施工设计-地层倾角和电成像在斜井中的施工策略.doc

三教上人（A+版-Applicable Achives）地层倾角及电成像在斜井中施工策略摘要：地层倾角、微电阻率扫描成像(简称电成像)是江苏和东北工区应用广泛也极其重要测井项目本文从测井施工的角度，阐述了在斜井中地层倾角和电成像测井所面临的困难，着重介绍了如何在复杂井况下提高地层倾角及电成像测井成功率的方法，如何在斜井中提高地层倾角及电成像测井资料的质量，愿对从事地层倾角和电成像的工作者来说有一定指导意义关键字：地层倾角；微电阻率扫描成像；斜井；井下仪器安全；资料质量0引言随着对复杂地层、薄层及地层走势勘探日益增长的要求，地层倾角及电成像测井仪器的发展有着广阔的前景和巨大的市场潜力，它对推断地层局部构造形态、研究沉积环境及能量、识别裂缝、溶洞、非均质严重的油气藏等方面提供极其有用的信息华东石油局油区地处地少人密、水系发达的江苏省内，由于井位需避开村庄、河流、建筑等，大部分井均为斜井地层倾角和电成像测井仪直径都较粗，而且有推靠腿和极板，因此在斜井中测井时，不仅下放易遇阻，而且上提过程中由于仪器自身重力使得一个极板紧压井壁，磨阻大易卡，极板也极易拉脱，增加了井下安全风险，损坏仪器，影响资料质量。

1 地层倾角、电成像测井仪器简介及测量原理1.1地层倾角、电成像测井仪器简介地层倾角仪器可以看成是微电阻率扫描成像测井仪的简单模型，本文重点介绍电成像仪器的发展及特点成像测井技术是随着非线性和非均质理论的发展而发展的传统的测井方法是在均质和线性理论的指导下发展起来的，这种理论把地层看成是简单、均质的地层，在其指导下设计测井仪器、数据采集及数据处理，结果往往带有多解性而实际上地层是非均质的，特别是裂缝性油气层的非均质性最为明显，在地层的横向和径向上的非均质性也很突出因此，从不同测井信息中提取出来的物理参数很难取得一致这促使人们开始利用非均质和非线性理论指导测井仪器的设计电阻率成像测井最早形成于20世纪80年代中期，斯伦贝谢公司推出了地层电阻率扫描测井仪器，揭开了电阻率成像测井技术发展的新篇章到了90年代中期，电阻率成像测井已迅猛发展起来，斯伦贝谢公司、阿特拉斯公司、哈里伯顿公司等几大国际测井公司都先后研制出了描述井壁地层电阻率特征的微电阻率扫描成像测井仪（FMI、STAR0、EMI，如图1-1），并在各油田投入商业服务微电阻率扫描成像测井的主要优点是能提供井壁附近地层的电阻率随深度变化的图像；图像外观类似于岩心剖面（如图1-2），可用于识别裂缝，分析薄层，进行储层评价以及沉积相和沉积构造方面的研究，在探测复杂岩性、裂缝性油气藏方面具有独特的优势。

图1-1（a为EMI极板，b为FMI极板）图1-2电成像图和岩心照片对比目前测井公司在江苏和东北工区拥有两套阿特拉斯公司的地层倾角（SDIP-1020）和两套哈利伯顿公司所产的微电阻率扫描成像仪器（EMI），已完成了近30口井的测井任务1.2地层倾角及微电阻率扫描成像测井原理由于实际地层是非均匀各项异性介质，加上井眼的影响，由普通电阻率测井测得的电阻率只能近似反应地层的真实电阻率，称为视电阻率（由于实际地层是非均匀各项异性介质，加上井眼的影响，由普通电阻率测井测得的电阻率只能近似反应地层的真实电阻率，称为视电阻率（Ρa），相应的电阻率公式可以改写为：ρα=A△U/I六臂地层倾角测量仪以电阻率测量为基础引入屏蔽电极，在屏蔽电极的作用下，从主电极流出的电流经更深的地层回流，减少井眼和冲洗带、侵入带对测量结果的影响六臂地层倾角测量仪采用恒压式测量方法，电子线路为屏蔽电极提供一个已知频率和电位的驱动信号，主电极通过电路控制，电位时刻保持与屏蔽电极一致，通过测量流出主电极的电流，最后计算得到地层使电阻率的值，六块极板同时测得井周六个不同方向的电导率曲线，结合井周至少三条电导率曲线并通过井斜数据的校正即可确定各个地层倾斜角度，再结合1号极板的相对方位即可得到地层的倾向。

微电阻率扫描成像就是在地层倾角的基础上发展起来的，即在多个极板上分别安装若干个间距很小的纽扣状的小电极（图1-3），当电极扣向井壁地层发射电流的时候，电极接触的岩石成分、结构及所含的流体的电阻率差异会引起电流的变化，据此可以生成电阻率的井壁成像微电阻率扫描成像测井仪的工作原理如（图1-4）所示图1-3（a为EMI极板纽扣，b为FMI极板）图1-4电成像工作原理2斜井中测井作业简介斜井是指井的轴线与垂直方向之间有一夹角——倾斜角的油井在垂直井或特低倾斜角的油井中（图2-1），井下仪器下行所遇到的阻力主要有三种：即井筒流体的浮力和粘滞力以及井仪器与井壁之间的摩擦阻力，后者因极其微小而被忽略但在斜井中，由于θ角的存在，摩擦力则成为井下仪器顺利下行的重要阻力（图2-2）F1=PCOSθ（1）F2=μSINθ（2）式中，P：井下仪器在井筒流体中的重力；θ：油井倾斜角；F1：井下仪器的下行力；F2：井下仪器下行的摩擦阻力；μ：滑动摩擦力由(1)(2)式可知：井下仪器的下行力F1随着θ角的增大而减少，而摩擦力F2与F1方向相反且随θ角的增大而增加，由于μ在井筒中一般小于0.35，所以F2的增加较F1的下降速率小。

当F1≦F2时，井下仪器就无力下行了众多的现场实践证明：当θ>60以后，重力在井下仪器的下行力中就微不足道了一般认为θ=65是以重力为基础的井下仪器下行的操作极限图2-1仪器在斜井中情况图2-2斜井中仪器受力情况同时在斜井中根据油井的井斜和弯曲的特征以及井下仪器的几何尺寸，应用下式确定井下仪器的最大允许长度3)式中：r=D／2；Δd=D—d；L：下井仪器的总长；D：井径(或套管内径)；d：仪器直径；R：油井的曲率半径3地层倾角及微电阻率扫描成像在斜井中测井作业方法3.1地层倾角及电成像在斜井测井过程中面临的主要困难3.1.1斜井井况复杂、地质构造等引起井眼不规则从江苏工区的地质构造图上可以看出，区块构造小，层厚度较薄，仅以下扬子地区溪桥构造为例，在上青龙组为灰岩段，裂隙，溶洞发育，可能出现空洞等现象；盐城组部分井段、大隆组及龙潭组下部为泥岩段、龙潭组含多层煤层，经常发生井壁严重垮塌东北区块以梨树断陷为例，姚家组—泉头组地层泥岩易垮塌，扩径情况严重井臂不规则，在斜井中仪器紧贴井壁，仪器下放时磨阻大，而且由于仪器的极板均为只向上连接的，在锯齿状井眼的斜井中下放极易损坏极板（图3-1）上提时又加上地层倾角和电成像仪器推靠多，仪器极板部分是贴靠井壁测量，所以其直径是整个仪器串中直径最大的部位，因此在不规则井眼测井过程中该位置也最容易造成阻卡（图3-2）。

同时在斜井中进行测井施工时，电缆一直沿一个轨迹运动，由于泥浆的压力和井眼的不规则，钢丝电缆附在井壁上，长时间就很容易在井壁上勒出键槽，由于鱼雷或仪器比电缆直径大不能进入键槽而造成遇卡（图3-3）图3-1地层倾角在斜井中下放情况图3-2井眼不规则的裸眼井3.1.2裸眼井段长、测量段长东北工区钻井施工中，钻井公司为节约成本，只下400m左右的表层套管，之后直接钻进到井底设计井深一般都接近3500m，这就导致钻井过程中裸眼井段长，超长的裸眼井段，在长时间的泥浆浸泡和屡次的起下钻施工中易发生井塌，造成井壁的不规则，给测井施工带来了诸多的不安全隐患以十屋33G井为例，井深为3027m，从1400m开始造斜，最大井斜达31，表套为507m，全井段地层倾角测量，最大处扩径达347mm（215.9mm钻头）3.1.3地层倾角和电成像对采集环境要求高地层倾角和电成像仪器，紧固极板的螺丝设计比较单薄，容易在测井中拉断而导致极板落井而且倾角、电成像测井对仪器的绝缘性要求很高仅以阿特拉斯的地层倾角1020为例，探头1020MA内共用到绝缘胶套108个，其中接地线为12个，其余的96个分别是20VDC线、信号线、时钟线、同步线以及井径连线等，要求必须保障绝缘和通断状况良好。

尤其是在东北地区井下的高温、高压条件下作业时，仪器在工作期间对接线仓内的各连线接头胶套的密封性、绝缘性能要求很高特别是在斜井中，易垮塌地层段容易形成大井径，砂泥岩交互层易形成井径交错变化的犬牙形井眼仪器侧躺进入大井眼井段或井径交错变化的犬牙形井段,又加上带腿且紧贴井壁，只要稍有遇卡，资料质量就出现一段一段直线，影响资料质量（图3-4）图3-3键槽的形成过程及键槽形状图3-4十屋33G斜井段地层倾角3.1.4仪器自重，导致有一块极板紧压井壁，相对应的一块无法贴紧井壁在斜井中由于仪器自身的重力，仪器无法居中，始终会有一块极板是被压在下侧，紧靠井壁，相对应的极板则无法紧贴井壁，如（图3-4）十屋33G井中地层倾角的1、3好极板，我们可以看出1号极板的曲线电导率幅度明显大于其他几个极板，而3号极板幅度明显小于其他几个，这也就是能反应出此时1号极板被压在下面，更好的贴着井壁，而3号极板则无法紧贴井壁，其值受泥浆或泥饼的影响大3.2斜井中测量地层倾角电成像的技术策略及注意事项针对地层倾角和电成像仪器在斜井中测井的困难，我们从日常的实践工作中总结出了一套行之有效的方法1、做好测井施工之前的检查保养准备工作。

由在斜井中测井，安全是头等大事为此，在设定井下工具所承受的阻力为常数，并且在井身结构允许的条件下事先计算出不同情况下的电缆安全张力，以便做到心中有数鉴于斜井井况的复杂性，测井前要求对仪器进行通电检查和外观检修检查仪器时应该注意的是：固定每块极板的螺丝是否有松动或滑扣现象，发现异常立即更换螺丝，因为这是固定极板的关键所在；对仪器通电检查时要求每一块极板都要检查到位，切忌对仪器通电检查仅仅是通讯正常就敷衍了事这样检查的目的只有一个：那就是确保仪器工作状态良好，减少因仪器故障导致的下井次数，努力提高电成像的一次性测井成功率2、优化仪器组合，提高井下安全和仪器安全为了在下放过程中减小仪器刚性长度、保护极板不被磨坏，防止在上提过程中鱼雷进键槽阻卡，我们对地层倾角和电成像下井串进行了改进首先在仪器推靠的下端增加扶正器（图3-5），这样既能在下放过程中防止极板和井壁直接的摩擦，减小阻力，保护极板，又能在上提过程中不至于导致一个极板被严重挤压在下面，影响资料质量其次，我们在测井施工时，不仅挂接防转短接，保证资料中仪器每13m转动不超过360的行业标准，而且还增加了柔性短接，减少仪器刚性长度，使仪器更加顺利下至井底。

最后我们还在仪器的最上端增加了三臂井径并采用无鱼雷的钢丝马龙头（图3-6），这样使得马龙头处居中，防止键槽卡，而且可以通过三臂井径实时观察井眼变化情况，更早更好的做出相应的措施图3-5推靠下端扶正器图3-6三臂井径和两类马龙头3、资料采集过程中密切配合，保证资料质量首先在下井之前，搞清斜井的倾斜方向，在地面通过观察方位和极板的位置，以便仪器下井后通过方位推算出那个极板朝下，做到心中有数地层倾角和电成像极板承受拉力不大，测井过程中仪器承受拉力超过正常值300磅以上，极板就可能被拉，这就对绞车工和操作工程师提出了较高要求，在测井时两者必须紧密配合，绞车工应该对于增量超过200磅的张力值向操作工程师给出提示，使其在合理范围内进行收拢推靠臂的操作，以便提早做好解卡工作同时操作工程师应密切观察三臂井径所测量的井径变化情况，当出现缩径时，可以让绞车工减慢速度，开始收腿，等过缩径段时重新打开腿，恢复正常测速，这样可以避免（图3-4）中出现的曲线遇卡变直此外为防止仪器遇卡严重，一般不提倡将仪器的动力扶正器（图3-5所示）打开最后为避免仪器转动给资料带来的不利影响，一般在测井中，当仪器串快下到井底时，以3--5m/min的速度上提几百米电缆，这样可以释放掉大部分的逆向扭矩力量，之后再下到井底进行资料采集。

4结束语斜井是油田在勘探开发所采用的一种特殊结构的油。