崔自強(qiáng)，朱晨明

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457）

0 引言

放射源測井是一項(xiàng)特殊的作業(yè)，在石油勘探過程中，放射性測井在分析地層的元素組成、確定地層孔隙度、劃分地層巖性等方面發(fā)揮了重要作用[1-2]。但是由于放射源的特殊性，對環(huán)境和生物的危害較大。因此，涉及放射源的作業(yè)都是特殊作業(yè)，需要高度重視。在放射性測井帶源作業(yè)前，需對作業(yè)井的基本情況及作業(yè)環(huán)境熟知并調(diào)研，做好防范預(yù)案。

1 放射源打撈作業(yè)的背景

油田開發(fā)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的放射性污染主要來源于放射源落井，其發(fā)射出的伽馬射線和中子射線會對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害，對生態(tài)環(huán)境也會造成極大的破壞，因此放射源的打撈預(yù)案是十分必要的[3]。放射源能否進(jìn)行打撈作業(yè)，與儀器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)有關(guān)，本文以具備打撈設(shè)計(jì)的斯倫貝謝ADN工具為例，介紹打撈作業(yè)中需要注意的事項(xiàng)。某井12-1/4"井段，鉆進(jìn)至3 306 m中完井。在起鉆過程中，測井鉆具組合長起至1 274.73 m遇阻（1 245～1 272 m測點(diǎn)狗腿2.6°，1 258～1 283 m為旋轉(zhuǎn)井段），司鉆過提20 t左右（正常上提71 t，中和懸重68 t，最高提至91 t），后下壓至30 t左右，發(fā)生卡鉆事故，活動空間1 274.73～1 275.69 m，開泵正常，正常循環(huán)，泵壓穩(wěn)定，鉆具無法轉(zhuǎn)動（開轉(zhuǎn)蹩停頂驅(qū)）。該井井下放射性測井工具為：8-1/4"ADN，密度源為CS-137，活度為1.7 居里；中子源核素為Am-Be241，活度為10 居里。放射源打撈設(shè)計(jì)打撈工具，井下儀器組合，打撈絞車負(fù)載等問題。

2 放射性測井工具

在隨鉆測井中，放射性測井是以地層和井內(nèi)介質(zhì)的核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的地球物理方法。測井時，用探測器在井中連續(xù)測量由天然放射性核素發(fā)射的或由人工激發(fā)產(chǎn)生的核射線，以計(jì)數(shù)率或標(biāo)準(zhǔn)化單位記錄射線強(qiáng)度隨深度的變化，也可直接轉(zhuǎn)換成測井分析所需要的地球物理參數(shù)，以更直觀的形式進(jìn)行記錄。

2.1 ADN工具簡介

ADN是斯倫貝謝方位密度和中子孔隙度儀器的簡稱，可測量地層的密度和孔隙度、光電指數(shù)等。

ADN的測量值對地層評價(jià)具有重要意義，可以得出地層密度、中子及井眼超聲波等參數(shù)，得到比較合理的體積孔隙度，進(jìn)行定性的地層評價(jià)[4]。同時，成像導(dǎo)出密度、井眼校正中子孔隙度，超聲波井徑和密度測量井徑作為ADN工具在密度、中子和井徑測量方面的高級測量產(chǎn)品，已得到廣泛應(yīng)用。

在ADN工具旋轉(zhuǎn)時將整個井眼劃分成均勻16個扇區(qū)，密度探測器所測量數(shù)據(jù)被編譯寫入這些扇區(qū)中。中子傳感器負(fù)責(zé)讀取中子數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分為整體平均值和4個象限的平均值。超聲波數(shù)據(jù)也是象限性的平均讀值。

2.2 基本理論

2.2.1 密度測量原理

ADN密度測量原理與電纜的測量原理類似，采用Cs137伽馬源與2個碘化鈉晶體探測器測量（分為長距離和短距離）。測井放射源發(fā)射伽馬射線，經(jīng)過地層衰減后返回射線探測器。傳感器按照伽馬射線的能量進(jìn)行分類。每個能量級別區(qū)間記錄不同的數(shù)量，因此，每個能量區(qū)間可反映出地層的某種屬性和特征，如體積密度和光電指數(shù)。利用長短距離兩個探測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行井眼補(bǔ)償，校正擴(kuò)徑或者非光滑井壁的影響，給出可靠的密度數(shù)據(jù)。密度的環(huán)空間隙校正利用脊-肋校正圖補(bǔ)償技術(shù)，使得即便環(huán)空間隙增至最高25.4 mm時仍能確保密度值的準(zhǔn)確性。

2.2.2 中子孔隙度測量原理

ADN工具中子孔隙度測量利用強(qiáng)度10居里的Am241-Be镅鈹中子放射源和兩排氦3探測器來測量地層中子孔隙度。AND可以測量整體平均性和方向性地層中子孔隙度。中子源向地層發(fā)射高能量中子束，與地層發(fā)生作用，中子束減速，能量降低，達(dá)到熱中子量級，熱中子隨后被氦3探測器所探測。遠(yuǎn)近距離兩組探測器對地層中返回中子計(jì)數(shù)，通過遠(yuǎn)近探測器數(shù)值的比率計(jì)算孔隙度。

2.2.3 中子、密度源結(jié)構(gòu)

ADN工具的放射源設(shè)計(jì)為帶打撈頭結(jié)構(gòu)，為作業(yè)中的險(xiǎn)情處理和打撈提供依據(jù)，便于打撈矛抓緊。中子源和密度源的結(jié)構(gòu)決定了其可打撈，放射源安裝前后要對放射源進(jìn)行檢查，維保人員也要對放射源進(jìn)行定期的維護(hù)，保證在現(xiàn)場操作的可行和安全，中子、密度源內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中子、密度源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 打撈過程的處理和分析

3.1 計(jì)算打撈落魚位置

鉆具組合：鉆頭位置1 255.35 m，落魚位置的井斜為42°，中子源距離鉆頭位置22.34 m，密度源離鉆頭位置19.95 m，打撈頭到鉆頭位置22.29 m。放射源位置信息如表1所示。

表1 放射源位置信息

3.2 打撈工具尺寸核算

打撈工具外徑必須小于井下鉆具的內(nèi)徑尺寸，井下鉆具的尺寸如表2所示。

表2 井下鉆具內(nèi)徑尺寸

由表2可知，打撈工具可通過鉆具內(nèi)徑，滿足打撈條件。

3.3 打撈工具

為使打撈工具順利下到鉆具中放射源的位置，放射源以上鉆具的最小內(nèi)徑來調(diào)整打撈工具上Centralizer的橡膠棒尺寸，鑒于最小內(nèi)徑是7.13 cm，將橡膠棒調(diào)整到6.98～7.11 cm。

打撈工具串為絞車托撬電纜頭+SLB電纜頭轉(zhuǎn)換接頭(Xover)＋4根加重桿(Sinker Bar或Heavy weight bar)＋JAR(震擊器)＋Centralizer with rubbers(橡膠扶正器)＋Overshot(打撈頭)。打撈BHA從下到上如圖2所示。

圖2 打撈BHA從下到上

打撈工具尺寸如表3所示，打撈矛和扶正器短節(jié)如圖3所示。

表3 打撈工具串信息

圖3 打撈矛和扶正器短節(jié)

3.4 打撈拉斷力計(jì)算

放射源打撈成功時，打撈頭部分的安全銷被固定在儀器中，安全銷的拉斷力要大于8 006 N，故絞車?yán)瓟嗔π杼峁┫路烹娎|重量和打撈工具串之和后附加上8 006～8 896 N的拉力，通過計(jì)算得出8 mm電纜的最大拉斷力為24.46 kN，滿足此次放射源的打撈作業(yè)條件。

打撈前工程師需重新制作電纜頭，按照要求進(jìn)行電纜的曲繞試驗(yàn)，電纜頭為外層12根鋼絲，內(nèi)層3根鋼絲電纜頭。

3.5 絞車就位

在作業(yè)過程中，絞車負(fù)載需滿足重量需求，提前進(jìn)行固定和加固。作業(yè)由于條件限制絞車就位于多排套管之上，為保障絞車的負(fù)載滿足要求，保證作業(yè)安全，作業(yè)前需將絞車進(jìn)行了固定。

3.6 打撈工具入井前準(zhǔn)備工作

3.6.1 天滑輪的高度和強(qiáng)度固定

作業(yè)中天滑輪和導(dǎo)輪均使用大滑輪，并用安全銷進(jìn)行固定。天滑輪高度應(yīng)考慮到打撈工具的總長、遇卡點(diǎn)鉆臺鉆具高度、天滑輪懸掛方式與放射源入罐的安全措施。

3.6.2 井口操作注意事項(xiàng)

將鉆桿接箍盡量放低并做卡，這樣既有利于打撈工具進(jìn)出鉆桿，還能更好控制放射源出鉆桿后的晃動，避免因意外碰撞導(dǎo)致墜落和泄漏；放射源箱的位置，應(yīng)便于放射源的及時就位，最大限度地減少輻射劑量。清空鉆臺，做好井口防護(hù)，對井口的孔洞進(jìn)行遮擋，防止出井放射源掉落孔洞。

3.7 打撈作業(yè)過程

放射源打撈示意圖如圖4所示。

圖4 放射源打撈示意圖

3.7.1 下放打撈工具

預(yù)案分析：若打撈工具懸掛在鉆桿中無法下放，則上提至少30 m，嘗試不同的速度快放。執(zhí)行過程：鉆臺組合好打撈工具開始下放，在鉆桿臺面清零，量好鉆臺面鉆桿長度，下放電纜速度在20 m/min以內(nèi)，并做好張力記錄。儀器井口初始張力為289 N，下放到1 000 m張力增長到890 N左右；再以10 m/min下放至放射源打撈位置，張力迅速下降至400 N，稍作停留，開始緩慢上提電纜，張力逐漸增大至4.2 kN，隨后瞬間張力減少至1.15 kN，放射源同儀器，本體固定裝置分離成功。隨后以5 m/min速度上提電纜過加重鉆桿后，再以10 m/min速度上提至井口。作業(yè)中發(fā)現(xiàn)此次安全銷的剪斷力小于計(jì)算的額度，分析原因?yàn)榇驌乒艽狈Χㄆ诰S護(hù)造成，在實(shí)際準(zhǔn)備中加強(qiáng)安全工作的管理，防止因此造成重大安全事故發(fā)生。

3.7.2 安全廣播，拆卸放射源

待起至距離鉆臺200 m處，進(jìn)行廣播，無關(guān)人員遠(yuǎn)離，遵循時間、距離和防護(hù)。放射源出井前，測量井口放射性強(qiáng)度，并做好記錄；待放射源出井后，作業(yè)人員將打撈矛上端固定放射源的安全銷拔掉，放射源整體落入罐內(nèi)。放射源井入罐后，及時測量罐內(nèi)放射性強(qiáng)度，并做好記錄。

4 結(jié)語

放射源作業(yè)被列為鉆井工程安全防范的重中之重，事關(guān)企業(yè)的安全發(fā)展，保護(hù)環(huán)境和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全應(yīng)慎之又慎。在放射性測井過程中，由于各種原因，儀器會卡死在井中[5]。放射源打撈不上來，影響資源開發(fā)，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失；或不慎將放射源損壞而致使放射元素泄漏，都可能對周圍環(huán)境造成放射性污染。若防護(hù)不當(dāng)，現(xiàn)場人員當(dāng)時就可能受到放射性傷害。因此如何打撈放射源的意義重大。探究打撈作業(yè)為安全生產(chǎn)敲響了警鐘，也為國產(chǎn)中子密度儀器的改進(jìn)提供很好的借鑒意義。