儀在原有SL1310自然伽馬測(cè)井儀器基礎(chǔ)上采用耐高溫器件研制。該儀器既可組合測(cè)井也可單獨(dú)測(cè)井,其輸出方式分標(biāo)準(zhǔn)脈沖或直流模擬電壓兩種。采用高性能新型金屬保溫瓶、大尺寸NaI晶體和高溫光電倍增管,信號(hào)處理電路高度集成化。

2)連續(xù)測(cè)斜

高溫連續(xù)測(cè)斜儀在SL1601井斜方位測(cè)井儀基礎(chǔ)上進(jìn)行耐高溫攻關(guān),使其可以在230℃環(huán)境下正常工作,并實(shí)現(xiàn)水平井組合測(cè)井。上可與伽馬、中子、補(bǔ)償密度、三臂井徑、CCL組合;下可與伽馬、聲波、雙側(cè)向等儀器組合,井斜和方位只是將處理結(jié)果上傳,減少了上傳數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),電子線路還包括高溫三臂井徑測(cè)井儀。

3)補(bǔ)償中子

高溫補(bǔ)償中子測(cè)井儀器線路在SL2436基礎(chǔ)上做了較大改進(jìn):增加長(zhǎng)源距記數(shù)率、降低統(tǒng)計(jì)誤差,使得儀器測(cè)量受井筒液體礦化度影響小、線性變換更好。為提高儀器耐溫性能,將儀器的兩個(gè)探頭及主要電子線路放置在保溫瓶?jī)?nèi),以避免地層高溫影響。

4)三臂井徑

高溫三臂井徑測(cè)井儀將電子線路部分移到連續(xù)測(cè)斜保溫瓶中,篩選耐高溫的井徑電位器,提高耐溫性能,縮小井徑臂尺寸,適應(yīng)小井眼的需要。

5)雙側(cè)向

高溫雙側(cè)向儀器保留了常規(guī)雙側(cè)向的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井模式,模擬電路加裝保溫瓶,增加了具有雙層屏蔽的淺側(cè)向和三層屏蔽的深側(cè)向的強(qiáng)聚焦模式。標(biāo)準(zhǔn)模式可以保證普通井眼測(cè)井,有利于研究徑向電阻率變化。強(qiáng)聚焦模式可以在大井眼、高礦化度鉆井情況下,減少井眼影響,更精確地反映地層電阻率變化。電極系采用改進(jìn)配方的耐高溫、防硫化氫的橡膠材料,提高了電極系耐溫、防硫化氫性能。

6)補(bǔ)償聲波

對(duì)SL1608補(bǔ)償聲波測(cè)井儀進(jìn)行改進(jìn),聲系采用原補(bǔ)償聲波聲系;探頭采用改進(jìn)的耐高溫單極子發(fā)射和接收探頭;發(fā)射變壓器和電源變壓器均采用高溫器件,解決變壓器耐高溫問(wèn)題;皮囊采用改進(jìn)配方的橡膠材料達(dá)到耐高溫和防硫化氫的目的。

7)補(bǔ)償密度

高溫補(bǔ)償密度測(cè)井儀器基本原理同SL2227補(bǔ)償密度儀器,取消了機(jī)械推靠系統(tǒng),電子元器件采用耐高溫器件,在充分實(shí)驗(yàn)論證的基礎(chǔ)上將探頭及主要電子線路放置在保溫瓶?jī)?nèi),提高儀器耐溫性。為滿足儀器貼井壁測(cè)量的需要設(shè)計(jì)成四部分:電子線路處理單元;柔性短節(jié);探頭單元;偏心器。

2 高溫儀器的試驗(yàn)及應(yīng)用

經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān),成功研制出高溫儀器樣機(jī),在完成各分項(xiàng)儀器室內(nèi)調(diào)試和加溫試驗(yàn)后,進(jìn)行了整套儀器串配接,并在試驗(yàn)室對(duì)儀器進(jìn)行了高溫高壓試驗(yàn),加壓150MPa、加溫230℃,連續(xù)工作1小時(shí),儀器狀態(tài)穩(wěn)定。

2.1 資料標(biāo)準(zhǔn)井試驗(yàn)檢驗(yàn)

高溫儀器在完成高溫高壓試驗(yàn)后,對(duì)儀器重新進(jìn)行了刻度標(biāo)定,于2007年年初,儀器樣機(jī)在勝利資料標(biāo)準(zhǔn)井一次滿貫組合下井取得了合格測(cè)井資料。從測(cè)井資料來(lái)看,九條常規(guī)項(xiàng)目測(cè)井曲線與標(biāo)準(zhǔn)資料對(duì)比,曲線形狀、數(shù)值具有一致性,標(biāo)志著儀器樣機(jī)研制取得成功。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

儀器研制成功后,勝利測(cè)井公司使用該儀器完成了勝利油區(qū)井深最深、井底溫度最高的勝科X井的完井測(cè)井和固井測(cè)井施工任務(wù)。該井井深7026m、井底溫度235℃,測(cè)井項(xiàng)目包括:自然伽馬、雙側(cè)向、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度、補(bǔ)償聲波、連斜和自然電位,所測(cè)資料與先期哈里伯頓小井眼高溫儀器所測(cè)資料在重復(fù)井段對(duì)比曲線形狀、數(shù)值基本一致,表明勝利高溫測(cè)井儀器的性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類儀器的水平。

截止目前,勝利高溫儀器已成功完成了勝利油區(qū)、南陽(yáng)油田和冀東油田等13口井的測(cè)井施工,見表1,所測(cè)井的最大井深7026m,最高井底溫度236℃(也是目前國(guó)內(nèi)所測(cè)井的最高井底溫度)。

表1 高溫儀器測(cè)井情況

2.3 高溫儀器技術(shù)評(píng)價(jià)

1)儀器耐溫、耐壓指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,能夠滿足超高溫、高壓、復(fù)雜井況對(duì)測(cè)井儀器的特殊要求;

2)儀器的測(cè)量范圍和精度、測(cè)井資料的準(zhǔn)確性,儀器的一致性、重復(fù)性和穩(wěn)定性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,滿足了巖性識(shí)別、儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、油氣層評(píng)價(jià)等常規(guī)地層評(píng)價(jià)的需要;

3)儀器基本達(dá)到國(guó)外同類高溫儀器的性能水平,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高溫高壓測(cè)井儀器的空白。

3 高溫儀器發(fā)展方向

為提高深井、超深井鉆探效率,小井眼鉆井技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,4.5in(1in=25.4mm)鉆頭鉆井越來(lái)越多。國(guó)內(nèi)常用的下井儀器直徑一般在85mm或以上,不能滿足深井小井眼的測(cè)井需求。因此,高溫高壓儀器應(yīng)向適應(yīng)小直徑、復(fù)雜井況、超高溫、超高壓方向發(fā)展。

成像測(cè)井是為適應(yīng)裂縫、薄互層、各向異性等復(fù)雜油氣藏的勘探開發(fā)而發(fā)展起來(lái)的[4],成像測(cè)井對(duì)于深井超深井的地質(zhì)構(gòu)造解釋、沉積學(xué)解釋、裂縫識(shí)別、地應(yīng)力方向確定和薄層解釋等具有常規(guī)測(cè)井儀器不可替代的作用,高溫高壓成像測(cè)井儀器的研發(fā)將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期測(cè)井儀器發(fā)展的又一主要方向。

高溫小直徑測(cè)井儀器和高溫成像測(cè)井儀器作為今后國(guó)內(nèi)高溫儀器發(fā)展的攻關(guān)課題,其關(guān)鍵技術(shù)在于高溫元器件的選擇、高溫小直徑保溫瓶的研制、電路集成技術(shù)的應(yīng)用、儀器測(cè)量模板的建立以及耐高溫高壓成像測(cè)井儀探頭的研制。

[1] CPEIA網(wǎng).我國(guó)深井超深井鉆井工程技術(shù)發(fā)展概況[DB/OL].http://www.cpeia.org.cn/zw/ghyc-syzc.09051401.html,2009.05.14

[2] 中國(guó)石油網(wǎng).發(fā)展超深井鉆井勢(shì)在必行[DB/OL].2005.08

[3] BakerAtlas.InstrumentOperatingGuide.2002(資料)

[4] 陳 瓊,王 偉,葛 輝.成像測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展[M].國(guó)外測(cè)井技術(shù),2007,22(3)

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2009-12-31 編輯:姜 婷)

臧德福,男,1968年生,1989年畢業(yè)于西北大學(xué)理論物理專業(yè),現(xiàn)任勝利測(cè)井公司首席專家,長(zhǎng)期從事生產(chǎn)技術(shù)和管理工作。郵編:257096