李光輝

(中國石油長城鉆探工程公司, 北京 100101)

0 引 言

油套管損傷測井檢測評價(jià)是油氣田開發(fā)的例行和重要工作。土庫曼T氣田地質(zhì)條件復(fù)雜,工程要求苛刻,作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高,技術(shù)難度大。在現(xiàn)有國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀中,選取可靠和先進(jìn)的測井儀器和技術(shù),對T氣田開展有效和安全的油套管損傷檢測和評價(jià)成為了油公司的工作重點(diǎn)。本文對現(xiàn)今T氣田的油套管損傷檢測和評價(jià)技術(shù)進(jìn)行綜合評價(jià),總結(jié)測井儀器的技術(shù)特點(diǎn),分析它們的技術(shù)優(yōu)勢和不足以及在T氣田的應(yīng)用效果,通過改進(jìn),形成一套適合T氣田的油套管損傷測井檢測評價(jià)技術(shù)。

1 T氣田油套管損傷概況和測井檢測評價(jià)難點(diǎn)

與中國氣田相比,造成土庫曼T氣田油套管損傷的原因較多:①氣田構(gòu)造和巖性復(fù)雜,斷層局部發(fā)育,不同地層間應(yīng)力不均,易引起巖層滑動(dòng)和變形而造成油套管機(jī)械損傷;②氣田一般埋深4 000 m左右,井底溫度高達(dá)130 ℃,壓力高達(dá)60 MPa,產(chǎn)層和局部地層壓力系數(shù)高達(dá)2.1,高溫和高壓環(huán)境容易造成管柱損傷;③氣田含有較多酸性氣體,腐蝕介質(zhì)包括H2S、CO2、SO2、H2O等，產(chǎn)層上部廣泛發(fā)育有膏鹽層,其中的透鏡狀高壓地層水礦化度普遍在100 g/L左右,腐蝕性氣體和液體導(dǎo)致管柱易發(fā)生電化學(xué)腐蝕和氫脆等現(xiàn)象;④氣田開發(fā)歷史長,新老管柱并存,老井管柱已有20余年歷史,損傷狀況不明;⑤氣田多采用4層管柱完井,管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,油套管尺寸不一,管串工具多樣;⑥氣田經(jīng)常采用酸化壓裂等增產(chǎn)措施,給油套管帶來了較大的傷害。

T氣田的復(fù)雜地質(zhì)和工程環(huán)境給測井檢測評價(jià)油套管損傷帶來了極大的挑戰(zhàn)。①氣井高溫高壓和高H2S含量給測井施工帶來了巨大的難度和安全風(fēng)險(xiǎn);②氣體為主的多種流體介質(zhì)井下條件限制了聲波成像類的油套管損傷檢測測井技術(shù)的應(yīng)用;③氣井均為多層管柱完井,給電磁類油套管損傷測井檢測技術(shù)的應(yīng)用帶來了不小難度;④完井油管外徑最小為73 mm,對測井儀器的外徑提出了更高要求;⑤油套管尺寸和鋼級(jí)多樣,特殊管串工具多,增加了測井資料的處理解釋難度;⑥油套管腐蝕介質(zhì)及類型多種多樣,容易造成解釋準(zhǔn)確度的降低;⑦檢測評價(jià)油管外的套管損傷時(shí),如果重新起下油管、洗井,其作業(yè)時(shí)間長,成本高,風(fēng)險(xiǎn)大。

2 MIT、MTT、MID-K測井儀器的技術(shù)特點(diǎn)和在T氣田的適用性分析

T氣田油套管節(jié)箍、本體、內(nèi)壁和外壁均有不同程度的損傷發(fā)生。輕微的表現(xiàn)為局部的坑蝕、彎曲和變形,嚴(yán)重的造成油套管的破裂和斷裂,給氣田的正常生產(chǎn)開發(fā)造成了很大的損失。急需采用有效的測井技術(shù)對油套管損傷情況開展檢測和評價(jià)。

在對T氣田油套管損傷情況和現(xiàn)今測井儀器技術(shù)水平的綜合分析后,油公司決定引進(jìn)英國SONDEX公司的磁壁厚測井儀(MTT)、多臂井徑成像儀(MIT)和俄羅斯GITAS公司的電磁探傷成像測井儀(MID-K)解決目前的問題。這3種儀器的技術(shù)指標(biāo)見表1[1-4]。

由表1分析可知,MIT、 MTT、 MID-K作為現(xiàn)今應(yīng)用較為成熟的測井儀器,具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

表1MIT、MTT、MID-K測井儀器技術(shù)指標(biāo)一覽表

MID-KMTTMIT儀器類型磁探測測井儀器磁探測測井儀器井徑類測井儀器儀器外徑/mm424343(24臂)儀器長度/m2.102.121.14(24臂)最大工作壓力/psi*304501500015000最高工作溫度/℃175150150重量/kg913.69.1(24臂)傳感器數(shù)量/個(gè)512+124臂、40臂、60臂等井眼覆蓋率/%10010019.5(24臂)測量范圍/mm62～32450.8～177.845～245測井分辨率探測管柱橫向損傷最小長度1/4管柱周長;探測管柱縱向損傷最小長度50mm金屬損失率>35%,壁厚損失>50%,10mm以上孔可識(shí)別;金屬損失率>20%,壁厚損失>30%,20mm以上孔可識(shí)別。測量半徑分辨率0.076mm垂直分辨率2.54mm

*非法定計(jì)量單位,1 psi=6.895 kPa,下同

(1) 3種儀器的最大工作壓力和工作溫度完全能適應(yīng)T氣田高溫高壓的測井條件[1-3]。

(2) MIT、MTT、MID-K分別為井徑類和磁測井類測井儀,能滿足T氣田氣體介質(zhì)以及氣液混合介質(zhì)條件下的油套管損傷檢測的測井資料采集和分析[1]。

(3) 儀器尺寸小,MIT儀器具有24臂、40臂等多種型號(hào),適合不同管柱尺寸的測量要求[2]。

(4) 可以在氣井鉆井過程中對其進(jìn)行套管測量,便于對管柱進(jìn)行實(shí)時(shí)和長期監(jiān)測。

(5) 能在垂直井和大斜度井正常進(jìn)行測井作業(yè),適用于T氣田的各種井身結(jié)構(gòu)。

(6) 3種儀器的測井井眼覆蓋率高,采樣精度高,能夠檢測到T氣田的各種損傷類型。

(7) MIT、MTT、MID-K的先進(jìn)測井解釋技術(shù)能適應(yīng)T氣田多層金屬管柱、復(fù)雜井下條件下的油套管損傷檢測測井評價(jià)[5-6]。

由以上分析可知,MIT、MTT、MID-K適用于T氣田的測井要求和地質(zhì)工程條件。

3 MIT、 MTT、 MID-K測井技術(shù)的優(yōu)勢、不足和改進(jìn)

隨著MIT、MTT、MID-K等3種測井儀器的引進(jìn),在T氣田使用初期,3種儀器逐漸呈現(xiàn)出了各自的應(yīng)用效果以及優(yōu)勢和不足(見表2)。

基于以上分析,通過實(shí)踐摸索和總結(jié),最終在T氣田發(fā)展出了組合測井技術(shù),即對每次測井任務(wù)都進(jìn)行詳細(xì)的需求分析,根據(jù)測井目標(biāo),從MIT、MTT、MID-K等測井儀器中選擇1種進(jìn)行單獨(dú)測井,或者選擇2種儀器進(jìn)行組合測井,取長補(bǔ)短,可以更好地發(fā)揮儀器的特性,全面準(zhǔn)確同時(shí)又經(jīng)濟(jì)地判定油套管損傷。MIT+MTT+MID-K組合測井技術(shù)見表3。

表2 MIT、MTT和MID-K的儀器優(yōu)缺點(diǎn)對比表

表3 MIT+MTT+MID-K組合測井技術(shù)

4 應(yīng)用效果實(shí)例

通過采用MIT+MTT+MID-K組合測井技術(shù),土庫曼T氣田油套管損傷檢測和評價(jià)取得了良好的應(yīng)用效果。

4.1 探測第1層管柱脫箍情況

T氣田M××21井加壓施工作業(yè)后,發(fā)現(xiàn)泥漿循環(huán)出現(xiàn)漏失,懷疑177.8 mm油管發(fā)生破損,于是單獨(dú)進(jìn)行了MIT測井。圖1是MIT測井原始曲線,在496.3～497.6 m之間的MIT井徑曲線明顯增大,顯示2根油管之間發(fā)生了脫箍,同時(shí)在CCL曲線上該段出現(xiàn)2個(gè)較強(qiáng)的接箍信號(hào),該處可能發(fā)生了接箍脫扣。

圖1 MIT測井井徑曲線圖

圖2是脫箍附近的MIT3D成像圖,藍(lán)色部分為半徑縮小部分,即可能的結(jié)垢區(qū)域,紅色部分表示測量半徑顯著擴(kuò)大,綠色部分表示測量半徑幾乎為原始半徑。油管起出,發(fā)現(xiàn)該深度處油管已經(jīng)斷開,證實(shí)了MIT測井的有效和準(zhǔn)確。

圖2 油管MIT的3D成像圖

4.2 檢測多層管柱結(jié)構(gòu)及相互位置

T氣田S××63井共下入245 mm技套、168 mm產(chǎn)套和114 mm油管共3種管柱,為了檢測詳細(xì)的管柱結(jié)構(gòu)以及它們的相互位置關(guān)系,單獨(dú)進(jìn)行了MID-K測井。從圖3的MID-K解釋成果圖可以看出,對于114 mm油管,第4道近區(qū)、第5道中區(qū)和第6道遠(yuǎn)區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度在油管節(jié)箍處的異常變化明顯(如圖3中的紅色箭頭所示深度)。在第3道中,計(jì)算的第1層油管的藍(lán)色壁厚曲線,在節(jié)箍處的增大也清晰可見。對于168 mm油層套管,中區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度在套管節(jié)箍處也有較異常的變化(如圖3中的綠色箭頭所示深度)。在第3道,計(jì)算的第2層套管的紅色壁厚曲線,在節(jié)箍處的增大也較清晰。對于245 mm技術(shù)套管,遠(yuǎn)區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度在套管節(jié)箍處有較異常的變化(如圖3中的紫色箭頭所示深度)。該實(shí)例清晰顯示了MID-K探測多層管柱結(jié)構(gòu)以及相互位置的有效性。

圖3 MID-K探測3層管柱結(jié)構(gòu)

4.3 檢測第1層管柱內(nèi)外壁損傷、結(jié)垢、變形和方位

圖4 套管MIT/MTT的3D成像圖

通過MIT+MTT組合測井,可以準(zhǔn)確定量地判斷管柱變形、內(nèi)外壁的損傷和結(jié)垢情況,以及損傷的位置和數(shù)量。T氣田Y××6井為老井,需要對產(chǎn)套進(jìn)行詳細(xì)的探傷,因此進(jìn)行了MIT+MTT組合測井。綜合MIT和MTT測井資料處理解釋表明,1 860.65 m深度處套管原始內(nèi)徑為147.12 mm,測量平均內(nèi)徑為146.16 mm,測量最大內(nèi)徑為148.78 mm,測量最小內(nèi)徑為135.26 mm,內(nèi)徑最大縮小量為11.86 mm。該深度附近,套管原始壁厚10.59 mm,測量最大壁厚10.14 mm,測量最小壁厚10.02 mm,測量平均壁厚10.08 mm。由圖4和圖5的MIT/MTT處理解釋成果圖可以直觀看出,套管橫截面大部分形狀完好,個(gè)別部位發(fā)生形變,形變部分(圖4中的紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)處)位于相對方位353.95 °處;套管內(nèi)壁沒有明顯的結(jié)垢發(fā)生,套管壁厚比較均勻,僅局部發(fā)生損傷,MIT結(jié)合MTT處理解釋可知,套管損傷類型為淺的線狀腐蝕和輕微斑點(diǎn)狀腐蝕,損傷共造成壁厚金屬損失5.2%。

圖5 套管MIT/MTT的橫截面圖

4.4 檢測多層油套管壁厚損傷

MIT+MID-K組合測井不僅可以定量分析第1層管柱的損傷狀況,還可以定量計(jì)算第2層管柱的損傷厚度。圖6和圖7分別為T氣田S ××42井的MID-K和MIT解釋成果圖。該井的管柱結(jié)構(gòu)為245 mm套管下至1 516 m,壁厚11.06 mm;168 mm套管存在2種規(guī)格,第1種0～1 516 m,壁厚10.59 mm,第2種1 516～2 546 m,壁厚12.06 mm;該井沒有下入油管。從圖6可以看出,在1 514～1 516 m井段,遠(yuǎn)區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度減小明顯,遠(yuǎn)區(qū)橫向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度也有對應(yīng)的減少。在第2道計(jì)算的第2層套管的藍(lán)色壁厚曲線顯示,壁厚從11 mm逐漸減小到0 mm,表明第2層245 mm套管存在明顯損傷。

圖6 MID-K探測內(nèi)層和外層管柱損傷

圖7 MIT測井曲線圖判別套管損傷

對于第1層168 mm套管,從圖6可以看出,在該井段的中區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度減小明顯,近區(qū)縱向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度也有稍微的減小;近區(qū)橫向探頭次生感生電動(dòng)勢曲線幅度也有一定程度的減少,說明168 mm套管的外壁損傷程度較重;內(nèi)壁損傷程度較輕,第2道計(jì)算的紅色壁厚曲線顯示,168 mm套管壁厚總共減小了6 mm。同時(shí)測井的MIT多臂井徑曲線圖如圖7所示,MIT曲線分析結(jié)果表明,168 mm套管在1 514～1 516 m井段的最小內(nèi)徑為150.35 mm,最大內(nèi)徑151.32 mm,平均內(nèi)徑150.99 mm,說明套管內(nèi)壁存在輕微的變形和損傷;1 516 m深度以下,168 mm套管規(guī)格和壁厚改變,MIT測量井徑曲線整體變小。

5 結(jié)論和建議

(1) 土庫曼T氣田地質(zhì)條件和工程條件復(fù)雜,通過對技術(shù)特點(diǎn)和適用性的分析,認(rèn)為MIT、 MTT、MID-K這3種測井方法具有測量精度高、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)可靠并易于推廣的特點(diǎn),完全適用于T氣田的需求。

(2) 通過MIT、MTT、MID-K這3種測井儀器優(yōu)缺點(diǎn)的對比和分析,在T氣田針對不同的探傷需求總結(jié)并形成了一套組合測井技術(shù)和規(guī)范,降低了成本,提高了時(shí)效,測井解釋結(jié)論和油套管實(shí)際損傷情況符合率高,測井作業(yè)不影響氣井正常生產(chǎn),為油公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(3) MIT+MTT+MID-K在T氣田的油套管損傷檢測和評價(jià)中取得了較好的應(yīng)用:檢測第1層管柱內(nèi)壁結(jié)垢、內(nèi)外壁損傷變形和方位,檢查管柱脫箍,識(shí)別井下工具并判斷其損傷變形,檢測射孔情況,評價(jià)第2層管柱損傷,探測多層管柱結(jié)構(gòu)等。

(4) 對于油套管損傷評價(jià)疑難問題,建議使用MIT+MTT+MID-K這3種儀器同時(shí)測井,發(fā)揮3種儀器各自的技術(shù)優(yōu)勢,提供更全面更精確的探傷技術(shù)支持。

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