井下視像技術(shù)在魯邁拉油田大斜度井修井作業(yè)中的應用

占煥校，冀成樓，崔可平，索明武

(中國石油伊拉克公司魯邁拉項目作業(yè)部，北京 100120)

摘要：井下視像技術(shù)可獲得直觀、清晰的井下井筒圖像，有助于快速識別井況并為后續(xù)作業(yè)提供相關(guān)信息和依據(jù)。針對魯邁拉油田大斜度井在修井作業(yè)過程中存在的小井眼井筒尺寸限制、井況復雜、難以掌握井底實際情況等作業(yè)難題，引入了井下視像新技術(shù)，從作業(yè)管柱內(nèi)下入井下視像工具對井筒進行實時檢測和分析。多個方面的現(xiàn)場應用實例表明，井下視像技術(shù)在大斜度井的井筒檢測、井況分析及打撈作業(yè)諸方面能夠有效提高診斷精度及作業(yè)效率，縮短作業(yè)周期，降低作業(yè)成本。同時，井下視像技術(shù)對于觀測井底落魚及管柱損壞情況、檢查射孔質(zhì)量及分析井筒損壞機理等工作均具有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞:井下視像技術(shù);大斜度井;修井作業(yè);魯邁拉油田

中圖分類號：TE358

作者簡介：第一占煥校(1983年生)，男，碩士，工程師，2008年畢業(yè)于中國石油大學(華東)，現(xiàn)主要從事修井工程及現(xiàn)場作業(yè)協(xié)調(diào)管理工作。郵箱：zhanhuanxiao@cnpcint.com。

Application of Downhole Video Technology to High Angle Well

Workover in Rumaila Oilfield

Zhan Huanxiao, Ji Chenglou, Cui Keping, Suo Mingwu

(PetroChinaIraqFZEInternational,Beijing100120,China)

Abstract：Downhole video technology can provide valuable wellbore information for the forward operations with its timely clear and stable images. In order to solve the downhole technical problems of wellbore diameter’s limitation and complex underground condition during workover operation in high angle well, the downhole video technology was introduced to obtain the necessary downhole wellbore real-time information in Rumaila Oilfield. The field applications showed that downhole video technology could provide an effective method to improve diagnostic accuracy and work efficiency, reduce operation time and cut the overall cost of workover operations in high angle well. The application also had a good guiding significance for investigating downhole fish or tubular condition, detecting perforation quality and analyzing the mechanism of wellbore damages.

Key words: downhole video technology; digh angle well; workover operation; Rumaila Oilfield

魯邁拉油田現(xiàn)有1000多口油水井，經(jīng)過40多年的開發(fā)，受油藏壓力遞減、水層推進及部分井底H2S、CO2腐蝕介質(zhì)的影響，油田部分老井因井筒完整性問題而停產(chǎn)，如套管腐蝕穿孔、作業(yè)或完井管柱斷脫墜井、井口設(shè)備嚴重腐蝕、井口及方井周圍出現(xiàn)的氣體或液體溢流等，需要進行打撈落魚、擠水泥封堵漏失套管段、隔離水層或重新射孔等修井作業(yè)。在修井作業(yè)過程中，高效完成井下作業(yè)的前提：在作業(yè)前，盡可能全面地掌握井底情況和井史資料，同時在作業(yè)過程中正確地分析和判斷井下狀況并發(fā)出高效的作業(yè)指令。大部分老井因年代久遠，井史資料大多無從查起，加之井筒受腐蝕、擠壓變形等影響，難以獲知實際井筒信息。在后期修井過程中通常需要采用下測井電纜、封隔打壓、鉛模打印等多種措施，以期獲得井筒的詳細資料和數(shù)據(jù)，為制訂下一步的作業(yè)計劃和方案提供依據(jù)。此外，油田還存在數(shù)十口采用小井眼尾管(如φ114mm套管)完井的大斜度開采井，井深普遍在3300m左右、造斜點在2200m以上。在修井作業(yè)中，管柱受尾管井筒內(nèi)徑及井眼曲率的限制及摩擦力、附加軸向力的作用[1-5]，井下工具極易在小井眼大斜度井段內(nèi)遇卡，作業(yè)難度更大，起下作業(yè)工具時間更長，且采用常規(guī)測井、鉛模打印等方法難以獲知復雜的井底情況及井壁形態(tài)。早期有部分小井眼大斜度井在多次鉛模打印無結(jié)果后不得不采取暫時棄井措施。

井下視像技術(shù)圖像直觀清晰、實時性好、作業(yè)成本較低[6-9]，在近兩年來在魯邁拉油田大斜度井的井筒形貌檢測、井下落魚打撈、射孔質(zhì)量檢測等方面獲得了良好的現(xiàn)場應用效果。對井筒井壁及井底圖像的分析判斷，有助于工作人員正確判斷井況并為制訂后續(xù)施工方案提供可靠依據(jù)。目前，井下視像新技術(shù)在診斷魯邁拉油田大斜度井的井下復雜情況時得到了大范圍的應用。

1 井下視像系統(tǒng)

井下視像系統(tǒng)可實現(xiàn)在井下預定位置進行攝像并將圖像傳送回地面接收裝置，通過分析圖像實現(xiàn)對井筒狀況的實時監(jiān)測。目前主要存在4類井下視像系統(tǒng)，分別是光纖電纜視像系統(tǒng)、同軸視像系統(tǒng)、單芯電纜視像系統(tǒng)和鷹眼視像系統(tǒng)。其中，鷹眼視像系統(tǒng)以其攜帶方便、可在井底連續(xù)移動、圖像信息質(zhì)量高及適應性強等優(yōu)勢而被廣泛應用于各類復雜的井下作業(yè)中。

1.1 構(gòu)成

井下視像系統(tǒng)由井下攝像設(shè)備及地面接收設(shè)備構(gòu)成。井下攝像設(shè)備主要包括井下攝像頭、照明裝置、電子裝置和扶正器等(圖1)；地面接收設(shè)備主要由地面控制器、應用軟件及筆記本電腦組成。這兩種設(shè)備之間通過普通測井電纜進行連接并傳輸信號。

圖1　井下攝像設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1　Schematic diagram of downhole video equipment 1—井下攝像頭；2—照明裝置；3—扶正器； 4—電子裝置；5—扶正器；6—電纜

1.2 工作原理

井下視像系統(tǒng)主要利用光學成像原理，用測井電纜將井下攝像頭及照明裝置等組件下入井底預設(shè)位置后，通過地面控制器調(diào)節(jié)照明裝置LED燈的強度及井下攝像頭的旋轉(zhuǎn)角度進行攝像，并可在電纜的下降過程中快速采集下向或側(cè)向視圖(幀頻為1～30f/s)，所拍攝的分組圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮和編碼調(diào)制后通過測井電纜傳輸?shù)降孛婵刂破?。?jīng)地面控制器解碼、解壓縮和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，將原始圖像及相關(guān)信息顯示在監(jiān)視器或電腦屏幕上。為便于觀察和分析，作業(yè)過程中選擇灰度單幀圖像進行保存，并自動生成視頻文件，同時還可自動記錄拍攝的深度、井斜及方位。所用的井下視像系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　井下視像系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)表

1.3 優(yōu)點

井下視像技術(shù)的最大優(yōu)點是可提供直觀的井底實時圖像信息，有助于技術(shù)人員快速識別及判斷井下問題。與鉛模打印相比較，克服了因信息不足而導致的分析失真及后續(xù)可能遇到的不當處理方法，節(jié)省了作業(yè)工時。同時，通過普通測井電纜傳輸信號，可在較深的井底進行檢測，耐壓耐溫性能良好，耐酸堿腐蝕性強。

2 解決措施

魯邁拉油田的大斜度井大多采用φ114mm尾管完井(圖2)，井眼尺寸較小，作業(yè)管柱極易在尾管頭或小井眼的尾管段內(nèi)遇阻。此外，井下攝像設(shè)備自身的一些工作特點和局限性對修井作業(yè)也提出了較高的要求，在一定程度上制約其應用范圍。操作過程中需要考慮的主要因素有：

圖2　大斜度舊井的井筒及作業(yè)管柱示意圖 Fig.2　Schematic diagram of high angle well and work string

(1)連接電纜為軟索類傳輸介質(zhì)，需要靠井底儀器的自重(或加重棒)下入井底，當井斜過大時，則需要借助專用測井爬行器將電纜連同井下攝像設(shè)備一起下入大斜度井段。

(2)井下攝像頭無法在油相或混濁液體介質(zhì)中進行觀測，對入井液的潔凈度要求極高，而油井作業(yè)時井筒內(nèi)一般都存在不透明液體介質(zhì)，尤其是井底落魚頂部還可能存在固相顆粒沉積。

(3)φ114mm尾管的井筒尺寸較小，在起下電纜及井下攝像設(shè)備時，電纜及井下攝像頭難免會刮碰腐蝕或變形的井壁而遇卡，易造成電纜及井下攝像設(shè)備受阻或后期作業(yè)墜井。

(4)井下視像系統(tǒng)最前端是精密的井下攝像設(shè)備，在下入至大斜度井的尾管頭及小井眼斜井段時極易因遇阻或撞擊而損壞攝像頭，或在起出過程中遇阻而與電纜纏結(jié)在一起。

針對以上現(xiàn)場作業(yè)難題，制訂了以下主要解決措施：

(1)在電纜安全張力范圍內(nèi)，將額外的加重棒和井下攝像設(shè)備隨電纜一同下井，用于增加井下儀器的質(zhì)量和長度。

(2)盡量保持井筒內(nèi)井液的潔凈度(要求入井液混濁度指標NTU<10)。為獲得清晰的井底圖像，在下入井下攝像設(shè)備前對需要觀測井段的井壁進行刮削，降低儀器入井過程中受黏附于井壁的雜質(zhì)的影響，循環(huán)洗井并向井內(nèi)替置清潔的入井液，必要時可考慮向井內(nèi)泵入先期替置液(高黏劑和表面活性劑)。同時，為防止密封脂對井液潔凈度的干擾，作業(yè)管柱下井時僅在外螺紋端涂抹螺紋脂。

(3)為解決井下攝像設(shè)備在入井過程中的遇阻問題及便于后續(xù)可能的打撈作業(yè)，根據(jù)魯邁拉油田修井作業(yè)情況，加工了一批配套作業(yè)管柱：在保證入井管柱抗拉強度的基礎(chǔ)上，在φ73mm VAM TOP油管接箍兩端加工20°倒角，并將接箍外徑由φ89mm減薄至φ80mm，油管接箍的抗拉及抗壓性能均為原來的80%。井下攝像設(shè)備從作業(yè)管柱內(nèi)下入井中，避免了與尾管頭及原井套管壁接觸。

(4)在下入井下攝像設(shè)備前應預先了解井底落魚位置、觀測深度、井筒形態(tài)，并在接近觀測點時減速下放，防止井下攝像設(shè)備因撞擊而損壞鏡頭或者遇阻使電纜纏結(jié)而無法順利退出。此外，井下攝像設(shè)備在入井及起出過程中，均應按照速度要求操作。

3 現(xiàn)場作業(yè)

(1)下入作業(yè)管柱到設(shè)定位置，管柱緩慢通過φ114mm尾管頂部，并確保專用作業(yè)管柱處于造斜井段上。

(2)連接泵壓管線與井口閥門并試壓。低壓2MPa、高壓20MPa均穩(wěn)壓10min，試壓成功后泄壓并做好記錄。

(3)泵入1.5倍于井筒容積的壓井液進行反循環(huán)洗井，確保井筒內(nèi)的井液清潔，便于攝像頭正常工作；泵速為0.5m3/min，泵壓為5.5MPa。不潔凈的返出液不得重新泵入井筒。

(4)將測井絞車、電纜防噴器及泵車(含泵入接頭)安排到位，連接好后按照作業(yè)要求對電纜防噴器進行試壓。低壓1.5MPa穩(wěn)壓 5min，高壓10MPa穩(wěn)壓10min；將電纜防噴器的連接活接頭與井下攝像設(shè)備相連并試壓到10MPa。

(5)檢查并涂抹鏡頭表面活性劑，防止油污黏附于鏡頭與光源燈罩上。連接井下攝像設(shè)備并進行功能性測試，確保各個元器件工作正常。

(6)將井下攝像設(shè)備連同加重棒及測井電纜下入預定位置后開啟光源進行攝像。最大下入速度為45m/min，如果有遇阻情況則減緩至9m/min。若無法獲得清晰的井底圖像數(shù)據(jù)，則向井筒內(nèi)泵入凈化處理的壓井液；如果攝像頭遇阻，則提出重新清洗并涂抹表面活性劑。

(7)作業(yè)結(jié)束后，起出井下攝像設(shè)備。最大起出速度為45m/min，若有遇阻現(xiàn)象則將速度降至15m/min。井下攝像設(shè)備在退回到專用作業(yè)管柱內(nèi)時需要控制好速度及上提力，以防遇阻或斷脫。

4 典型實例及效果評價

井下視像技術(shù)已應用于魯邁拉油田大斜度井的修井作業(yè)，在檢查射孔質(zhì)量、觀測井底落魚及管柱形態(tài)、分析井筒腐蝕及受損情況等方面均取得了良好的效果，為后續(xù)修井作業(yè)方案的快速制訂及更新提供了信息和依據(jù)。

4.1 典型實例1——Ru162z井

該井造斜點在2330m，φ114mm尾管下到3661m(尾管頭位置在2222m)，人工井底在3626m。電纜射孔后提出射孔槍時曾在3480m遇阻，隨后不久該井停噴，連續(xù)油管作業(yè)采用鉛模打印僅發(fā)現(xiàn)一側(cè)存在鋒利的劃痕，下?lián)仆泊驌魄疫B續(xù)油管循環(huán)洗井、氮氣氣舉作業(yè)均未見效后轉(zhuǎn)入大修作業(yè)。將井下攝像設(shè)備從作業(yè)管柱底端3474m處繼續(xù)下放至3477m處并拍攝，拍攝到的側(cè)向井壁射孔段圖像(圖3a)，發(fā)現(xiàn)之前射孔作業(yè)未有效穿透尾管。接入一根短節(jié)，循環(huán)洗井后再次下入井下攝像設(shè)備，在3483m處開啟下向攝像頭拍攝，顯示只有少量沉積物，沒有落魚(圖3b)。后續(xù)修井施工作業(yè)以此為依據(jù)，在刮削井壁后直接下入較大口徑射孔槍射孔后完井取得成功。

井下視像系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)和解決了原井存在的射孔質(zhì)量問題，整個起下時間在5小時以內(nèi)，比下管柱鉛模打印方案節(jié)約了60多個小時，加快了作業(yè)進度，并獲得了準確、可靠的井筒信息。

圖3　Ru162z井井下視像系統(tǒng)拍攝圖像 Fig.3　Downhole video images in Ru162z well

4.2 典型實例2——Ru321y井

Ru321y井是一口大修井，造斜點為2446m，采用φ114mm尾管完井。井底落魚位置在3213m，包括35mm電纜頭、φ54mm×1.5m加重桿、φ54mm×6m射孔槍及約40m殘余電纜等。

前期修井下入多次打撈工具均告失敗，未發(fā)現(xiàn)電纜；下鉛模打印顯示落魚頂部沒有纏繞太多的電纜線，但在鉛模一側(cè)有嚴重變形(圖4a)。井下攝像設(shè)備從作業(yè)管柱底端3208m處繼續(xù)下行并拍攝至3210m，觀測到落魚的魚頂為電纜頭(圖4b)；分析獲得的圖像信息后下入卡瓦式撈筒、電纜撈矛和平底磨鞋等組合工具打撈出射孔槍、加重桿及殘余電纜，循環(huán)洗井后射孔并順利完井。

井下攝像設(shè)備的起下作業(yè)時間僅為3小時，極大地提高了井底落魚打撈作業(yè)效率。

圖4　Ru321y井井底落魚圖像 Fig.4　Downhole fish images in Ru321y well

4.3 典型實例3——R488z井

R488z井造斜點為2180m，采用φ114mm尾管完井，原井停噴后轉(zhuǎn)為修井作業(yè)，計劃由自噴井轉(zhuǎn)為電泵井。修井過程中下入多趟3in銑鞋磨銑，并反循環(huán)洗井帶出零星的鐵屑射孔槍碎片；但向井底泵入高黏劑后，正循環(huán)洗井多次出現(xiàn)管柱遇堵現(xiàn)象。為探究井底具體情況，下入作業(yè)管柱及井下攝像設(shè)備，獲得的圖像(圖5)均表明，射孔位置的套管存在嚴重的腐蝕穿孔現(xiàn)象。經(jīng)查明原因是套管腐蝕，而后修訂了作業(yè)方案，對原射孔段酸洗后重新射孔、完井，取得成功，省去了原作業(yè)方案中的刮削、打撈及洗井等多趟試探性工序。

圖5　R488z井井下視像系統(tǒng)拍攝圖像 Fig.5　Downhole video images in R488z well

5 結(jié)束語

(1)井下視像技術(shù)在大斜度井修井作業(yè)過程中多次應用，效果顯著。針對大斜度井修井作業(yè)過程中遇到的井下復雜疑難井況，利用井下視像技術(shù)能夠獲得直觀、清晰的井底圖像，有助于提高對井下井筒問題的分析和處理能力，節(jié)約了作業(yè)時間及成本。

(2)井下視像系統(tǒng)對入井液的潔凈度要求極高，在下入井下攝像設(shè)備及操作過程中要盡可能保持井液清潔。若發(fā)現(xiàn)設(shè)備下行遇阻或者鏡頭模糊時，應及時取出并清洗鏡頭。同時，需要避免用井下攝像工具去探落魚魚頂并控制其起下速度，防止下放過程中鏡頭損壞、遇阻，使電纜打結(jié)及在上提過程中遇卡。

(3)井下視像系統(tǒng)操作方便，現(xiàn)場工作適應性強，可廣泛應用于各類復雜的井下作業(yè)，對觀測井底落魚及管柱損壞情況、檢查射孔質(zhì)量、分析井筒腐蝕及損壞機理等方面都有重要指導意義。

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