虞 桐 楊旭東

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163414)

0 引 言

自油田投入開發(fā)以來，地層出砂嚴重，造成了套管局部壓力異常，容易產(chǎn)生彎曲、變形及錯斷，嚴重影響了油水井的正常生產(chǎn)。伴隨油田開發(fā)力度不斷加大，多臂井徑測井作為檢測套管內徑變化的重要手段，為油水井作業(yè)、大修提供全面、準確的測井數(shù)據(jù)。多臂井徑測井儀通過儀器的測量臂與套管內壁接觸，將套管內壁的變化轉換為井徑測量臂的徑向位移，將儀器內部的機械設計傳遞變?yōu)橥茥U的垂直位移，再轉換成電信號，通過每一測量臂的軌跡實現(xiàn)對套管不同深度上的形變、彎曲、斷裂、孔眼、內壁腐蝕等情況的檢查，其結構示意圖如圖1 所示。

1 套損井評價方法

圖1 多臂井徑儀示意圖

套管壁厚是套管承載能力強度的重要技術指標，井下套管主要承受內外壓力和軸向拉力作用，壁厚過薄會導致抗壓強度減弱。直接影響壁厚的，則是套管變形的內徑、外徑。出于井眼通徑尺寸的需要，測井后在現(xiàn)場只給作業(yè)隊提供了簡單的計算結果，各套變點的最小井徑值，即變形的套管內徑值。對于一些相對復雜的變形段來說，評價變徑可通過計算求得，當一個彈性圓環(huán)體在平面內變形時，若擴大內徑，勢必造成圓環(huán)變細;若縮徑，則圓環(huán)變粗，因此，變徑大小也可以由圓環(huán)的周長變化大小來衡量，考慮到套管在井下受力狀況，其變形多為橢圓變形(復雜情況可具體分析)，因此可以根據(jù)測出的最大、最小井徑值，大致計算變形套管內周長LEIN。

式(1)中，a 為最大半徑;b 為最小半徑。

在多臂井徑測井中，折算成圓環(huán)形狀態(tài)時的內半徑

RLEC:

若測量出多臂井徑的每一個分井徑值，當井徑腿較多時(16 臂以上)，可利用連續(xù)積分原理和弧長公式精確計算變形套管的內周長LEIN，再折算出圓形狀態(tài)時的內半徑RLEC:

ri為第i 個臂井半徑測量值。在考慮套管內徑允許公差的前提下，將圓環(huán)線性弧長折算半徑RLEC 與套管名義內半徑比較即可確定出套管變徑性質，即擴徑、縮徑［1］。

不難理解，在不考慮軸向的彎曲變形伸長時，折算半徑變長，套管壁厚減小。在同樣外力的作用下，壁厚越小，影響越大。

假定套管無質量損失，不考慮軸向的彎曲變形伸長，可利用單位長度套管質量不變原理求出當前平均壁厚(PRET)，進一步可計算當前套管展圓時的外徑(PRED)。

式(4)中，BC =(a + b)/2，D 為套管的公稱外徑，t為套管的公稱壁厚。

2 井徑測量準確性影響因素分析

2.1 井斜的影響

在部分大斜度井中，儀器受自身重力作用的原因，井下扶正效果不理想，當井壁對儀器的支持力達到扶正器產(chǎn)生形變的受力上限，此時井徑儀會偏離井筒內的居中位置［2］，因此作為接觸式測量儀器，對其測量的最大、最小井徑值一定會產(chǎn)生影響。此類問題在造斜點大于30°的深井中比較常見，尤其在井底，測量的最大井徑、最小井徑有時呈喇叭狀分開，重復驗證的結果相似，其界面分析圖顯示為橢圓截面，測井曲線較難反映套管內徑變化的真實情況。

二十臂井徑儀連一個加重桿的重量為32 kg，上、下扶正器的形變外力約為17.9 kg。對井下儀器進行受力分析可知，當斜井井壁對儀器的支撐力為175 N 時，傾斜角正弦值為0.559，對應傾斜角34°，因此當斜井造斜點角度大于34°時，扶正器的彈力不足以支撐井徑儀所受重力而產(chǎn)生形變，自然狀態(tài)下在井筒內位置不再居中。

我們從測井曲線上能夠分辨出，最大井徑、最小井徑、平均井徑曲線在無變形的井段不能重合、差異明顯，且平均井徑曲線值非常接近套管的標準內徑值，最大、最小井徑與平均井徑曲線之間的差值在傾斜井段基本上是穩(wěn)定的。

從下圖的測井曲線實例可以看出校正前、后在1 067 m處的變形尺寸的明顯差異。同一深度的變形點，圖2 顯示最小變徑為109.6 mm，圖3 顯示最小變徑為113.2 mm。

圖2 刻度校正前測井曲線

圖3 刻度校正后測井曲線

可通過以下幾種方法來提高井徑測量的準確性:

1)優(yōu)化測井儀器，增加扶正器的支撐力，減少井斜產(chǎn)生的影響。由于測井時扶正器與套管壁緊密接觸，尤其在斜井中，摩擦阻力大，磨損較嚴重，因此每次測井前仔細檢查每一個井徑臂和扶正臂，發(fā)現(xiàn)磨損現(xiàn)象及時更換，確保儀器測量精度;

2)優(yōu)化施工方法，測井時儀器尾部盡量少的連接加重桿，加重桿連接越多，對儀器尾部產(chǎn)生拖曳力越大，越影響儀器的居中效果，對測井資料的影響也越大［3］;

3)優(yōu)化測井工藝，以平均井徑曲線為基準，將測井曲線進行刻度校正，可以使三條曲線在非變形段達到重合的理想狀態(tài)。根據(jù)校正后的曲線進行解釋，能較準確地評價套管變形段的最大、最小井徑值。同時盡可能勻速測井，減少測速對井徑的影響［4］。

2.2 井下落物的影響

部分作業(yè)井存在井下落物，如封隔器膠皮、刮蠟片、鋼絲等。在測井過程中，懸浮物會跟隨儀器上提，如果掛在張開的井徑臂上，會嚴重干擾測井曲線，造成各條曲線井徑異常深度不同，無法真實反映井下套變情況，同時增大了儀器遇卡的可能性［5］。

在此情況下，采用合理的測量方法就顯得尤為重要。在測量井段底部反復收支井徑臂，有效降低井徑臂掛上懸浮物的概率;從測井曲線形態(tài)上分析，只有部分井徑臂顯示異常通常是井下懸浮物引起的，而套管變形各條井徑臂顯示的異常會有連續(xù)性;對每一個異常段都盡可能多地重復測量，必要時必須全井段復測，統(tǒng)一校正深度后在每一個異常段對多條復測曲線逐一對比，若某一井徑異常深度至少有一條曲線在該深度無異常顯示，可判斷該位置無變形，同時要積極與作業(yè)隊溝通，了解井下相關信息。

測井曲線實例如圖4 ～圖6 所示，因井下落物干擾，同一井段的三條測井曲線a、b、c，分別在651 m ～654 m、656 m ～659 m(圖4)，681 m ～682 m、701 m ～703 m、706 m ～710 m(圖5)，和665 m ～667 m、670 m ～673 m(圖6)顯示井徑異常，經(jīng)過對比，可以判斷該井段650 m ～710 m 沒有變形。

圖4 復測曲線a

圖5 復測曲線b

圖6 復測曲線c

2.3 注聚井結垢的影響

注聚井存在聚合物結垢，它的成分為聚合物絮狀物、粘土及機械雜質、鹽垢和硫化鐵。其對微粒具有很強的裹挾作用［6］。一部分注聚井的井下結塊對井徑曲線干擾很大，它與井下落物的情況有類似之處，但難點在于如果在某一深度井段結垢嚴重，就會導致各條重復曲線在這一深度都顯示異常，給測井資料分析帶來很大難度。

在測井過程中，如果測量井段至人工井底，在儀器探出遇阻深度后，應上提一小段距離，再按操作規(guī)程開始測量，避免儀器下埋太深，降低支開井徑臂帶出聚合物結塊的可能性;對每一個異常段都盡可能多地重復測量，每條曲線對比，某一井徑異常深度至少一條曲線無異常顯示，則判斷該深度位置無變形;觀察井徑曲線的異常形態(tài)，附著物造成的曲線異常通常出現(xiàn)臺階，套管變形顯示的井徑曲線弧度相對平滑;

對某一井徑異常深度，若各條復測曲線都能重合，則要觀察井徑曲線異常幅度。如果隨著測量次數(shù)的累加，異常幅度的大體趨勢在逐漸減小，則是聚合物結垢的可能性大，反之為套管變形。

測井曲線實例如圖7 ～圖9 所示，同一井段的三條測井曲線d、e、f，曲線d 有5 個位置顯示異常(圖7)，曲線e 異常位置有了些變化，914 m 的異常幅度有所減小(圖8)，又經(jīng)過數(shù)次反復測量測得曲線f(圖9)，914 m 已無異常。

2.4 高粘度流體的影響

測井過程中由于溫度、壓力、測量深度的原因導致流體粘度、密度過高，對井徑測量結果也有較大影響［7］，通常外界溫度過低或測井深度較淺的條件下容易出現(xiàn)此類狀況，多臂井徑儀測量臂單臂彈力較小，高密度、高粘度流體會降低測量臂的靈活性［8］，由此可能會增大測量誤差。

圖7 復測曲線d

圖8 復測曲線e

圖9 復測曲線f

在同一井段的前后兩次測井結果成像圖，如圖10、圖11 所示。對比兩圖分析可知，圖10 中井筒內出現(xiàn)凹槽的主要原因是兩條井徑臂并沒有完全張開，影響了測量結果，而在復測過程中又恢復了正常工作狀態(tài)(圖11)。

圖10 初次測量成像圖

圖11 復測測量成像圖

進行洗井能有效降低流體粘度、密度，同時為提高測量精度解決高粘度對測井結果的影響;從儀器結構入手，增加井徑臂的彈力，技術指標升級。

2.5 套管變形結構帶來的相對誤差

存在一部分套損井，井徑測量的變徑尺寸與作業(yè)隊打鉛印的結果相比較數(shù)值偏小。此類問題出現(xiàn)的主要原因是上、下兩個相近的變形點在井筒內兩側位置對稱，呈180°分布，構成“S”彎，作業(yè)隊通井時油管是連接在一起的，所以遇阻幾率較高，而測井儀器串是組合而成，因此能夠順利來回起下，正常測出變徑值。

3 結 論

1)通過測得的最大、最小井徑值計算折算半徑、套管壁厚能夠滿足對套損井檢測及評價的技術要求;

2)對多臂井徑測量結果的影響因素進行分析，提出相應的解決辦法，可以為井下精確測量變形尺寸及確定變形深度提供可靠依據(jù);

3)作為檢測套損的主要手段，多臂井徑有自身的局限性，如不能精確測量套管的縱向裂縫，只能檢查套管內壁損傷，同時有極個別井很難區(qū)分是套管變形或是井壁附著物的問題，因此與電磁探傷組合測井成為一種選擇，優(yōu)化改進多臂井徑儀，測井資料才能更直觀地反映井下狀況。

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