王宏建 張小平 譚 鑫 韓 野 李 裕 袁曉燕

(大慶鉆探工程公司測(cè)井公司 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

在薄互層測(cè)井評(píng)價(jià)中，常規(guī)測(cè)井儀器縱向分辨率不匹配，不能有效真實(shí)地采集到薄互層物理信息，特別是高阻薄層受圍巖的影響導(dǎo)致視電阻率降低，計(jì)算的真實(shí)厚度變小，對(duì)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)能力變小。據(jù)調(diào)查和評(píng)估，薄層常常有相當(dāng)數(shù)量的可采油氣，世界上大約30%的油氣儲(chǔ)存于沙泥巖薄互層中［1、2］。

大慶油田已進(jìn)入高含水后期開(kāi)采階段，剩余油在厚油層上高度分散，調(diào)整挖潛對(duì)象逐漸向薄差層、表外層轉(zhuǎn)移，然而常規(guī)測(cè)井儀器縱向分辨率低，測(cè)量結(jié)果是砂泥巖特征和圍巖的綜合結(jié)果，增加了測(cè)井解釋的難度，給加密調(diào)整、剩余油描述和油田開(kāi)發(fā)等工作帶來(lái)了極大困難［3、4］。

微電阻率掃描成像測(cè)井儀(簡(jiǎn)稱為電成像)的地層分辨率高，能提供井壁附近地層的電阻率圖像，反映地層的復(fù)雜性和非均質(zhì)性，在探測(cè)復(fù)雜巖性、裂縫性油氣藏方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［5］。

2011 年大慶鉆探測(cè)井公司在國(guó)家大慶油田原油4000 萬(wàn)噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)重大科技專項(xiàng)支持下立項(xiàng)研發(fā)新一代微電阻率掃描成像測(cè)井技術(shù)，于2013 年成功推出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電成像推靠器，在大慶油田和新疆作業(yè)區(qū)塊實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

1 作業(yè)系統(tǒng)

電成像在現(xiàn)場(chǎng)與多極子陣列聲波測(cè)井儀等組合使用，作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示，提供井下電纜張力、自然珈馬、井徑、井斜等資料，作業(yè)系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

圖1 電成像作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 機(jī)械推靠器概況

2.1 推靠器性能指標(biāo)

1)最大環(huán)境壓力:138 MPa

2)最高環(huán)境溫度:175℃

3)最大推靠力:≈372 N(可調(diào))

4)外徑:127 mm

5)重量:178 kg

6)總長(zhǎng):3 701 mm

7)極板曲率:215.9 mm 直徑

2.2 推靠器特點(diǎn)

電成像推靠器采用多項(xiàng)專利技術(shù)，設(shè)計(jì)成每個(gè)推靠臂掛接一只成像極板、獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，具有下面幾個(gè)特點(diǎn):

1)200 個(gè)鈕扣電極陣列提高了井壁有效覆蓋率;

2)極板沿垂直軸線方向可以在28°范圍內(nèi)靈活擺動(dòng)，更加適應(yīng)復(fù)雜的井眼環(huán)境，使得極板電極有效貼靠井壁;

3)極板推靠力可調(diào)，可以根據(jù)不同井眼環(huán)境調(diào)節(jié)極板壓力，減少儀器下井風(fēng)險(xiǎn)。

3 推靠器的工作原理

電成像推靠器是一個(gè)機(jī)械推靠平臺(tái)，每個(gè)測(cè)量臂的極板錯(cuò)落安裝，可應(yīng)用于多褶皺，橢圓等各種復(fù)雜的井眼。

3.1 工作原理［6］

如圖2 所示是電成像推靠器工作原理示意圖。推靠器內(nèi)安裝有一只5 kΩ 行程電位計(jì)，提供了一個(gè)電壓測(cè)量，監(jiān)測(cè)當(dāng)推靠臂伸縮時(shí)施加到推靠臂連接機(jī)構(gòu)上的壓力，用于監(jiān)控探頭的張收情況，幫助故障定位，同時(shí)地面操作員通過(guò)監(jiān)控來(lái)調(diào)節(jié)推靠力獲得清晰的圖像。

圖2 電成像推靠器工作原理圖

接通110 VDC 電源后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)行星齒輪減速器，經(jīng)過(guò)防反轉(zhuǎn)制動(dòng)器、聯(lián)軸器、滾珠絲桿后將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩S向直線運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)螺母驅(qū)動(dòng)壓盤，壓縮彈簧組件，從而推動(dòng)推靠臂向外伸張緊貼井壁。當(dāng)行程電位計(jì)顯示張開(kāi)到位時(shí)，扭矩限制器保護(hù)啟動(dòng)，接著手動(dòng)斷電，這是探頭張開(kāi)推靠的動(dòng)作，因?yàn)閮x器無(wú)行程開(kāi)關(guān)，無(wú)法自動(dòng)斷開(kāi)推靠電源，需手動(dòng)完成。收攏時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，上述驅(qū)動(dòng)過(guò)程反向，壓盤利用回收軸環(huán)推動(dòng)推靠臂收縮，推靠臂收攏抱緊，當(dāng)行程電位計(jì)顯示收攏到位時(shí)，扭矩限制器保護(hù)啟動(dòng)，接著手動(dòng)斷電。在張開(kāi)到位后斷電狀態(tài)下的彈簧組件所產(chǎn)生的軸向力和全收攏后斷電狀態(tài)下電機(jī)加到滾珠絲桿的軸向拉力，會(huì)通過(guò)滾珠絲桿使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，不能自鎖，防反轉(zhuǎn)制動(dòng)器的作用就是自鎖住電機(jī)和滾珠絲桿軸。

儀器安裝有八只推靠臂及極板，這樣相對(duì)于常規(guī)的四臂傾角儀器就可以做出更精確的傾角計(jì)算。同時(shí)可以計(jì)算出更詳細(xì)的井眼幾何形狀及更精確的井眼體積。當(dāng)侵入帶比較淺或適中時(shí)，儀器不僅可以提供成像數(shù)據(jù)，而且可以通過(guò)計(jì)算提供水平井中地層的定量方位分布。

3.2 推靠器的組成

推靠器由上接頭組件、壓力平衡組件、動(dòng)力組件、彈簧組件、推靠組件、電位計(jì)組件、下接頭組件、底鼻組件等組成，組成結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 推靠器組成結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 壓力平衡組件

整個(gè)推靠系統(tǒng)封閉在一個(gè)密封的油腔中，通過(guò)一個(gè)平衡活塞使油腔內(nèi)的壓力與外界壓力保持一致，并設(shè)有溢流閥保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)儀器。

3.2.2 動(dòng)力組件

動(dòng)力組件由非浸油式直流電動(dòng)機(jī)和減速器構(gòu)成，整體為封閉式凸緣法蘭安裝機(jī)構(gòu)。電機(jī)置于承壓殼體內(nèi)，通過(guò)二根高壓密封塞獲得電源，可以正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。傳動(dòng)減速器，具有體積小、重量輕、傳動(dòng)比大、效率高和工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，提供推靠器張開(kāi)、收攏的動(dòng)力。

3.2.3 彈簧組件

彈簧組件是經(jīng)推靠臂賦予推靠力而使電成像極板緊貼井壁的組件，包含八組碟簧，每組碟簧推動(dòng)一支推靠臂張收。貼靠井壁時(shí)，每支推靠臂通過(guò)碟簧裝置可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。由于井眼不規(guī)則，八支推靠臂貼靠井壁的壓力不可能都一致，當(dāng)某一推靠臂獲得的壓力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)將碟簧壓縮，緩解推靠臂所承受的壓力。

3.2.4 推靠組件

推靠組件采用中間過(guò)線結(jié)構(gòu)。井徑推靠臂連接著成像極板主體，負(fù)責(zé)在測(cè)井時(shí)將極板推靠到井壁上。推靠臂之間是相互獨(dú)立伸縮的。每一組推靠臂連接一只井徑電位計(jì)，共有8 只5 kΩ 電位計(jì)提供電壓測(cè)量，測(cè)量每一支推靠臂離推靠器中心軸線的半徑位置。隨著井徑的變化，推靠臂的杠桿機(jī)構(gòu)引起電位計(jì)阻值的變化，通過(guò)電子線路的信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成井徑尺寸，同時(shí)還可監(jiān)測(cè)推靠臂是否張開(kāi)或收攏。

3.2.5 極板

八只成像極板具有完全相同的結(jié)構(gòu)。鈕扣電極與極板基體為一體化結(jié)構(gòu)，形成極板主體，為極板前置放大采集電路提供載體，并保證內(nèi)部電路密封。前放電路蓋板設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，便于維修極板前放電路。每個(gè)極板采用25 個(gè)陶瓷鈕扣電極來(lái)獲得井壁成像圖像，分成兩排交互排列。前置放大采集電路通過(guò)25 針接插件和軟連接線與紐扣電極組連接，對(duì)鈕扣電極信號(hào)進(jìn)行放大并做數(shù)字化，該電路密封于極板內(nèi)部。

4 應(yīng)用效果

電成像自2012 年研制定型后，配接在大慶鉆探測(cè)井公司自主研發(fā)的慧眼2000 成像數(shù)控地面測(cè)井系統(tǒng)上，以.axp 文件格式記錄數(shù)據(jù)，并提供目前主流解釋軟件都能識(shí)別的XTF 數(shù)據(jù)格式。首批制造儀器于2013 年7 月交付現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。到2014 年8 月先后在大慶油田各個(gè)區(qū)塊投入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)服務(wù)，測(cè)井40 多口，測(cè)井成功率100%，資料齊全率100%。

4.1 機(jī)械可靠性

通過(guò)一年多時(shí)間使用，證實(shí)推靠器機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，極板運(yùn)動(dòng)靈活，故障率低，各個(gè)極板和電極完好，貼靠井壁嚴(yán)實(shí)，體現(xiàn)了很高的可靠性。隨著技術(shù)和施工工藝的成熟，減少了井口占用時(shí)間，降低了成本，推廣使用的規(guī)模越來(lái)越大。推靠器配套研制有自適應(yīng)的金屬保護(hù)外套，在裝卸和運(yùn)輸過(guò)程中保護(hù)紐扣電極。

4.2 測(cè)井效果

4.2.1 測(cè)井圖像質(zhì)量

電成像電扣測(cè)井響應(yīng)值與淺側(cè)向曲線對(duì)比，符合地區(qū)地質(zhì)規(guī)律;測(cè)井資料的重復(fù)性、一致性均合格。如圖4所示，測(cè)量井段內(nèi)的巖性主要為砂泥巖，圖像連續(xù)真實(shí)反映地層情況，圖像清晰度較高，主測(cè)井段與重復(fù)井段的圖像地質(zhì)特征反映一致、方位一致，重復(fù)性較好。

此外，還研制了井壁三維立體動(dòng)態(tài)成像圖技術(shù)，與動(dòng)靜態(tài)圖的深度同步，以可變速度任意旋轉(zhuǎn)，任意放大縮小圖像。可以以任意的仰視角顯示立體圖像，方便解釋人員觀看，如圖5 所示。

圖4 電成像同一地層重復(fù)測(cè)量圖像比較

圖5 電成像圖像三維立體動(dòng)態(tài)顯示

4.2.2 測(cè)量結(jié)果比較

以大慶喇8 -某05 井為例，如圖6 所示為電成像儀器在同一地層獲得的圖像，可以看出八臂電成像測(cè)井儀器成像效果好，圖像分辨率高，地層層理顯示更加清晰，且井壁覆蓋率為85%時(shí)，能夠獲得更全面的地質(zhì)信息。

四條井徑曲線比兩條井徑攜帶的信息要多一些，如圖7 所示，在英某-58 井中的相同測(cè)量井段，可以看出井壁在多個(gè)方位有不同程度的垮塌現(xiàn)象。

圖6 不同井眼覆蓋率時(shí)在同一地層獲得的電成像圖

圖7 不同井徑傳感器在同一地層獲得的井徑曲線圖

4.2.3 測(cè)量結(jié)果解釋

電成像的測(cè)井資料參與了裂縫識(shí)別及評(píng)價(jià)、地層構(gòu)造解釋和地層評(píng)價(jià)、高分辨率薄層分析與評(píng)價(jià)等。還參與了地應(yīng)力分析，如圖8 所示。

在大慶喇8 -某05 井中，利用電成像圖像進(jìn)行斷層的識(shí)別，與原始巖芯對(duì)比，圖像有很好的符合性，如圖9所示。

圖8 電成像測(cè)量結(jié)果參與解釋示意圖

圖9 電成像圖與原始巖芯對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

電成像八臂推靠器達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，推靠力可調(diào)，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中取得了合格的測(cè)井資料，經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)，儀器具有較好的重復(fù)性、一致性，在215.9 mm 井眼條件下，覆蓋率達(dá)到85%，具有最大的井壁覆蓋率，較大提高了觀測(cè)信息的質(zhì)和量。八臂獨(dú)立測(cè)量井眼的幾何變化，獲得的信息更全面。所采集信息多，精度高，不受干擾，是解決復(fù)雜儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的有力手段。電成像推靠器的成功研制，將打破國(guó)外測(cè)井公司對(duì)成像核心技術(shù)的壟斷局面，提高國(guó)產(chǎn)儀器的裝備水平，增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

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