陳 輝，林作華，薛素麗，朱愛民，劉博達(dá)，徐蜀文，李 劍

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司華北分公司 河北 任丘 062550；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司物資裝備公司 陜西 西安 710201)

0 引 言

油田鉆井和修井過程中需要工程測井加以輔助[1-2]，如鉆具或油管遇卡后需要了解卡點位置，打撈時需要了解落魚深度、位置等[3-4]。有時現(xiàn)有儀器和工藝無法滿足這些測井需求，這就需要尋找新工藝、研制新儀器來完成這些任務(wù)。通過實踐，發(fā)現(xiàn)放射性和磁性方法是解決工程測井難題的兩大利器。下面介紹幾個放射性和磁性方法解決工程測井難題的創(chuàng)新應(yīng)用。

1 環(huán)空投入同位素微球測量油管卡點

油管遇卡后需要測量卡點位置以便采取進(jìn)一步措施。通?？梢酝ㄟ^上提油管，觀察張力與油管伸長的關(guān)系來大致判斷卡點位置[5-6]，也可以通過旋轉(zhuǎn)油管，觀察扭矩與轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系粗略判斷卡點深度。目前測量卡點位置一般采用卡點指示儀[7]。多年前，在沒有卡點指示儀的情況下，我們采用了一種獨特的方法成功測得了卡點位置。這種方法就是在油管與套管的環(huán)形空間投擲同位素微球并在油管內(nèi)下入伽馬儀器測量伽馬曲線。

任××井是一口電潛泵生產(chǎn)井。該井在檢泵作業(yè)時不慎將電纜滑落，卡住油管，下放和上提油管都不能解卡。采油廠希望能夠測出電纜堆積的深度或卡點位置，從而為下一步采取措施提供依據(jù)。為了實現(xiàn)這一目的，采用1×107Bq左右的131Ba同位素微球與100 mL左右的沙子攪拌后倒入油管與套管的環(huán)空。為了防止同位素在路徑上沾污，在環(huán)空中灌入了適量水。最后，將伽馬磁性定位組合儀從油管中下入測井，測到了電潛泵電纜堆積的深度。圖1為任××井示意圖，圖2為伽馬(同位素)、磁性定位測井曲線。圖2中伽馬(同位素)曲線的峰值所指示的是同位素堆積的位置，也就是油管卡點深度，其深度為167 m。測井中所用的131Ba是吸水剖面測井常用的同位素，其半衰期僅為11.6 d[8]，粒徑為400～900 μm，密度為1.03～1.06 g/cm3。1×107Bq左右的131Ba同位素不會產(chǎn)生環(huán)境危害。

圖1 任××井示意圖

圖2 任××伽馬磁性定位曲線

2 自制偏心磁性定位儀器找鉆具落魚

磁性定位是測量鉆具魚頂深度的有效方法[9]。但其徑向探測深度有限，一般不會超過0.4 m。為了增加磁性定位儀器的徑向探測深度，并且測量魚頭的相對方位，研制了偏心磁性定位儀器。

文××井是一個多年前發(fā)生鉆具掉落的事故井，魚頭深度大約為282 m。現(xiàn)在打算利用該區(qū)塊建立儲氣庫，需要對該井進(jìn)行封井處理。封井過程中需要測量落魚深度和相對現(xiàn)井眼的方位。最初采用磁性定位、連斜、陣列感應(yīng)、電磁探傷等儀器進(jìn)行測井，效果不理想。于是，研制了偏心磁性定位裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 偏心磁性定位裝置

偏心磁性定位裝置由鉆桿接頭、不銹鋼管、導(dǎo)錐、儀器接頭、電纜接頭和小直徑磁性定位儀器等構(gòu)成。偏心裝置的上端為鉆桿接頭，鉆桿接頭與導(dǎo)錐之間用4個不銹鋼管連接。在導(dǎo)錐上每隔90°焊接了一個儀器接頭，接頭靠近導(dǎo)錐的邊緣。具體在哪一個儀器接頭上連接磁性定位儀器需要將偏心裝置與彎鉆桿連接后再定，彎鉆桿所指的方向就是連接儀器的方向,如圖4所示。

圖4 偏心磁性定位測量管柱

偏心磁性定位裝置被安裝在彎鉆桿的下面，電纜從電纜頭一直連接到地面。旋轉(zhuǎn)鉆桿可以使磁性定位儀器靠近或遠(yuǎn)離落魚。采用鉆具傳輸測井，當(dāng)磁性定位儀器靠近魚頭上提測井時就有可能測量到魚頭信號。當(dāng)測量到的磁性信號最大時，在鉆具水眼內(nèi)下入陀螺儀器就可以測量到彎鉆桿的指向，從而得知了魚頭相對于現(xiàn)井眼的方位。

在文××井測井前，在鉆井平臺上將井周等分16等份，把正對北方的位置標(biāo)為0°或16°，用鉆具將磁性儀器下過魚頂(282 m)深度，在鉆具上正對北方的位置做好標(biāo)記。上提鉆具進(jìn)行磁性定位測井，觀察磁性定位曲線有無異常變化。文××井測井過程中，前2個位置磁性定位在魚頭位置均無反應(yīng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到第3個角度時，測量到了明顯的磁性定位信號。當(dāng)時由于沒有陀螺儀器，因此采用直接上提鉆具觀察彎鉆桿指向的方法，最終確定落魚相對新井眼的方位為185°左右，距離不超過0.4 m。鉆井隊根據(jù)我們提供的數(shù)據(jù)重新鉆井，打到了魚頭，出現(xiàn)了跳鉆的現(xiàn)象，并且在泥漿中撈到了鐵屑。雖然由于地層的特殊性，此井摸魚沒有成功，但是我們收獲了一種測量魚頂?shù)姆椒ā?/p>

3 外置放射性源和探測器測量套管內(nèi)狀況

1993年華北油田趙××井發(fā)生井噴和硫化氫傷人事故。當(dāng)時，對周圍很多井進(jìn)行了緊急處理。2017年，為了徹底消除隱患，準(zhǔn)備對該井進(jìn)行再次處理。由于缺少記錄，不知道套管內(nèi)情況，油田公司提出在不開井情況下測量管內(nèi)有無水泥、油管等信息。為此提出了利用伽馬源和探測器進(jìn)行監(jiān)測的方法[10]。即在套管的一側(cè)放一個伽馬源，另一側(cè)放置一個探測器，通過監(jiān)測伽馬射線的衰減情況來分析套管內(nèi)部情況，如圖5所示。

圖5 套管監(jiān)測示意圖

具體方案是做幾個標(biāo)準(zhǔn)模型，利用伽馬源和探測器進(jìn)行監(jiān)測，記錄其計數(shù)率，再去測量趙××井露出地面的套管對伽馬射線的衰減，通過對比就可以知道趙××井接近于哪一種模型。于是，分別準(zhǔn)備了空套管、澆鑄水泥的套管、空套管+油管、套管與油管之間澆鑄水泥等4個模型。用伽馬源和探測器進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)見表1。

表1 4種模型的監(jiān)測計數(shù)率

在趙××井上，實際進(jìn)行測量時得到的計數(shù)率為224cps，與空套管+油管的模型接近，由此推斷趙××井內(nèi)為空套管和油管。此結(jié)果后來得到了證實。

4 采用管外放射性浮子測量油水界面

鹽穴儲氣庫造腔過程中需要在腔體內(nèi)注入清水溶蝕鹽層，形成飽和鹵水后再將其排除出。這一過程需要往復(fù)進(jìn)行，進(jìn)而實現(xiàn)擴大鹽腔的目的。鹽穴造腔示意圖如圖6所示。為了使鹽腔達(dá)到設(shè)計的形狀，需要在7 in(1 in=25.4 mm)測試管柱外面注入柴油，通過控制油水界面高度來達(dá)到腔體形狀的目的。油水界面位置是變化的，需要經(jīng)常監(jiān)測。國外在鹽穴造腔過程中監(jiān)測管外油水界面的方法有兩種，一種是脈沖中子法[11]，另一種是多電極法[12]。脈沖中子法測井費用較高，多電極法測量跨度小(一般為2 m)。作為一種嘗試，我們試驗了在7 in測試管柱外放置放射性浮子，并且在4in油管下入伽馬儀器測量油水界面的方法。

圖6 鹽穴造腔示意圖

利用浮子測量油水界面需要解決以下3個問題：

1)如何制作合適的浮子。柴油的密度為0.84 g/cm3，飽和鹵水的密度為1.33 g/cm3，因此把浮子的密度設(shè)計為1 g/cm3左右即可。選用了密度為1.4 g/cm3的聚酰亞胺掏空后注入柴油的設(shè)計。通過計算，得到了理想的浮子。

2)如何測量到浮子。在浮子中放入了少量放射性物質(zhì)60Co,在4in油管內(nèi)使用伽馬儀器可以測量到7 in測試管外的浮子。

3)如何使浮子不會遠(yuǎn)離7 in測試管。把浮子放在不銹鋼管內(nèi)，浮子在不銹鋼管內(nèi)可以自由活動，不銹鋼管被固定在7 in測試管外面，如圖7所示。

圖7 不銹鋼管安裝照片

在JK××井的施工過程中共放置了6個浮子，它們分別放置在6根7 in測試管上，總監(jiān)測跨度為60 m。圖8為JK××井測井曲線。圖中綠線為注柴油前所測伽馬曲線，紅線為注柴油后的伽馬曲線?？梢钥闯?，注柴油前井中為鹽水，6個浮子都處在7 in測試管的頂端。注柴油后第6根和5根測試管外的浮子移動到了管的下端。第4根測試管外的浮子則從1 043.4 m向下移動到1 051.1 m。而第1、2、3個浮子位置沒有變化。由此確定第4個浮子的深度就是油水界面位置，即1 051.1 m。

圖8 JK××井測井曲線

5 磁性定位探測鋼絲魚頂

一般情況下，測量油管或套管內(nèi)落物魚頂深度采用下放測井記錄張力的方法，張力減小的位置就是魚頂深度。但是如果落魚是小直徑的測試鋼絲，當(dāng)測井儀器和加重到達(dá)魚頂位置時一般不會遇阻，所以無法觀察到張力的變化。打撈鋼絲一般需要先用造彎工具造彎，然后再下打撈矛打撈。造彎工具下深非常關(guān)鍵。下淺了不能造彎，下深了造彎太多，可能造成打撈遇卡。因此準(zhǔn)確測量鋼絲魚頂深度非常重要。通過摸索，我們發(fā)現(xiàn)使用磁性定位儀器可以準(zhǔn)確測量到鋼絲魚頂位置。

圖9 蘇××井測井曲線

6 電磁探傷儀器測量套管扶正器

在斜井或水平井中加入套管扶正器有助于改善固井質(zhì)量，但是使用扶正器可能使管柱下入困難。對于固井質(zhì)量不好的井，有時會懷疑是否使用了套管扶正器。電磁探傷儀器主要用途是測量套管或油管的腐蝕和變形[13]。通過分析其工作原理，我們認(rèn)為它有可能測量到套管外的扶正器，于是進(jìn)行了嘗試性應(yīng)用，取得了非常好的效果。圖10是一個用電磁探傷測量套管扶正器的應(yīng)用實例。在套管內(nèi)測量電磁探傷，觀察套管壁厚曲線就可以得知是否加裝了套管扶正器。

圖10 電磁探傷測井曲線

7 結(jié) 論

以上幾個實例是從需求入手，采用放射性和磁性測井方法，改進(jìn)工藝、拓展儀器用途、研制新儀器的嘗試。放射性測井的擴展應(yīng)用包括環(huán)空落物深度位置的確定、套管內(nèi)結(jié)構(gòu)的判斷；磁定位測井可用于魚頂方位的探測、儲氣庫油水界面的監(jiān)測；電磁探傷測井可用于管外扶正器位置的探測。幾種創(chuàng)新應(yīng)用均取得了滿意的效果。