李光輝

(中國石油長城鉆探工程公司, 北京 100101)

0 引 言

油套管損傷測井檢測評價是油氣田開發(fā)的例行和重要工作。土庫曼T氣田地質條件復雜,工程要求苛刻,作業(yè)風險高,技術難度大。在現(xiàn)有國內外技術現(xiàn)狀中,選取可靠和先進的測井儀器和技術,對T氣田開展有效和安全的油套管損傷檢測和評價成為了油公司的工作重點。本文對現(xiàn)今T氣田的油套管損傷檢測和評價技術進行綜合評價,總結測井儀器的技術特點,分析它們的技術優(yōu)勢和不足以及在T氣田的應用效果,通過改進,形成一套適合T氣田的油套管損傷測井檢測評價技術。

1 T氣田油套管損傷概況和測井檢測評價難點

與中國氣田相比,造成土庫曼T氣田油套管損傷的原因較多:①氣田構造和巖性復雜,斷層局部發(fā)育,不同地層間應力不均,易引起巖層滑動和變形而造成油套管機械損傷;②氣田一般埋深4 000 m左右,井底溫度高達130 ℃,壓力高達60 MPa,產層和局部地層壓力系數(shù)高達2.1,高溫和高壓環(huán)境容易造成管柱損傷;③氣田含有較多酸性氣體,腐蝕介質包括H2S、CO2、SO2、H2O等，產層上部廣泛發(fā)育有膏鹽層,其中的透鏡狀高壓地層水礦化度普遍在100 g/L左右,腐蝕性氣體和液體導致管柱易發(fā)生電化學腐蝕和氫脆等現(xiàn)象;④氣田開發(fā)歷史長,新老管柱并存,老井管柱已有20余年歷史,損傷狀況不明;⑤氣田多采用4層管柱完井,管柱結構復雜,油套管尺寸不一,管串工具多樣;⑥氣田經常采用酸化壓裂等增產措施,給油套管帶來了較大的傷害。

T氣田的復雜地質和工程環(huán)境給測井檢測評價油套管損傷帶來了極大的挑戰(zhàn)。①氣井高溫高壓和高H2S含量給測井施工帶來了巨大的難度和安全風險;②氣體為主的多種流體介質井下條件限制了聲波成像類的油套管損傷檢測測井技術的應用;③氣井均為多層管柱完井,給電磁類油套管損傷測井檢測技術的應用帶來了不小難度;④完井油管外徑最小為73 mm,對測井儀器的外徑提出了更高要求;⑤油套管尺寸和鋼級多樣,特殊管串工具多,增加了測井資料的處理解釋難度;⑥油套管腐蝕介質及類型多種多樣,容易造成解釋準確度的降低;⑦檢測評價油管外的套管損傷時,如果重新起下油管、洗井,其作業(yè)時間長,成本高,風險大。

2 MIT、MTT、MID-K測井儀器的技術特點和在T氣田的適用性分析

T氣田油套管節(jié)箍、本體、內壁和外壁均有不同程度的損傷發(fā)生。輕微的表現(xiàn)為局部的坑蝕、彎曲和變形,嚴重的造成油套管的破裂和斷裂,給氣田的正常生產開發(fā)造成了很大的損失。急需采用有效的測井技術對油套管損傷情況開展檢測和評價。

在對T氣田油套管損傷情況和現(xiàn)今測井儀器技術水平的綜合分析后,油公司決定引進英國SONDEX公司的磁壁厚測井儀(MTT)、多臂井徑成像儀(MIT)和俄羅斯GITAS公司的電磁探傷成像測井儀(MID-K)解決目前的問題。這3種儀器的技術指標見表1[1-4]。

由表1分析可知,MIT、 MTT、 MID-K作為現(xiàn)今應用較為成熟的測井儀器,具有以下技術特點。

表1MIT、MTT、MID-K測井儀器技術指標一覽表

MID-KMTTMIT儀器類型磁探測測井儀器磁探測測井儀器井徑類測井儀器儀器外徑/mm424343(24臂)儀器長度/m2.102.121.14(24臂)最大工作壓力/psi*304501500015000最高工作溫度/℃175150150重量/kg913.69.1(24臂)傳感器數(shù)量/個512+124臂、40臂、60臂等井眼覆蓋率/%10010019.5(24臂)測量范圍/mm62～32450.8～177.845～245測井分辨率探測管柱橫向損傷最小長度1/4管柱周長;探測管柱縱向損傷最小長度50mm金屬損失率>35%,壁厚損失>50%,10mm以上孔可識別;金屬損失率>20%,壁厚損失>30%,20mm以上孔可識別。測量半徑分辨率0.076mm垂直分辨率2.54mm

*非法定計量單位,1 psi=6.895 kPa,下同

(1) 3種儀器的最大工作壓力和工作溫度完全能適應T氣田高溫高壓的測井條件[1-3]。

(2) MIT、MTT、MID-K分別為井徑類和磁測井類測井儀,能滿足T氣田氣體介質以及氣液混合介質條件下的油套管損傷檢測的測井資料采集和分析[1]。

(3) 儀器尺寸小,MIT儀器具有24臂、40臂等多種型號,適合不同管柱尺寸的測量要求[2]。

(4) 可以在氣井鉆井過程中對其進行套管測量,便于對管柱進行實時和長期監(jiān)測。

(5) 能在垂直井和大斜度井正常進行測井作業(yè),適用于T氣田的各種井身結構。

(6) 3種儀器的測井井眼覆蓋率高,采樣精度高,能夠檢測到T氣田的各種損傷類型。

(7) MIT、MTT、MID-K的先進測井解釋技術能適應T氣田多層金屬管柱、復雜井下條件下的油套管損傷檢測測井評價[5-6]。

由以上分析可知,MIT、MTT、MID-K適用于T氣田的測井要求和地質工程條件。

3 MIT、 MTT、 MID-K測井技術的優(yōu)勢、不足和改進

隨著MIT、MTT、MID-K等3種測井儀器的引進,在T氣田使用初期,3種儀器逐漸呈現(xiàn)出了各自的應用效果以及優(yōu)勢和不足(見表2)。

基于以上分析,通過實踐摸索和總結,最終在T氣田發(fā)展出了組合測井技術,即對每次測井任務都進行詳細的需求分析,根據(jù)測井目標,從MIT、MTT、MID-K等測井儀器中選擇1種進行單獨測井,或者選擇2種儀器進行組合測井,取長補短,可以更好地發(fā)揮儀器的特性,全面準確同時又經濟地判定油套管損傷。MIT+MTT+MID-K組合測井技術見表3。

表2 MIT、MTT和MID-K的儀器優(yōu)缺點對比表

表3 MIT+MTT+MID-K組合測井技術

4 應用效果實例

通過采用MIT+MTT+MID-K組合測井技術,土庫曼T氣田油套管損傷檢測和評價取得了良好的應用效果。

4.1 探測第1層管柱脫箍情況

T氣田M××21井加壓施工作業(yè)后,發(fā)現(xiàn)泥漿循環(huán)出現(xiàn)漏失,懷疑177.8 mm油管發(fā)生破損,于是單獨進行了MIT測井。圖1是MIT測井原始曲線,在496.3～497.6 m之間的MIT井徑曲線明顯增大,顯示2根油管之間發(fā)生了脫箍,同時在CCL曲線上該段出現(xiàn)2個較強的接箍信號,該處可能發(fā)生了接箍脫扣。

圖1 MIT測井井徑曲線圖

圖2是脫箍附近的MIT3D成像圖,藍色部分為半徑縮小部分,即可能的結垢區(qū)域,紅色部分表示測量半徑顯著擴大,綠色部分表示測量半徑幾乎為原始半徑。油管起出,發(fā)現(xiàn)該深度處油管已經斷開,證實了MIT測井的有效和準確。

圖2 油管MIT的3D成像圖

4.2 檢測多層管柱結構及相互位置

T氣田S××63井共下入245 mm技套、168 mm產套和114 mm油管共3種管柱,為了檢測詳細的管柱結構以及它們的相互位置關系,單獨進行了MID-K測井。從圖3的MID-K解釋成果圖可以看出,對于114 mm油管,第4道近區(qū)、第5道中區(qū)和第6道遠區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度在油管節(jié)箍處的異常變化明顯(如圖3中的紅色箭頭所示深度)。在第3道中,計算的第1層油管的藍色壁厚曲線,在節(jié)箍處的增大也清晰可見。對于168 mm油層套管,中區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度在套管節(jié)箍處也有較異常的變化(如圖3中的綠色箭頭所示深度)。在第3道,計算的第2層套管的紅色壁厚曲線,在節(jié)箍處的增大也較清晰。對于245 mm技術套管,遠區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度在套管節(jié)箍處有較異常的變化(如圖3中的紫色箭頭所示深度)。該實例清晰顯示了MID-K探測多層管柱結構以及相互位置的有效性。

圖3 MID-K探測3層管柱結構

4.3 檢測第1層管柱內外壁損傷、結垢、變形和方位

圖4 套管MIT/MTT的3D成像圖

通過MIT+MTT組合測井,可以準確定量地判斷管柱變形、內外壁的損傷和結垢情況,以及損傷的位置和數(shù)量。T氣田Y××6井為老井,需要對產套進行詳細的探傷,因此進行了MIT+MTT組合測井。綜合MIT和MTT測井資料處理解釋表明,1 860.65 m深度處套管原始內徑為147.12 mm,測量平均內徑為146.16 mm,測量最大內徑為148.78 mm,測量最小內徑為135.26 mm,內徑最大縮小量為11.86 mm。該深度附近,套管原始壁厚10.59 mm,測量最大壁厚10.14 mm,測量最小壁厚10.02 mm,測量平均壁厚10.08 mm。由圖4和圖5的MIT/MTT處理解釋成果圖可以直觀看出,套管橫截面大部分形狀完好,個別部位發(fā)生形變,形變部分(圖4中的紅點和藍點處)位于相對方位353.95 °處;套管內壁沒有明顯的結垢發(fā)生,套管壁厚比較均勻,僅局部發(fā)生損傷,MIT結合MTT處理解釋可知,套管損傷類型為淺的線狀腐蝕和輕微斑點狀腐蝕,損傷共造成壁厚金屬損失5.2%。

圖5 套管MIT/MTT的橫截面圖

4.4 檢測多層油套管壁厚損傷

MIT+MID-K組合測井不僅可以定量分析第1層管柱的損傷狀況,還可以定量計算第2層管柱的損傷厚度。圖6和圖7分別為T氣田S ××42井的MID-K和MIT解釋成果圖。該井的管柱結構為245 mm套管下至1 516 m,壁厚11.06 mm;168 mm套管存在2種規(guī)格,第1種0～1 516 m,壁厚10.59 mm,第2種1 516～2 546 m,壁厚12.06 mm;該井沒有下入油管。從圖6可以看出,在1 514～1 516 m井段,遠區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度減小明顯,遠區(qū)橫向探頭次生感生電動勢曲線幅度也有對應的減少。在第2道計算的第2層套管的藍色壁厚曲線顯示,壁厚從11 mm逐漸減小到0 mm,表明第2層245 mm套管存在明顯損傷。

圖6 MID-K探測內層和外層管柱損傷

圖7 MIT測井曲線圖判別套管損傷

對于第1層168 mm套管,從圖6可以看出,在該井段的中區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度減小明顯,近區(qū)縱向探頭次生感生電動勢曲線幅度也有稍微的減小;近區(qū)橫向探頭次生感生電動勢曲線幅度也有一定程度的減少,說明168 mm套管的外壁損傷程度較重;內壁損傷程度較輕,第2道計算的紅色壁厚曲線顯示,168 mm套管壁厚總共減小了6 mm。同時測井的MIT多臂井徑曲線圖如圖7所示,MIT曲線分析結果表明,168 mm套管在1 514～1 516 m井段的最小內徑為150.35 mm,最大內徑151.32 mm,平均內徑150.99 mm,說明套管內壁存在輕微的變形和損傷;1 516 m深度以下,168 mm套管規(guī)格和壁厚改變,MIT測量井徑曲線整體變小。

5 結論和建議

(1) 土庫曼T氣田地質條件和工程條件復雜,通過對技術特點和適用性的分析,認為MIT、 MTT、MID-K這3種測井方法具有測量精度高、適用范圍廣、經濟可靠并易于推廣的特點,完全適用于T氣田的需求。

(2) 通過MIT、MTT、MID-K這3種測井儀器優(yōu)缺點的對比和分析,在T氣田針對不同的探傷需求總結并形成了一套組合測井技術和規(guī)范,降低了成本,提高了時效,測井解釋結論和油套管實際損傷情況符合率高,測井作業(yè)不影響氣井正常生產,為油公司創(chuàng)造了良好的經濟和社會效益。

(3) MIT+MTT+MID-K在T氣田的油套管損傷檢測和評價中取得了較好的應用:檢測第1層管柱內壁結垢、內外壁損傷變形和方位,檢查管柱脫箍,識別井下工具并判斷其損傷變形,檢測射孔情況,評價第2層管柱損傷,探測多層管柱結構等。

(4) 對于油套管損傷評價疑難問題,建議使用MIT+MTT+MID-K這3種儀器同時測井,發(fā)揮3種儀器各自的技術優(yōu)勢,提供更全面更精確的探傷技術支持。

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