馬靜

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司測井公司, 遼寧 盤錦 124011)

0 引 言

遼河油田主要稠油產(chǎn)出區(qū)塊也是蒸汽輔助重力泄油(SAGD)先導(dǎo)技術(shù)的試驗(yàn)區(qū)。為在該區(qū)域獲得連續(xù)、實(shí)時的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù),通常會建立溫度觀察井系統(tǒng),將空心抽油桿捆綁在套管上,完井后在空心抽油桿內(nèi)孔下入測溫光纖,實(shí)現(xiàn)分布式全井段溫度測量[1]。所下套管一般長度為13 m,空心抽油桿長度為7～8 m[2],套管和空心抽油桿捆綁后采用旋扣方式連接,這就造成空心抽油桿纏繞或者扭曲在套管外,其纏繞或扭曲的程度隨所下套管深度不同而不同。本文研究擬在確定射孔層段所在位置的空心抽油桿方位,避免射孔時擊穿空心抽油桿,保證稠油區(qū)塊的后期實(shí)時溫度監(jiān)測順利進(jìn)行。

1 空心抽油桿方位測井

空心抽油桿方位測井是一種確定套管外空心抽油桿方位的技術(shù)。該技術(shù)利用放射源標(biāo)記空心抽油桿位置,水泥密度測井儀記錄井周不同探頭伽馬計數(shù)率,陀螺測斜儀配接在水泥密度儀上測量組合儀的方位。測井時,把放射性導(dǎo)引儀下到空心抽油桿內(nèi),陀螺測斜儀和水泥密度組合儀下入套管內(nèi),控制儀器探頭與放射源在同一深度并記錄伽馬計數(shù)率和儀器自轉(zhuǎn)角度。通過對伽馬計數(shù)率的優(yōu)選和處理,計算不同深度空心抽油桿方位角,繪制套管外空心抽油桿方位軌跡圖。

現(xiàn)場測試由2套地面系統(tǒng)配合作業(yè),一套地面系統(tǒng)控制放射性導(dǎo)引儀的上提和下放;另一套地面系統(tǒng)控制組合儀的深度位置和采集數(shù)據(jù)。將導(dǎo)引儀下入空心抽油桿內(nèi)某一深度點(diǎn),再將組合儀下入套管內(nèi),在導(dǎo)引儀所在深度上下移動組合儀,尋找水泥密度測井儀6個伽馬探頭數(shù)據(jù)達(dá)到最大時的深度點(diǎn),在該點(diǎn)停住儀器,數(shù)據(jù)穩(wěn)定后采集該點(diǎn)數(shù)據(jù)。全井段采用上提點(diǎn)測方式,測點(diǎn)密度可根據(jù)井況設(shè)計,一般隨井深增大而增加并且在油氣層位置適當(dāng)加密。

1.1 測井儀器的組合和改進(jìn)

空心抽油桿方位測井組合儀由陀螺測斜儀和水泥密度測井儀2種儀器組成(見圖1)。陀螺測斜儀的原理是應(yīng)用撓性速率陀螺和石英加速度計構(gòu)成捷聯(lián)式數(shù)學(xué)平臺,通過測量被測點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)角速度并將其通過單芯電纜傳回到地面,經(jīng)地面儀器處理后得出定向參數(shù),利用陀螺測斜儀測量組合儀的自轉(zhuǎn)角度。研究采用MDRO型陀螺測斜儀,儀器外徑38 mm,長度2.5 m,方位角測量范圍0°～360°,誤差≤±2.5°。水泥密度測井儀有2種源距的探頭組,其中長源距處有6個周向排布的探頭,用于測量井周不同扇區(qū)伽馬計數(shù)率,研究利用不安裝放射源的水泥密度測井儀測量空心抽油桿內(nèi)放射性導(dǎo)引儀所在位置的放射性活度。

圖1 空心抽油桿方位測井組合儀

配接儀器需要解決2個問題。

(1) 2種儀器接頭不同芯無法直接通信。陀螺測斜儀的接頭為單芯,水泥密度測井儀的接頭為多芯。為此,設(shè)計加工了七轉(zhuǎn)單轉(zhuǎn)接頭和固定連接頭2個接頭。將魚雷與陀螺儀通過七轉(zhuǎn)單轉(zhuǎn)接頭相連,陀螺儀底部連接固定連接頭,下部接水泥密度測井儀,纜芯線通過外接的方式由七轉(zhuǎn)單轉(zhuǎn)接頭引出,在固定連接接頭上引入完成信號傳輸。儀器采用體外連接,制作了接頭保護(hù)殼包裹裸露在外的接頭部位,在該位置填充與涂抹絕緣硅脂解決儀器下井時的絕緣問題。

(2) 鎖定陀螺測斜儀母線與水泥密度測井儀6個伽馬探頭之間的周向相對位置,以此確定測井時探頭所處方位。將水泥密度測井儀的伽馬探頭按順時針編號為1～6號,利用卡塞固定水泥密度測井儀的6個伽馬探頭并使其在周向上均勻分布,然后在儀器外殼上標(biāo)記出1號探頭所在位置。將組合儀上陀螺測斜儀器外殼起始標(biāo)記點(diǎn)與1號探頭的夾角設(shè)為M,實(shí)測時,在井口找到正北作一個標(biāo)記,將陀螺測斜儀測管外的起始標(biāo)記對準(zhǔn)井口標(biāo)記,作為方位角的起始點(diǎn),測斜儀放入井內(nèi)后會任意轉(zhuǎn)動,此時經(jīng)陀螺儀測出其旋轉(zhuǎn)角度,剔除無效轉(zhuǎn)角加上M即1號探頭的真實(shí)方位。

1.2 放射性導(dǎo)引儀

為實(shí)現(xiàn)對空心軸油桿的定位,需要用放射源指示空心抽油桿在套管外的位置。空心抽油桿內(nèi)徑一般為28 mm,纏繞或扭曲在套管上,要求裝有放射性物質(zhì)的導(dǎo)引儀不能過輕,也不能過粗,否則很難下到井底;導(dǎo)引儀長度不能過長,以減少遇卡可能;放射源有效長度在可探測的基礎(chǔ)上盡量縮短,保證探測的深度點(diǎn)更準(zhǔn)確。經(jīng)過反復(fù)模擬試驗(yàn)確定導(dǎo)引儀采用合金鋼棒體,長800 mm,直徑18 mm,放射源長度100 mm(見圖2)。

圖2 放射性導(dǎo)引儀

2 解釋方法

2.1 理論分析

通過現(xiàn)場施工控制放射源和水泥密度測井儀的伽馬探頭在同一平面上。根據(jù)所測伽馬計數(shù)率可知,放射源位于計數(shù)率較大的2個探頭之間。將井下某一深度位置套管和空心抽油桿初始成數(shù)學(xué)模型(見圖3),A、B為水泥密度測井儀相鄰2個伽馬探頭所在位置,A、B到O2的距離為源距。改裝后的水泥密度測井儀器在理論上6個伽馬探頭均勻分布,即相鄰2個探頭夾角為60°。若建立源距X和伽馬計數(shù)率之間的關(guān)系即可求取角α(空心抽油桿相對某一探頭的夾角),空心抽油桿和1號探頭順時針角度為α+i×60(i=0,1,2,3,4,5),1號探頭所在方位可通過陀螺測斜儀所測數(shù)據(jù)獲得。

圖3 理論模型示意圖

2.2 方法模型

為研究伽馬計數(shù)率和放射源方位關(guān)系,在模擬井井口正北方向緊貼套管放置一根長20 cm、直徑40 mm的空心鋼管,放射性導(dǎo)引儀居中放入空心鋼管內(nèi)并在鋼管外標(biāo)出放射源有效長度中心位置,改裝后的水泥密度測井儀下放到刻度井中使伽馬探頭與放射源在同一平面上,1號探頭正對放射源有效長度的中心,保持儀器居中并無轉(zhuǎn)動測量伽馬計數(shù)率。該點(diǎn)作為方位起始點(diǎn),沿套管外壁移動空心鋼管,移動間隔15°,共記錄24組數(shù)據(jù)。由表1可見空心鋼管正對著儀器的某一個探頭時有一個極大的計數(shù)率值;當(dāng)空心鋼管在某2個探頭之間時有一個最大和次大計數(shù)率值。

表1 空心鋼管方位角和伽馬計數(shù)率數(shù)據(jù)表

在已知夾角α和模擬井井身數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用式(1)求出每個固定角度對邊邊長(源距)

Xi=R2+r2-2Rrcosαi

(i=1,2,…,N)

(1)

式中,X為源距,mm;R為空心鋼管與套管中心距離,mm;r為模擬井套管的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑,mm。

將刻度數(shù)據(jù)做歸一化處理,每個探頭測量的伽馬計數(shù)率與該組計數(shù)率總和作比值,建立不同探頭計數(shù)率比與源距關(guān)系圖版(見圖4)。在關(guān)系圖版中,源距和伽馬計數(shù)率之間存在著很好的對數(shù)關(guān)系,擬合公式為

Yi=alnSi+b

R2=0.979 (2)

式中,a、b為擬合系數(shù);Si為i探頭所測伽馬計數(shù)率。

由三角形的余弦定理和式(2)可得

圖4 S1～S6探頭伽馬計數(shù)率與源距關(guān)系圖版

式中,YM為計數(shù)率最大值對應(yīng)探頭的源距,mm;

YL為計數(shù)率次大值對應(yīng)探頭的源距,mm。

式(3)所求α為放射源與最大伽馬計數(shù)率所在探頭位置的夾角。已知探頭標(biāo)號,便得出放射源相對1號探頭的角度,進(jìn)而獲得空心抽油桿方位。

2.3 誤差分析

利用式(3)對模擬井進(jìn)行驗(yàn)算。表2中計算值與實(shí)際角度之間的誤差小于4°,解釋模型具有較好的準(zhǔn)確性。本文研究建立的解釋圖版為空氣中刻度獲得,實(shí)際測井時,井內(nèi)充滿不同介質(zhì),應(yīng)建立不同介質(zhì)的解釋圖版,增加計算的準(zhǔn)確性。

表2 誤差分析表

模擬井測試中還發(fā)現(xiàn),伽馬探頭處于放射源有效長度范圍內(nèi)時,計數(shù)率明顯大于其他位置數(shù)值,理論上通過上下移動儀器能夠找到放射源有效長度的中心,使伽馬探頭與放射源處于同一平面減小深度誤差。研究使用導(dǎo)引儀放射源有效長度為10 cm,深度誤差小于10 cm,空心抽油桿為硬質(zhì)鋼管在較短距離上角度偏差很小,可忽略不計。

3 解釋方法的應(yīng)用

應(yīng)用改裝后的方位測井組合儀在研究區(qū)已經(jīng)完成多口井的測試,針對杜84-觀×井的部分測試數(shù)據(jù),在所列深度點(diǎn)數(shù)據(jù)中可以找到計數(shù)率的2個大值,利用解釋模型進(jìn)行計算并剔除組合儀自轉(zhuǎn)角度影響繪制了該井的空心抽油桿方位軌跡散點(diǎn)圖(見圖5)。

圖5 杜84-觀×井空心抽油桿方位軌跡散點(diǎn)圖

現(xiàn)場可直接觀測井口位置的空心抽油桿方位,使用羅盤測得杜84-觀×井的井口位置空心抽油桿與正北夾角為88°,圖4中可知距離井口4.8 m處的空心抽油桿方位角為93°,2個數(shù)據(jù)誤差很小,證明了解釋結(jié)果的可靠性。

4 結(jié)束語

(1) 確定溫度觀察井中空心抽油桿方位是一項較新的測井技術(shù),該技術(shù)可以有效應(yīng)用于溫度觀察井中,指導(dǎo)定方位射孔。

(2) 通過理論分析和數(shù)學(xué)建模,給出了空心抽油桿井下方位特定地解釋模型,實(shí)現(xiàn)了不同深度空心抽油桿方位角的計算。

參考文獻(xiàn):

[1] 尤洪軍, 王宏遠(yuǎn), 劉洪濤, 等. 溫度觀察井系統(tǒng)在超稠油SAGD開發(fā)中的應(yīng)用 [J]. 油氣地質(zhì)與采收率, 2008, 15(3): 99-101.

[2] 扈道明, 趙順強(qiáng), 王同斌. 空心抽油桿的參數(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn) [J]. 石油機(jī)械, 1994, 22(5): 56-59.