卿元華，李秀彬

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆庫(kù)爾勒841000；3.中國(guó)石油西部鉆探克拉瑪依錄井工程公司，新疆克拉瑪依834000）

鉆具深度與測(cè)井深度誤差的成因探討

卿元華1，2，李秀彬3

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆庫(kù)爾勒841000；3.中國(guó)石油西部鉆探克拉瑪依錄井工程公司，新疆克拉瑪依834000）

鉆具深度與測(cè)井深度誤差產(chǎn)生的原因較多，認(rèn)清主因有利于確定準(zhǔn)確的誤差值，并對(duì)深度進(jìn)行校正以更接近地層真實(shí)值。結(jié)合塔里木油田鉆探案例以及其他油田的相關(guān)研究資料，分析了鉆具深度誤差由上部鉆具的伸長(zhǎng)與下部鉆具的壓縮、鉆具隨井眼軌跡的彎曲、鉆具熱膨脹、鉆柱內(nèi)外承壓差異等因素造成，測(cè)井深度誤差主要由電纜伸縮和測(cè)井速度不同導(dǎo)致。根據(jù)對(duì)塔里木油田測(cè)錄井資料的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了巖電誤差變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)測(cè)錄井深度誤差的校正，可以有效指導(dǎo)巖性與油氣顯示歸位以及準(zhǔn)確定位射孔層位等工作。

塔里木油田；鉆具深度；測(cè)井深度；巖電誤差；誤差校正

地層對(duì)比、巖性及油氣顯示歸位、定位射孔（試油）層位等過(guò)程中，鉆具深度與測(cè)井深度誤差（或稱巖電誤差）是一個(gè)必須考慮的因素，原因包括：（1）巖電誤差是評(píng)價(jià)測(cè)錄井資料質(zhì)量的指標(biāo)之一；（2）地層深度測(cè)定的準(zhǔn)確性影響后續(xù)施工的質(zhì)量，尤其是射孔層位的準(zhǔn)確定位直接影響油井產(chǎn)能。塔里木油田鉆井以5000m以上的深井為主，因?yàn)閹r電誤差有隨井深增加而增大的趨勢(shì)，有時(shí)可能出現(xiàn)巖電誤差異常高值的情況。通過(guò)分析鉆具、測(cè)井誤差的成因，弄清影響巖電誤差的主因，有助于糾正相關(guān)人員對(duì)巖電誤差認(rèn)知誤區(qū)，并利用巖電誤差對(duì)深度進(jìn)行校正，提高測(cè)錄井資料的質(zhì)量，指導(dǎo)后續(xù)施工。

1　鉆具深度與巖性實(shí)際深度誤差

現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算井深是以鉆具地面測(cè)量長(zhǎng)度直接累加，巖屑錄井井深即以此為準(zhǔn)，由于鉆具在井內(nèi)受力及彎曲等導(dǎo)致鉆具深度與巖性實(shí)際深度誤差（圖1）。

圖1　鉆具深度與巖性深度誤差

1.1鉆柱的受力

鉆具上部拉伸，下部壓縮，且以拉伸為主。上部、下部鉆具由中和點(diǎn)分開，上部鉆具在泥漿中的重量等于吊卡或大鉤所懸掛的重量，下面一段在泥漿中的重量等于鉆壓，鉆壓已作用于井底［1］。實(shí)際鉆井中，中和點(diǎn)一般落在鉆鋌上，鉆井設(shè)計(jì)中鉆鋌總長(zhǎng)一般在200m以內(nèi)，故下部鉆具長(zhǎng)度較短。以克深X井四開為例：

（1）8-1/2″PDC鉆頭+24根×7″鉆鋌（含1根隨鉆；累計(jì)長(zhǎng)度226.26m）+14根×5″加重鉆桿（累計(jì)長(zhǎng)度129.70m，單位重量72.03kg/m）+5″鉆桿（鉆具截面積3.403×10-1cm2，單位重量32.87kg/m），實(shí)鉆所加鉆壓3～13t，按最大鉆壓13t計(jì)算中和點(diǎn)位置，7″鉆鋌單位重量163.2kg/m，鋼材密度7.85g/cm3，鉆井液密度2.20g/cm3。浮力系數(shù)Kb=1-2.20/7.85=0.72，則中和點(diǎn)位置Lm= 130000/（1632×0.72）=110.63（m）?？梢娭泻忘c(diǎn)位置較低，井內(nèi)鉆具以拉伸為主。

（2）上部鉆具的伸長(zhǎng)量：

②上文中的例子為自重理想情況下鉆具的伸長(zhǎng)量，在外力單軸拉伸作用下，鉆具伸長(zhǎng)系數(shù)（P為拉力；L為鉆桿長(zhǎng)度；E為彈性模量；A為鉆具截面積）隨外力增加而增大，以5″鉆桿為例，伸長(zhǎng)系數(shù)由10t拉力下的 0.0139933cm上升至 100t拉力下的0.139932553cm，增加了近9倍。至四開中完井深6655.78m，5″鉆桿累計(jì)長(zhǎng)度6299.82m，5″鉆桿受鉆鋌、加重鉆桿的拉力P=［163.2×（226.26-110.63）+72.03× 129.70］×Kb=2.82×104（kg），則5″鉆桿伸長(zhǎng)量2.5m；5″加重鉆桿鉆桿在外力單軸拉伸作用下的伸長(zhǎng)量為0.03m。可知，鉆具結(jié)構(gòu)不變，隨井深增加，上部鉆具伸長(zhǎng)量增大。

由①、②計(jì)算出井內(nèi)鉆具伸長(zhǎng)量=6.1+3.0+0.03= 9.13（m），可見井內(nèi)鉆具伸長(zhǎng)量較大。

（3）下部鉆具的壓縮量。下部鉆柱受壓力達(dá)到一定臨界值時(shí)產(chǎn)生一次甚至多次彎曲，實(shí)際鉆井中的因?yàn)樗勉@壓的限制，一般很少出現(xiàn)3次及3次以上的多次彎曲。直井中，下部鉆柱彎矩由鉆柱受壓彎曲和離心力共同作用引起的，因此，下部鉆柱彎曲力矩較大，下部鉆柱彎曲半波長(zhǎng)度?。?］。故鉆柱主要彎曲部分在中和點(diǎn)以下。

如圖2所示，O為中和點(diǎn)，軸向壓力P即鉆壓，鉆具原長(zhǎng)l1，彎曲部分弦長(zhǎng)l2，鉆具軸向縮短量Δl，7″鉆鋌一次彎曲臨界鉆壓Pc為6.2t，根據(jù)上述實(shí)例可計(jì)算出一次彎曲臨界鉆壓下中和點(diǎn)位置為52.76m，由于二次彎曲后，下部鉆具失穩(wěn)而失去理想變化形狀，以下僅針對(duì)在鉆壓稍微超過(guò)臨界鉆壓的情況。鉆壓稍微超過(guò)臨界鉆壓時(shí)，下式成立：l2=Pc×l1/（2P-Pc）［1］，假設(shè)鉆壓超過(guò)臨界鉆壓2%，則P/Pc=1.02中和點(diǎn)下52.76m鉆具縮短量。由此可知，鉆壓超過(guò)臨界鉆壓使鉆具發(fā)生多次彎曲時(shí)，下部鉆具縮短量會(huì)進(jìn)一步加大；實(shí)際鉆井中一般很少出現(xiàn)3次及3次以上的彎曲，加之下部鉆具一般小于200m，故下部鉆具縮短量有限。

圖2　下部鉆具軸向縮短

1.2鉆柱熱膨脹

鉆井現(xiàn)場(chǎng)是在地面直接丈量鉆具長(zhǎng)度，然而，井中鉆柱承受溫度隨井深增加不斷而增大。唐海雄等（2010）以番禺5-8-1井（井深4423m，井底溫度168℃）測(cè)試管柱為例，指出溫度超過(guò)100℃以后，熱膨脹系數(shù)明顯增大，分析了高溫油井測(cè)試期間因溫度變化導(dǎo)致的測(cè)試管柱軸向伸縮變化，并計(jì)算出井筒溫度引起的測(cè)試管柱伸長(zhǎng)量約為3m［3］。因此，熱膨脹導(dǎo)致的鉆具伸長(zhǎng)是不可忽視的因素［4］。

1.3鉆柱內(nèi)外承壓不同

鉆進(jìn)期間，鉆井液循環(huán)造成鉆柱內(nèi)外壓力不同，導(dǎo)致鉆具的延長(zhǎng)或縮短，構(gòu)成鉆柱實(shí)際長(zhǎng)度變化的隨機(jī)因素之一。

2　測(cè)井深度誤差

2.1測(cè)井裝備系統(tǒng)誤差

電纜測(cè)井深度可準(zhǔn)確標(biāo)定和測(cè)量，因此，電纜測(cè)井可準(zhǔn)確提供與深度相對(duì)應(yīng)的相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)［5］。測(cè)井深度精度依賴于對(duì)電纜的標(biāo)定和校驗(yàn)，測(cè)井電纜經(jīng)標(biāo)定和校驗(yàn)可以消除測(cè)井裝備自身的系統(tǒng)誤差。

按一定周期（如3個(gè)月），或根據(jù)特殊情況，如：（1）測(cè)井作業(yè)中，誤差超過(guò)規(guī)定值，或電纜遭受嚴(yán)重阻卡（打結(jié)）后；（2）更換新電纜，以及更換或調(diào)整測(cè)井深度輪后，在標(biāo)準(zhǔn)井中，對(duì)測(cè)井電纜深度進(jìn)行標(biāo)定［6］。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)井過(guò)程中，可采用如下方式對(duì)電纜深度誤差進(jìn)行校驗(yàn)：（1）利用套管鞋處測(cè)錄井深度誤差，表層套管、技術(shù)套管誤差值應(yīng)分別不超過(guò)±0.5m、±1‰［6］；（2）將測(cè)井曲線與錄井巖屑剖面中的典型層段進(jìn)行對(duì)比。利用上述兩種深度校驗(yàn)得出的誤差值可以對(duì)測(cè)井深度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校正。羅厚義、湯達(dá)禎（2013）針對(duì)中東某油田9-5/8″技術(shù)套管鞋的測(cè)井深度（3964.5m）與錄井深度（3951m）因深度編碼輪磨損過(guò)度導(dǎo)致差值較大（13.5m）的問(wèn)題，對(duì)套管鞋以下裸眼測(cè)井曲線深度按13.5m?；兀?jīng)射孔校深證實(shí)，套管鞋校深值與射孔校深值差值僅0.5m，說(shuō)明了據(jù)套管鞋測(cè)錄井誤差值確定的校正量的實(shí)用性［7］。

2.2測(cè)井深度的隨機(jī)誤差

測(cè)井電纜的系統(tǒng)誤差可通過(guò)標(biāo)定和校驗(yàn)消除，但測(cè)井過(guò)程中仍存在多種其他因素造成的隨機(jī)誤差。

2.2.1測(cè)井電纜伸縮誤差

一般情況下，通過(guò)上提測(cè)井儀進(jìn)行測(cè)井，在此過(guò)程中，由于：（1）電纜自重、儀器重量；（2）鉆井液粘附力；（3）井壁的不規(guī)則性、部分測(cè)井儀帶扶正器或推靠臂使電纜與井壁接觸產(chǎn)生摩擦力；（4）鉆井液橫向壓力將導(dǎo)致電纜的軸向伸長(zhǎng)；（5）井內(nèi)溫度使電纜受熱拉伸，由電纜熱膨脹系數(shù)和地溫梯度決定；（6）井況不佳使儀器遇卡等，實(shí)際電纜承受的拉力若不同于標(biāo)定時(shí)提升電纜的拉力，產(chǎn)生拉伸誤差，其值主要取決于電纜的彈性拉伸系數(shù)［8］。在近垂直井中，電纜動(dòng)態(tài)拉伸作用不明顯，誤差相對(duì)很??；但是在井斜角小于60°的定向斜井中，由于電纜內(nèi)部應(yīng)力的變化，使誤差相對(duì)較大［8-9］。通過(guò)編程設(shè)計(jì)出電纜拉伸校正程序，對(duì)上述幾種因素產(chǎn)生的拉伸誤差進(jìn)行計(jì)算，可校正拉伸導(dǎo)致的深度誤差［9-12］。

而鉆井液浮力作用，以及特殊情況下，采用下放儀器進(jìn)行測(cè)井（如生產(chǎn)測(cè)井、井況不良無(wú)法實(shí)現(xiàn)上提測(cè)井時(shí)），電纜則會(huì)縮短。

2.2.2測(cè)井速度不同產(chǎn)生的誤差

在實(shí)際的測(cè)井過(guò)程中，儀器井下移動(dòng)的速度與地面電纜的移動(dòng)速度不一致，引起深度點(diǎn)采樣誤差［14］；各種測(cè)井儀器對(duì)測(cè)井速度的要求不同，同時(shí)，實(shí)際測(cè)井速度與標(biāo)定時(shí)上提或下放儀器速度不同，以及不同測(cè)井速度下儀器與井壁摩擦力不同使電纜伸縮量不同，從而產(chǎn)生深度誤差?？刹捎弥苯臃e分法和卡爾曼濾波法等對(duì)速度誤差進(jìn)行校正［10，12］。

3　鉆具深度與測(cè)井深度誤差的成因

盡管測(cè)井隨機(jī)誤差影響因素多樣且很難準(zhǔn)確校正，但現(xiàn)代數(shù)控測(cè)井儀中已采取了一些相應(yīng)的深度校正措施以及測(cè)井資料后期處理對(duì)測(cè)井深度的校正［14］，同時(shí)因?yàn)殡娎|較細(xì)，受井眼彎曲的影響小，測(cè)井深度誤差相對(duì)較小，可以說(shuō)其比鉆具深度更接近地層真實(shí)值。據(jù)R.戴斯布朗德（1987），在垂直井眼中，現(xiàn)代測(cè)井深度誤差為±0.15%，即3000m誤差1m；在斜度較大的定向井、溫度較高以及井況較差的井中，測(cè)量誤差會(huì)增大［15］。綜上所述，測(cè)井深度相對(duì)鉆具深度而言較準(zhǔn)確，與實(shí)際巖性深度更接近，因此，塔里木油田所屬井的巖性歸位、試油（射孔）層段等資料的深度均采用測(cè)井深度，從而導(dǎo)致測(cè)錄井深度誤差（或稱巖電誤差，測(cè)錄井誤差=測(cè)井深度-錄井深度）。

4　不同井段（井深）巖電誤差不同的成因

由于井身結(jié)構(gòu)和地層條件的變化，導(dǎo)致不同井段使用不同的鉆具組合以及不同的鉆井液密度，鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井液密度的變化使鉆具重量與伸長(zhǎng)系數(shù)發(fā)生改變。此外，井筒介質(zhì)、井眼規(guī)則程度等也隨井身結(jié)構(gòu)和地層條件變化，使不同井次測(cè)井深度誤差值產(chǎn)生變化。然而，電纜測(cè)井時(shí)電纜拉伸變化很小，可認(rèn)為每次測(cè)井采用的是同一根電纜，從而導(dǎo)致不同井段測(cè)錄井深度誤差不同；同理，上述條件的改變導(dǎo)致相同鉆具長(zhǎng)度不能代表相同井深，鉆具伸長(zhǎng)系數(shù)突變產(chǎn)生的差值與原有深度誤差疊加可能致使測(cè)錄井深度誤差隨井深增加而增大。

井身結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致的誤差疊加導(dǎo)致測(cè)錄井深度誤差突然變大，稱為測(cè)錄井深度誤差異常［16］。誤差疊加造成的測(cè)錄井深度誤差異常多發(fā)生于深度大于5000m、需使用不同規(guī)格鉆具組合（如5″+3-1/2″或5″+ 4″鉆具組合）的井。塔里木油田部分井出現(xiàn)測(cè)錄井深度誤差異常，如塘參1井、輪南1井等測(cè)錄井深度誤差的絕對(duì)值大于10m，誤差值接近或大于一個(gè)單根的長(zhǎng)度。可根據(jù)套管附件（阻流環(huán)、套管鞋）下入深度與新鉆具組合鉆遇該附件的鉆具深度差值，對(duì)新鉆具長(zhǎng)度進(jìn)行一定的校正，從而可消除測(cè)錄井深度誤差異常。

此外，套管丈量錯(cuò)誤也會(huì)產(chǎn)生類似于“測(cè)錄井深度誤差異?！钡那闆r。此時(shí)，應(yīng)復(fù)查套管原始記錄。如塔里木油田玉中Y井測(cè)7″四開技術(shù)尾管固井質(zhì)量后，計(jì)算的測(cè)井與套管下入深度誤差約為-77m，經(jīng)復(fù)查核對(duì)，丈量7″套管發(fā)生錯(cuò)誤，下入的77根套管每根丈量長(zhǎng)度比實(shí)際長(zhǎng)1m，導(dǎo)致套管未按設(shè)計(jì)下到位。

根據(jù)所掌握的塔里木油田前陸區(qū)和臺(tái)盆區(qū)近100口井（井深范圍為4050～7100m）的錄井、鉆井取芯、測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表明：（1）巖電誤差隨井深增加而增大，5000m以上最大誤差值為+8m；（2）多數(shù)情況下巖電誤差為正（正、負(fù)誤差的比例為7∶3），誤差值多在為+1～+6m之間，所以鉆具伸長(zhǎng)比鉆具壓縮與彎曲對(duì)巖屑錄井的影響大。

5　測(cè)錄井深度誤差校正的應(yīng)用

利用測(cè)錄井深度誤差校正，可對(duì)巖性、油氣顯示歸位以及準(zhǔn)確定位試油（射孔）層位等。

塔里木油田英買35XC井完鉆井深6570m（錄井深度），為套管完井，5″尾管下深6529.47m（錄井深度），試油討論時(shí)確定的人工井底6500m（測(cè)井深度），對(duì)井段6351～6385m（測(cè)井深度）進(jìn)行射孔測(cè)試。該側(cè)鉆井裸眼段傳輸測(cè)井的巖電誤差為-2m，根據(jù)試油要求，則人工井底鉆具深度應(yīng)為6502m，5″套管鞋與人工井底間的水泥塞高度為27.47m，為防止鉆塞時(shí)多鉆水泥塞使水泥塞高度不足，決定對(duì)該井進(jìn)行過(guò)鉆桿電纜測(cè)井校深，測(cè)井項(xiàng)目包括自然伽馬、磁性定位，校深短節(jié)B的錄井與電測(cè)深度分別為5171.87m、5176.7m，測(cè)錄井深度誤差為+4.83m，據(jù)此誤差值鉆塞至井深6495.17m（錄井井深）/6500m（測(cè)井井深）。如果直接用裸眼傳輸測(cè)井的巖電誤差，鉆人工井底至6502m，可能導(dǎo)致5″套管與人工井底間的水泥塞高度減少6.83m而無(wú)法承壓或下沉，對(duì)后期射孔測(cè)試施工等造成不利影響。

射孔的準(zhǔn)確度直接影響著試油效果及后期產(chǎn)能，電纜傳輸射孔一般允許誤差為±0.1m，因此，需要在射孔作業(yè)前，利用確定射孔位置的完井測(cè)井綜合圖與放—磁測(cè)井圖進(jìn)行典型層段對(duì)比并計(jì)算校正值，根據(jù)校正值和標(biāo)準(zhǔn)套管接箍深度確定電纜上提（或下放）值［17-18］。

6　結(jié)論

（1）錄井深度誤差是上部鉆具的伸長(zhǎng)與下部鉆具的壓縮、鉆具隨井眼軌跡的彎曲、鉆具熱膨脹、鉆柱內(nèi)外承壓差異綜合作用的結(jié)果。

（2）測(cè)井深度誤差包括系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差可通過(guò)標(biāo)定和校驗(yàn)消除，隨機(jī)誤差可通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件程序予以部分消除。

（3）與鉆具深度相比，測(cè)井深度精度更高，更接近地層真實(shí)深度，因此，許多鉆探資料采用測(cè)井深度作為標(biāo)準(zhǔn)深度，測(cè)錄井深度誤差由此生成。

（4）因井身結(jié)構(gòu)的變化，在不同井段（井次、井深）中，使用不同的鉆具組合、鉆井液密度，導(dǎo)致鉆具伸長(zhǎng)系數(shù)突變與原有深度誤差疊加而可能出現(xiàn)測(cè)錄井深度誤差異常。

（5）通過(guò)錄井、測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到：①巖電誤差隨井深增加而增大；②井中鉆具以伸長(zhǎng)為主，是多數(shù)情況下巖電誤差為正的原因，鉆柱彎曲、下部鉆具的壓縮占優(yōu)時(shí)，巖電誤差一般為負(fù)。

（6）測(cè)錄井深度誤差校正可用于錄井巖性歸位以及準(zhǔn)確定位試油（射孔）層位等。

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TE272

A

1004-5716（2016）06-0025-04

2015-05-28

2015-05-28

卿元華（1983-），男（漢族），四川安岳人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘探管理工作。