范文同,鄭新華,劉永林

郭秀麗,袁仕俊,李進(jìn)福 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 庫爾勒 841000)

固井質(zhì)量評(píng)價(jià)儀Isolation Scanner在塔里木油田套管檢測方面的應(yīng)用

范文同,鄭新華,劉永林

郭秀麗,袁仕俊,李進(jìn)福 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆 庫爾勒 841000)

塔里木油田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,油氣埋藏普遍偏深,深井、超深井鉆井工藝復(fù)雜,套管柱結(jié)構(gòu)多樣,如何檢測鉆井和后續(xù)開發(fā)造成的套管磨損和腐蝕情況,成為測井工程的一大難題。為了解決該難題,油田引進(jìn)了最新一代的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)儀Isolation Scanner,該儀器通過脈沖回波測量和撓曲波衰減測量,可對(duì)套管結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測,同時(shí)對(duì)套管磨損、腐蝕及套管居中情況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。詳細(xì)介紹了Isolation Scanner儀器的工作原理,并介紹了該儀器在塔里木油田套管檢測方面的應(yīng)用情況,通過實(shí)例分析認(rèn)為該儀器的應(yīng)用效果良好。

固井質(zhì)量評(píng)價(jià)儀(Isolation Scanner);套管檢測;套管磨損;套管腐蝕;套管居中度測量

塔里木油田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,大部分油氣埋藏在深部地層,主要靠深井、超深井進(jìn)行勘探開發(fā)。深井、超深井鉆井工藝復(fù)雜,套管柱結(jié)構(gòu)多樣,在油氣井鉆井過程中,常常出現(xiàn)由于起下鉆頻繁導(dǎo)致的套管磨損嚴(yán)重情況,甚至出現(xiàn)鉆井液漏失。這種情況在側(cè)鉆井、水平井中較為常見[1,2]。除此之外,塔里木盆地地層H2S含量高、流體礦化度高,導(dǎo)致開發(fā)井套管腐蝕情況極為普遍。套管磨損、腐蝕問題嚴(yán)重阻礙了油氣勘探開發(fā)進(jìn)程[3～5]。針對(duì)以上問題,筆者結(jié)合塔里木油田實(shí)例,對(duì)Isolation Scanner儀器在套管檢測方面的應(yīng)用情況進(jìn)行了綜合分析。

1 儀器概述及工作原理

Isolation Scanner儀器建立在原有超聲脈沖回波儀器平臺(tái)上,旋轉(zhuǎn)探頭包括4個(gè)換能器:超聲波換能器垂直位于儀器一側(cè),用于生成和檢測脈沖回波;另外3個(gè)換能器,1個(gè)發(fā)射2個(gè)接收,位于儀器另一側(cè),并成一定角度排列,用于測量撓曲波的衰減(圖1)。測井時(shí),旋轉(zhuǎn)探頭以7.5r/s的速度旋轉(zhuǎn),超聲換能器向套管發(fā)射較發(fā)散的波束,提供一個(gè)5°或10°的方位分辨率,從而在每個(gè)深度點(diǎn)產(chǎn)生72或36個(gè)獨(dú)立波形,這些信號(hào)經(jīng)過處理可以獲得套管內(nèi)外半徑、內(nèi)壁光滑度及套管厚度數(shù)據(jù)。撓曲波發(fā)射器同時(shí)發(fā)射250k Hz的高頻脈沖波束,在套管內(nèi)激發(fā)撓曲振動(dòng)模式,該模式能將聲能傳入環(huán)空,在聲阻抗差異的界面發(fā)生反射,然后主要以彎曲波的形式由套管傳回,通過流體再由2個(gè)接收換能器采集這些信號(hào)。Isolation Scanner儀器通過結(jié)合采集的脈沖回波和撓曲波信息,可以將套管外環(huán)形空間進(jìn)行三維成像,進(jìn)一步判定套管居中情況[6,7]。

圖1 儀器結(jié)構(gòu)及工作原理

2 套管檢測實(shí)例分析

Isolation Scanner儀器通過聲學(xué)測量,可以得到套管的最大、最小及平均內(nèi)半徑等幾何尺寸,這些數(shù)據(jù)可以生成二維套管檢測成果圖。通過進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理,可以生成套管三維圖像,套管磨損、腐蝕等套損現(xiàn)象在圖像上清晰可見,下面將逐一介紹各類套損的檢測和識(shí)別。

2.1 套管結(jié)構(gòu)的識(shí)別

Isolation Scanner儀器資料可以有效識(shí)別井下套管結(jié)構(gòu),在套管檢測三維成像圖上,套管柱各種井下工具的具體位置清晰可辨。圖2是塔里木油田X1井套管檢測三維成像圖,套管尺寸139.70mm (外徑)×9.17mm(壁厚),在4760～4768m井段,兩節(jié)套管接箍處有一套管扶正器,在圖像上清晰可見。

2.2 套管磨損的識(shí)別

在庫車山前的正鉆井X2井,套管尺寸273.05mm(外徑)×13.84mm(壁厚),因起下鉆頻繁,導(dǎo)致套管磨損嚴(yán)重,出現(xiàn)了鉆井液漏失情況,故進(jìn)行了

圖2 X1井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

Isolation Scanner儀器套損檢測。圖3是X2井210～219m套管檢測三維成像圖,右上圖為該井處理得到的在213.34m處的套管截面圖,環(huán)形陰影部分表示理論上套管實(shí)體截面,內(nèi)側(cè)虛線為套管最小內(nèi)徑輪廓線,內(nèi)側(cè)實(shí)線表示在0°附近出現(xiàn)向套管實(shí)體內(nèi)凹的情況,指示套管內(nèi)壁出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損。通過數(shù)據(jù)處理,可以確定在該井210～219m井段的套管在近正北方向上存在一條條狀磨損帶。

2.3 套管擴(kuò)徑、腐蝕識(shí)別

塔里木油田的X3井,套管尺寸177.8mm(外徑)×12.65mm(壁厚),在1998年測試后封井,現(xiàn)計(jì)劃求取產(chǎn)能,重新測量套后電阻率及套損檢測等數(shù)據(jù)。Isolation Scanner儀器資料顯示,在該井3669～3674m段,連續(xù)出現(xiàn)了套管擴(kuò)徑和套管腐蝕(見圖4)。Isolation Scanner儀器可以精確測量該段套損量,數(shù)據(jù)顯示最大腐蝕點(diǎn)出現(xiàn)在3672.23m,其腐蝕量達(dá)到了3.58mm。

圖3 X2井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

圖4左側(cè)為X3井套管檢測二維成果圖,主要提供了8道信息:第2道為儀器信息;第3道為波阻抗道,顏色變化指示套管內(nèi)壁的光滑程度;第4、5道指示套管內(nèi)外半徑及平均半徑的大小;第6道為套管內(nèi)徑與其內(nèi)徑平均值的差值圖像,指示出套管內(nèi)徑的變化情況;第7道指示套管厚度,第8道為套管厚度與平均值的差值圖像,指示套管壁厚變化情況。該井套管的擴(kuò)徑和腐蝕情況在圖4上有明顯指示:第2道的儀器偏心曲線變化幅度很大,指示套管內(nèi)徑在擴(kuò)徑及腐蝕段出現(xiàn)明顯變化;圖4中實(shí)線框所示為套管擴(kuò)徑段,該井段的內(nèi)、外徑及平均內(nèi)徑尺寸均有所變大;虛線框所示為套管腐蝕段,該段套管半徑尺寸均有減小,并且在第3道出現(xiàn)套管內(nèi)壁粗糙現(xiàn)象,在第6、8道圖像上出現(xiàn)內(nèi)徑及厚度變化。綜合各道信息,即可確定該井套管出現(xiàn)2種套損信息。

圖4 X3井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

2.4 套管查漏

塔里木油田的水平井X4井,套管尺寸177.8mm(外徑)×10.36mm(壁厚)。生產(chǎn)跟蹤發(fā)現(xiàn),該井含水率由48.25%急劇增至100%,產(chǎn)液量從97t/d上升到240t/d,據(jù)數(shù)據(jù)分析初步判定為套損,遂對(duì)該井進(jìn)行Isolation Scanner儀器套管檢測。據(jù)X4井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖(圖5)顯示,在2543.3～2544.5m井段,儀器偏心嚴(yán)重,回波幅度圖像出現(xiàn)異常,套管內(nèi)半徑的3條曲線均出現(xiàn)異常值,指示套管損壞嚴(yán)重甚至破損。綜合各道信息,解釋該井段為套管漏點(diǎn)。通過套管三維成像顯示,破損點(diǎn)附近成像出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,套管破損處突出,另一側(cè)凹進(jìn),分析原因認(rèn)為可能是地層錯(cuò)動(dòng)造成。后續(xù)經(jīng)工程找漏作業(yè),證實(shí)了該漏點(diǎn)的存在。

圖5 X4井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

2.5 射孔檢測

儲(chǔ)層測試時(shí)射孔作業(yè)造成套管破損,這種變化會(huì)使脈沖回波幅度產(chǎn)生變化。例如,在塔里木油田X5井,套管尺寸177.80mm(外徑)×12.65mm(壁厚),射孔段3472～3479m,從X5井IsolationScanner儀器套管檢測成果圖(圖6)上可以看出,在回波幅度道及套管厚度道上,射孔作業(yè)在套管壁上留下的孔洞清晰可見。

圖6 X5井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

2.6 套管居中度檢測

套管在井筒中是否居中,是固井質(zhì)量好壞的重要影響因素。若套管不居中,固井作業(yè)水泥返高時(shí),在環(huán)空窄邊水泥漿難以將鉆井液驅(qū)替干凈,極易造成水泥環(huán)固結(jié)不完整而形成竄槽。Isolation Scanner儀器將采集到的第2界面回聲,結(jié)合撓曲波衰減,可對(duì)套后環(huán)空物質(zhì)進(jìn)行成像,得到環(huán)空物質(zhì)的幾何形狀。結(jié)合脈沖回波測量得到的套管信息,可以得到套管在井筒中的居中情況。這種套管與井筒的空間位置可用套管居中度來定量表示,如套管一側(cè)緊貼井壁用0%表示,套管完全居中用100%表示。

圖7 X6井Isolation Scanner儀器套管檢測成果圖

圖7是塔里木油田X6井套管檢測成果圖,套管尺寸200.025mm(外徑)×10.92mm(壁厚),從圖中第2道套管居中度可以看出,該井在3061m開始出現(xiàn)明顯的套管不居中,其套管居中度從80%下降到不足20%;第3道最大環(huán)空厚度與平均環(huán)空厚度曲線在偏心段出現(xiàn)偏差增大;在第4、5道也直觀顯示該井的套管不居中。套管在井筒中偏心嚴(yán)重,從而導(dǎo)致該井固井質(zhì)量變差。

3 結(jié)論

通過對(duì)塔里木油田Isolation Scanner儀器應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析,得到以下認(rèn)識(shí):

1)該儀器采用超聲波脈沖技術(shù)測量進(jìn)行油氣井套管檢測,可以準(zhǔn)確判定套管柱結(jié)構(gòu),定量評(píng)價(jià)套管磨損、腐蝕和進(jìn)行查漏及射孔層位檢測。

2)該儀器結(jié)合撓曲波衰減測量可以定量測量套管居中度,為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)固井質(zhì)量提供參考依據(jù)。

3)Isolation Scanner儀器應(yīng)用廣泛,其資料解釋結(jié)果可用于指導(dǎo)鉆井(開窗側(cè)鉆等)、完井、修井等井下作業(yè)和其他特殊工藝的施工,這對(duì)油氣勘探、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要意義。

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[編輯]龔丹

P631.84

A

1000-9752(2014)02-0087-05

2013-04-25

國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05020-005)。

范文同(1983-),男,2010年長江大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)從事測井新技術(shù)及工程應(yīng)用研究工作。