張 鈺

（中國(guó)石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

西北油田由塔河區(qū)塊、順北區(qū)塊和其他外圍區(qū)塊組成，奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層是其勘探開發(fā)的重點(diǎn)儲(chǔ)層，具有埋藏深、壓力系統(tǒng)多和地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)。

塔河區(qū)塊以碳酸鹽巖巖溶縫洞型油氣藏為主，井深一般為 6000.00～7000.00m，通常為三開井，以漏失井、小井眼井居多。測(cè)井施工以電纜測(cè)井和電纜鉆具輸送測(cè)井為主，漏失井大多免測(cè)。順北區(qū)塊是走滑斷裂控制的碳酸鹽巖超深層油氣藏，儲(chǔ)層平均埋深超過 7300.00m，井深普遍超過 8000.00m，油氣聚集存在明顯的差異，油氣聚集差異的主控因素包括走滑斷裂的通源性、縱向輸導(dǎo)性和分段性，鉆井時(shí)表現(xiàn)為斷裂附近普遍鉆遇放空或大量漏失，斷裂帶附近的儲(chǔ)層縱向上呈條帶狀分布[1-4]。隨著西北油田勘探開發(fā)程度不斷提高，順北區(qū)塊的勘探潛力逐漸顯現(xiàn)[5-6]，測(cè)井方面的問題也愈加突出。雖然順北區(qū)塊完鉆井?dāng)?shù)量不斷增多，但目的層測(cè)井資料獲取率偏低，問題主要表現(xiàn)在：鉆遇放空漏失或溢流等異常情況較多，從施工安全考慮無法進(jìn)行常規(guī)電纜測(cè)井；井深及硫化氫含量高，部分斜井或水平井中鉆具與套管環(huán)空間隙過小，鉆具輸送測(cè)井濕接頭對(duì)接難度大，一次成功率偏低，電纜超長(zhǎng)通訊不穩(wěn)定、易損傷，遇井控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)只能切斷電纜關(guān)井，電纜鉆具輸送測(cè)井風(fēng)險(xiǎn)較高。雖然，近年來常規(guī)泵出存儲(chǔ)式測(cè)井在部分油氣田得到應(yīng)用，但受工藝及儀器設(shè)計(jì)的限制，存在井控風(fēng)險(xiǎn)，且取得資料的優(yōu)質(zhì)率較低，難以滿足儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)要求[7-9]。

直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)是近年研制出的新一代無電纜鉆具輸送式測(cè)井系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下儀器運(yùn)行和受力狀態(tài)[10]、井下數(shù)字處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，不需要電纜，一次下井即可完成所有常規(guī)測(cè)井作業(yè)任務(wù)，與泵出存儲(chǔ)式測(cè)井系統(tǒng)相比不需要釋放儀器，同時(shí)自動(dòng)完成上測(cè)和下測(cè)，可大大提高作業(yè)時(shí)效和測(cè)井資料質(zhì)量，能自由組合完成復(fù)雜工況下的標(biāo)準(zhǔn)、綜合、能譜及交叉偶極子等測(cè)井項(xiàng)目。為此，西北油田應(yīng)用了直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝，大幅提高了目的層測(cè)井資料獲取率和完井效率，取得了很好的綜合應(yīng)用效果。

1 直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)及測(cè)井工藝

存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù)近幾年不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了泵出式、過鉆桿式和直推式工藝。

泵出式存儲(chǔ)測(cè)井工藝是用鉆具連接測(cè)井儀器及保護(hù)套下鉆到底，通過投球憋壓，將測(cè)井儀器釋放至保護(hù)套外，起鉆上提測(cè)井儀器完成測(cè)井。該工藝的主要缺點(diǎn)是：1）憋壓釋放時(shí)常監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)，導(dǎo)致測(cè)井儀器無法成功釋放；2）保護(hù)套通過能力有限；3）難以完成資料采集。

過鉆桿式存儲(chǔ)測(cè)井工藝是用鉆桿替代保護(hù)套，將鉆具下至指定井深后，測(cè)井儀器通過測(cè)井電纜下放至井底，然后釋放測(cè)井儀器，回收電纜后再上提鉆具完成測(cè)井。該工藝的主要缺點(diǎn)為：1）儀器外徑一般較小，測(cè)量精度及探測(cè)范圍有限；2）電纜釋放時(shí)間較長(zhǎng)，鉆具無法活動(dòng)，在長(zhǎng)裸眼段施工時(shí)極易發(fā)生壓差卡鉆；3）無法進(jìn)行下測(cè)，采集資料有限。

針對(duì)上述工藝的不足，研究了直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝。該工藝通過電磁波將井下部分測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)發(fā)送至地面以監(jiān)控井下儀器的工作狀態(tài)，同時(shí)將主要的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下儀器的存儲(chǔ)器中[11-12]。該工藝通過提高儀器各項(xiàng)指標(biāo)、完善配套設(shè)備，不需要釋放環(huán)節(jié)，直接連接鉆桿能大幅提高通過能力，完成上下測(cè)量，且能基本達(dá)到電纜測(cè)井儀器測(cè)量精度。

1.1 直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)組成

直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)由地面單元和集成化井下儀器串組成。其中，地面單元包括深度測(cè)量系統(tǒng)、系統(tǒng)檢測(cè)單元、司鉆顯示器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和UPS電源，集成化井下儀器串包括硬電極、姿態(tài)保持器、絕緣短節(jié)、四參數(shù)短節(jié)、電池短節(jié)、發(fā)射機(jī)主控單元、井下儀器、旋轉(zhuǎn)短節(jié)、柔性短節(jié)和伸縮短節(jié)等。按組合方式不同，井下儀器組合又分常規(guī)測(cè)井（含雙感應(yīng)-八側(cè)向、雙側(cè)向、自然電位、自然伽馬、井徑、聲波、中子、巖性密度和自然伽馬能譜等項(xiàng)目）和特殊測(cè)井（含核磁共振、偶極聲波成像和微電阻率成像等項(xiàng)目），常規(guī)測(cè)井工具串如圖1所示，特殊測(cè)井工具串如圖2所示。

圖1 直推式常規(guī)測(cè)井工具串示意Fig.1 Tool string sketch of direct-push conventional logging

連接好井下儀器后，地面系統(tǒng)直接下達(dá)工作指令，井下主控單元和各儀器單元開始工作，包括配置儀器采集表、開始工作延遲時(shí)間、停止工作延遲時(shí)間、斷電壓力門限和授時(shí)時(shí)間，然后連接鉆具開始下放作業(yè)。

圖2 直推式特殊測(cè)井工具串示意Fig.2 Tool string sketch of direct-push special logging

工作時(shí)，主控單元根據(jù)配置表定時(shí)向各測(cè)量單元發(fā)出指令，各單元立即將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給主控單元，同時(shí)完成本地存儲(chǔ)。主控單元接收完數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包存儲(chǔ)，同時(shí)將伸縮短節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)、張力短節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)、儀器狀態(tài)信息立即以電磁波形式發(fā)送至地面，地面解碼單元完成解碼后，立即將井下儀器的伸縮量、張力傳送至井口司鉆顯示器。

1.2 直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

最高工作溫度200℃，工作時(shí)間70h；最高工作壓力 170MPa；套管內(nèi)測(cè)速≤20m/min，套管外下測(cè)速度≤10m/min，套管外上測(cè)速度≤6m/min；井下儀器電池連續(xù)供電時(shí)間≥150h；壓斷力：通用儀器≤170kN，特殊結(jié)構(gòu)儀器≤50kN；常規(guī)儀器主體外徑為80.0mm，偶極子聲波儀最大外徑110.0mm。

1.3 直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝特點(diǎn)

從施工影響因素、復(fù)雜井況通過能力、測(cè)井方式、測(cè)井項(xiàng)目、測(cè)井質(zhì)量及井控風(fēng)險(xiǎn)等方面，對(duì)直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝與電纜鉆具傳輸測(cè)井和泵出式存儲(chǔ)測(cè)井工藝進(jìn)行了對(duì)比（見表1），發(fā)現(xiàn)直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝受各因素的影響較低[13-14]。

表1 直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝與其他測(cè)井工藝的特點(diǎn)對(duì)比Table1 Comparison of the characteristics of direct-push storage logging technology with other logging Technologies

直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）適用性強(qiáng)。可以在 “三超” （超深、超高溫、超高壓）井[14]、大斜度井、小井眼及目的層發(fā)生漏失、溢流等復(fù)雜工況的井使用，對(duì)復(fù)雜工況的適應(yīng)性強(qiáng)。2）安全性好。在復(fù)雜井中的通過能力強(qiáng)，處理工程問題的能力高，能夠保證井下儀器安全，避免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況；更突出的是在井控方面，可以按照常規(guī)井控流程及時(shí)響應(yīng)，達(dá)到本質(zhì)安全。3）精確度高，實(shí)時(shí)匹配鉆具長(zhǎng)度和跟蹤鉆具深度，深度測(cè)量精度高，自動(dòng)完成上測(cè)和下測(cè)，一次下井即可完成所有常規(guī)與特殊項(xiàng)目的測(cè)井作業(yè)任務(wù)，快速讀取井下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，深度匹配和處理數(shù)據(jù)，可大大提高作業(yè)時(shí)效和測(cè)井資料的質(zhì)量。

以井深 8000.00m、測(cè)量井段長(zhǎng) 500.00m 為例，根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泵出存儲(chǔ)式測(cè)井作業(yè)技術(shù)規(guī)范》（SY/T7308—2016）和中國(guó)石化西北油田分公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆具輸送測(cè)井操作規(guī)程》（Q/SHXB0078—2019）測(cè)算了不同測(cè)井工藝的測(cè)井用時(shí)，結(jié)果見表2。

表2 井深 8000.00m、測(cè)量井段 500.00m 條件下不同測(cè)井工藝測(cè)井用時(shí)對(duì)比Table2 Comparison of logging time at depth of8,000.00m and logging section of500.00m with different logging technologies

由表2可知，與其他2種測(cè)井工藝相比，直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝的時(shí)效性大幅度提高：無須使用電纜，一次下井即可完成所有常規(guī)與特殊測(cè)井項(xiàng)目，與泵出式存儲(chǔ)測(cè)井工藝相比，不需要釋放儀器，與電纜鉆具輸送測(cè)井工藝相比，不需要導(dǎo)向、電纜與儀器對(duì)接等環(huán)節(jié)。對(duì)比電纜鉆具輸送測(cè)井和泵出式存儲(chǔ)測(cè)井工藝，測(cè)井時(shí)間分別縮短了14h和7h，工作效率分別提高了39.1%和15.2%，表明直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝在時(shí)效上具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝已在西北油田超深井、復(fù)雜井、漏失井進(jìn)行廣泛應(yīng)用，截至目前累計(jì)在塔河區(qū)塊施工3井次，在順北區(qū)塊施工22井次，施工成功率100%。其中，順北區(qū)塊目的層測(cè)井資料獲取率從2017年（未應(yīng)用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝，完鉆11口井，只有5口井取得目的層測(cè)井資料）的31.25%提高至2020年（完鉆11口井，10口井應(yīng)用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝并取得目的層測(cè)井資料）的90.91%，目的層測(cè)井資料獲取率大幅度提高；另外，順北53-2H井四開標(biāo)準(zhǔn)直推存儲(chǔ)式測(cè)井創(chuàng)造了亞洲陸上最深定向井測(cè)井施工紀(jì)錄（8874.40m）?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝具有施工可靠、結(jié)果可信的優(yōu)勢(shì)，具備推廣價(jià)值。下面通過實(shí)例具體分析應(yīng)用效果。

2.1 測(cè)井資料質(zhì)量分析

直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)與哈里伯頓公司Excell2000測(cè)井系統(tǒng)在玉中2井的測(cè)井結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量井段為奧陶系鷹山組碳酸鹽巖地層。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，Excell2000測(cè)井系統(tǒng)所測(cè)電阻率高值部分較直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)稍高，但兩者形態(tài)基本一致，其余測(cè)井曲線接近重合，數(shù)值大小基本一致，證明直推式存儲(chǔ)測(cè)井的自然伽馬、補(bǔ)償聲波、補(bǔ)償中子、雙側(cè)向電阻率、自然伽馬能譜的測(cè)量值穩(wěn)定可靠，滿足測(cè)井評(píng)價(jià)要求。

2.2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.2.1 在漏失井中的應(yīng)用

受儲(chǔ)層特征影響，西北油田的塔河、順北區(qū)塊在鉆進(jìn)目的層時(shí)發(fā)生井漏的現(xiàn)象較為普遍。在發(fā)生失返性漏失后，為保證井下安全，一般不進(jìn)行測(cè)井，而是直接進(jìn)行完井測(cè)試。但目的層測(cè)井資料缺失，會(huì)嚴(yán)重影響塔河、順北區(qū)塊奧陶系油氣藏的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算及后期開發(fā)方案制定等工作。應(yīng)用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝后，這一問題得到一定程度的解決。

TH10443X 井設(shè)計(jì)井深 6748.00m，是典型的目的層發(fā)生失返性漏失的開發(fā)井，三開鉆至井深6470.00m時(shí)發(fā)生失返性漏失，此時(shí)井斜角為66°，無法建立循環(huán)，在不清楚井下情況的條件下強(qiáng)鉆至井深 6731.85m 提前完鉆，起鉆過程中又遇卡，用時(shí) 3h才解卡。該井鉆井液累計(jì)漏失量超過1400m3，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)空液面在井深1300.00m左右，井下情況相當(dāng)復(fù)雜，采用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝一次下井取全了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井資料，資料真實(shí)可靠。TH10443X井奧陶系部分井段的測(cè)井資料如圖3所示。

圖3 TH10443X 井奧陶系部分井段測(cè)井資料Fig.3 Logging data of some sections in Ordovician in the Well TH10443X

從圖3可以看出，TH10443X井儲(chǔ)層發(fā)育段巖性較純，自然伽馬、無鈾伽馬均呈低值，聲波時(shí)差略有增大，深、淺側(cè)向電阻率值相對(duì)上下圍巖的高電阻率值背景有所降低，并具有較明顯的正差異（深側(cè)向電阻率大于淺側(cè)向電阻率，即RD＞RS），伽馬、聲波時(shí)差及電阻率曲線均符合該地區(qū)儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)規(guī)律，滿足儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)要求。

可見，在如此復(fù)雜的井況下，采用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝，可以安全、高效、優(yōu)質(zhì)地取得常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井資料。

2.2.2 在小井眼及復(fù)雜井中的應(yīng)用

為滿足西北油田老井側(cè)鉆挖潛或復(fù)雜井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，最后一個(gè)開次越來越多地采用φ120.7mm鉆頭完成，這使測(cè)井面臨以下困難：1）鉆桿和套管間的環(huán)空間隙一般達(dá)不到《鉆具輸送測(cè)井操作規(guī)程》（Q/SHXB0078—2019）的要求；2）使用 φ88.9～φ92.0mm測(cè)井儀器時(shí)因井眼環(huán)空間隙太小、狗腿度大，難以通過。

玉中2井是部署在玉北區(qū)塊以奧陶系鷹山組為目的層的一口探井，完鉆井深7733.00m，完井鉆井液密度 1.19kg/L，鉆頭外徑 120.7mm，井底溫度 155℃。在復(fù)合鉆至井深7501.32m的過程中扭矩達(dá)13.7～14.3kN·m，頻繁憋停頂驅(qū)，井下工況十分復(fù)雜。其中，五開小井眼裸眼段長(zhǎng)達(dá) 740.00m（6993.00～7733.00m），起下鉆摩阻大于 200kN，采用常規(guī)測(cè)井工藝風(fēng)險(xiǎn)大。為此，選用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝，在該井段進(jìn)行自然伽馬、自然電位、井徑、補(bǔ)償聲波、補(bǔ)償中子、雙側(cè)向電阻率、自然伽馬能譜、井斜方位和偶極子聲波測(cè)井，順利完成了全部測(cè)井工作。

玉中 2 井 7332.00～7733.00m 井段共解釋Ⅲ類儲(chǔ)層12層，累計(jì)視厚度77.50m。部分解釋成果如圖4所示。

圖4 玉中 2 井奧陶系蓬萊壩組綜合解釋成果Fig.4 Comprehensive interpretation of the Ordovician Penglaiba Formation in the Well Yuzhong-2

由圖4可知，玉中2井儲(chǔ)層發(fā)育段聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子略有增大；深、淺側(cè)向電阻率值相對(duì)上下圍巖的電阻率值均呈明顯降低趨勢(shì)并具有一定的正差異（即RD＞RS），孔隙度測(cè)井曲線與電阻率測(cè)井曲線具有較好的相關(guān)性，儲(chǔ)層測(cè)井曲線響應(yīng)符合該地區(qū)儲(chǔ)層段電阻率降低，聲波時(shí)差和中子孔隙度均相應(yīng)增大的規(guī)律，可以滿足儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)要求，測(cè)試結(jié)果與測(cè)井解釋評(píng)價(jià)結(jié)果也較為符合。

2.2.3 在超深、高溫高壓復(fù)雜井中的應(yīng)用

順北55X井是西北油田順北區(qū)塊的一口探井，完鉆井深 8725.00m，井斜角 86.1°，井底壓力高達(dá)146MPa，井底溫度接近170℃。前期鉆井中出現(xiàn)遇阻、卡鉆等井下故障，鉆至井深8667.73m時(shí)放空0.21m，發(fā)生了漏失，氣測(cè)顯示活躍，同時(shí)存在環(huán)空小、無法進(jìn)行鉆具輸送測(cè)井的問題，測(cè)井施工面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)極高。經(jīng)過反復(fù)論證，最終采用直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝進(jìn)行測(cè)井。

第一趟下井順利取得標(biāo)準(zhǔn)和能譜測(cè)井資料，第二趟下井順利取得補(bǔ)償中子和偶極聲波測(cè)井資料。相比鉆具輸送測(cè)井，省略了安裝旁通短節(jié)、起下電纜、泵下槍對(duì)接、井口電纜導(dǎo)向和調(diào)校絞車同步等存在安全風(fēng)險(xiǎn)的工序，單次即可節(jié)約作業(yè)時(shí)間15h以上。測(cè)井資料質(zhì)量?jī)?yōu)良，能滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及地質(zhì)研究要求。

其中，正交偶極子聲波測(cè)井波列記錄齊全可辨，提取的單級(jí)縱波、橫波時(shí)差在儲(chǔ)層發(fā)育段具有明顯的響應(yīng)；儲(chǔ)層段縱波橫波能量和斯通利波能量均有一定程度的衰減，指示儲(chǔ)層具有較好的滲透性。斯通利波反射干涉圖像呈 “V” 字形或 “人” 字形，指示儲(chǔ)層段可能發(fā)育有裂縫。這表明正交偶極子聲波測(cè)井質(zhì)量較為可靠，可以滿足儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)要求。最終解釋為4層儲(chǔ)層，累計(jì)視厚度22.00m。其中，奧陶系鷹山組部分井段綜合解釋成果如圖5所示。

圖5 順北55X井奧陶系鷹山組部分井段綜合解釋成果Fig.5 Comprehensive interpretation of some well sections in the Ordovician Yingshan Formation in the Well Shunbei-55X

3 結(jié)論與建議

1）西北油田各區(qū)塊井況條件不同，表現(xiàn)出超深、高溫、高壓、大斜度、小井眼和多漏失等一系列復(fù)雜情況，現(xiàn)有測(cè)井儀器及配套工藝無法滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)需求，需要新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝來解決測(cè)井中存在的問題。

2）通過工藝對(duì)比、技術(shù)分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，認(rèn)為直推式存儲(chǔ)測(cè)井工藝能應(yīng)用于西北油田碳酸鹽巖油氣井測(cè)井。進(jìn)一步應(yīng)用表明，該工藝取得的測(cè)井資料質(zhì)量滿足常規(guī)儲(chǔ)層的解釋評(píng)價(jià)要求，可滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量計(jì)算需求，而且該工藝適用范圍井眼較大，從安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和提速提效等方面評(píng)價(jià)的結(jié)果均較好，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3）目前，直推式存儲(chǔ)測(cè)井系統(tǒng)的密度測(cè)井資料還沒有達(dá)到該系統(tǒng)測(cè)井時(shí)的偏心要求，難以取得合格的測(cè)井資料，建議對(duì)該測(cè)井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。