李朋,王文鋒,李衡,王守斌,李偉,呂巍,鄧亮亮

(中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司天津分公司,天津 300280)

0 引 言

由于生產(chǎn)測(cè)井電纜的廠家不同,根據(jù)Q/zCJ-J02-005-89標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的電纜拉伸系數(shù)與實(shí)際有很大差別。即使生產(chǎn)廠家給出電纜拉伸系數(shù)的標(biāo)稱值,由于生產(chǎn)批次不同,電纜使用環(huán)境不同,在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)存在一定的差異。例如,SY/T5361—2007采用Camesa廠家技術(shù)手冊(cè)數(shù)據(jù),提到Camesa-7J46測(cè)井電纜拉伸系數(shù)為0.174 m/(kN·km)[1]而Q/zCJ-J02-005-89給出各類7芯電纜伸長系數(shù)均為1.322 02 m/(t·km)[約0.132 m/(kN·km)],這2個(gè)數(shù)據(jù)并不一致,使現(xiàn)場(chǎng)工程師在工作中應(yīng)用電纜拉伸系數(shù)時(shí)無所適從。

通常,測(cè)井工程師會(huì)在上提儀器遇卡時(shí)根據(jù)張力增加與電纜拉伸量之間的關(guān)系,采用已知的電纜拉伸系數(shù),計(jì)算卡點(diǎn)位置,以確定正確的解卡方法。電纜拉伸系數(shù)的不正確直接影響卡點(diǎn)位置的錯(cuò)誤判斷,對(duì)后續(xù)處理造成很大的安全風(fēng)險(xiǎn)[2-8]。掌握測(cè)井系統(tǒng)所用電纜的拉伸系數(shù)對(duì)測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員至關(guān)重要。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),提出一種計(jì)算測(cè)井電纜拉伸系數(shù)的方法。

1 計(jì)算原理

在不同張力條件下,由于電纜拉伸程度不同,測(cè)井儀器測(cè)量井下某一標(biāo)志性特征(如短套管、分級(jí)箍、同位素標(biāo)簽等),會(huì)得到不同的深度結(jié)論。通過對(duì)比2次測(cè)井的深度差,結(jié)合2次測(cè)井電纜所受不同的張力,就能計(jì)算出正在使用的這種電纜的實(shí)際拉伸系數(shù)。

勻速測(cè)井過程中,電纜張力等于測(cè)井儀器重量、電纜重量、電纜和測(cè)井儀器所受浮力、電纜和測(cè)井儀器與井壁產(chǎn)生的摩擦力、電纜和測(cè)井儀器與鉆井液之間的動(dòng)切力的合力,電纜、測(cè)井儀器保持勻速運(yùn)動(dòng)。井下儀器串自重是恒定數(shù)值,不會(huì)改變。對(duì)于井下某一特定位置,電纜展開長度一定,電纜重量固定。每口井的鉆井液密度恒定,在不同張力條件下的測(cè)井過程中,當(dāng)測(cè)井儀器通過井中某標(biāo)志物瞬間,井中電纜和測(cè)井儀器排開鉆井液的體積也是一定的。所以,電纜和測(cè)井儀器所受的浮力在不同張力條件下的測(cè)井過程中,在井中特定位置是恒定的。張力試驗(yàn)中,盡可能減小由于電纜長距離延展產(chǎn)生的深度誤差,應(yīng)采用同一次下井,下放、上提2種測(cè)井方式測(cè)量井中標(biāo)志物深度的方法。上提、下放測(cè)井過程中電纜和測(cè)井儀器運(yùn)行軌跡可能發(fā)生變化,測(cè)井儀器串的頂、末端形狀不同,電纜和測(cè)井儀器與鉆井液之間的動(dòng)切力、同井壁產(chǎn)生的摩擦力方向不同,數(shù)值會(huì)有所改變。

2 實(shí)施條件

為計(jì)算精確,深度記錄系統(tǒng)采用光電編碼,光柵數(shù)不少于300/ft*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同。測(cè)井采集系統(tǒng)和絞車面板深度顯示精確到0.001 m。為建立張力與電纜拉伸量的準(zhǔn)確關(guān)系,減少井眼情況對(duì)張力的影響,應(yīng)在油井套管段進(jìn)行計(jì)算。井內(nèi)要有短套管、分級(jí)箍、同位素標(biāo)簽等標(biāo)志物。如果是裸眼井,需有3 000 m以上的技術(shù)套管。測(cè)井深度系統(tǒng)計(jì)量要精準(zhǔn),誤差在0.5‰以內(nèi)。張力計(jì)的計(jì)量要準(zhǔn)確,選擇無風(fēng)、干燥的天氣進(jìn)行計(jì)算。

3 計(jì)算過程

3.1 測(cè)量電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長度L

在下放測(cè)井儀器過程中,當(dāng)電纜總張力超過1 000 lbf**非法定計(jì)量單位,1 lbf=4.448 N,下同后,地滑輪與電纜滾筒之間電纜下垂現(xiàn)象消失,呈一條直線。此時(shí),緩慢停絞車,在即將脫離電纜滾筒的電纜處做一個(gè)明顯記號(hào),并記錄此時(shí)絞車顯示深度為D0-1。繼續(xù)緩慢下放測(cè)井儀器,當(dāng)電纜上的記號(hào)到達(dá)與鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面平齊位置時(shí),停住絞車,記錄此時(shí)的絞車顯示深度為D0-2,電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長度為

L=D0-2-D0-1

(1)

3.2 下放測(cè)井,測(cè)量井中某一標(biāo)志物的深度D1

在距離標(biāo)志物以上50 m處,開始記錄測(cè)井曲線,下放速度不能超過20 m/min,且勻速。當(dāng)標(biāo)志物磁定位(或其他參考曲線)特征顯示到測(cè)井系統(tǒng)監(jiān)視屏后,繼續(xù)向下測(cè)量50 m,緩慢停住絞車并停止記錄。

打開下放測(cè)井記錄到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件,讀出標(biāo)志物對(duì)應(yīng)磁定位(或其他參考曲線)的深度D1及對(duì)應(yīng)的張力T1。

3.3 上提測(cè)井,測(cè)量井中同一標(biāo)志性特征的深度D2

上提測(cè)井,速度與上述下放測(cè)井保持一致,當(dāng)標(biāo)志物磁定位(或其他參考曲線)特征顯示到測(cè)井系統(tǒng)監(jiān)視屏后,繼續(xù)向上測(cè)量50 m,停住絞車并停止記錄。

打開上提測(cè)井記錄到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)文件,讀出標(biāo)志物對(duì)應(yīng)磁定位(或其它參考曲線)的深度D2及對(duì)應(yīng)的張力T2。

3.4 計(jì)算電纜拉伸系數(shù)E

由于井中標(biāo)志物到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面的距離(標(biāo)志物深度)是一個(gè)恒定數(shù)值,下放測(cè)井與上提測(cè)井得到不同的深度結(jié)果是因?yàn)?次測(cè)井電纜所受張力不同,電纜拉伸量產(chǎn)生差異。

不同張力條件下,電纜拉伸量的差為

ΔL1=D1-D2

(2)

由于上提測(cè)井電纜張力大于下放測(cè)井,ΔL1即為上提測(cè)井時(shí)增加的張力作用在從電纜滾筒到井下標(biāo)志物這段電纜(D1+L)后對(duì)電纜產(chǎn)生的額外拉伸長度。

所以,正在使用的這種電纜拉伸系數(shù)E為

E=ΔL1/[(T2-T1)·(D1+L)]·106

(3)

式中,深度、長度單位均為m,張力單位為lbf。×106轉(zhuǎn)換為電纜km·klbf拉伸量,即電纜拉伸系數(shù)。

3.5 計(jì)算方法的計(jì)算誤差

綜上所述,通過該方法計(jì)算電纜拉伸系數(shù)誤差取決于測(cè)井隊(duì)張力系統(tǒng)誤差,這個(gè)誤差在該計(jì)算方法實(shí)際應(yīng)用得到的電纜拉伸系數(shù)計(jì)算卡點(diǎn)深度時(shí)也會(huì)得到消除。

假設(shè)某測(cè)井隊(duì)正在使用的電纜實(shí)際準(zhǔn)確的拉伸系數(shù)為E′,則

(4)

根據(jù)SY/T5361—2007所給計(jì)算卡點(diǎn)深度的公式[1]為

(5)

式中,D為卡點(diǎn)深度;ΔL為從電纜上量出的電纜伸長值;ΔT為增加的電纜張力值;E為電纜伸長系數(shù)。

假設(shè)某測(cè)井小隊(duì)在測(cè)井施工中,測(cè)井電纜在某深度點(diǎn)卡死,測(cè)井工程師采用SY/T5361—2007所給公式計(jì)算卡點(diǎn)深度。由于上述測(cè)井小隊(duì)張力系統(tǒng)誤差為b%,實(shí)際增加的電纜張力值為ΔT′那么會(huì)有以下關(guān)系

ΔT′=ΔT·(1+b%)

(6)

準(zhǔn)確的卡點(diǎn)深度應(yīng)該為:

(7)

將式(4)和式(6)代入式(7),不難發(fā)現(xiàn),張力系統(tǒng)b%的誤差也可以抵消。

所以,對(duì)特定的測(cè)井小隊(duì)來講,在測(cè)井儀器或電纜在井下遇卡后,采用該計(jì)算方法得到的電纜拉伸系數(shù)計(jì)算卡點(diǎn)深度,即使深度系統(tǒng)、張力系統(tǒng)存在不同程度的誤差,誤差都是相對(duì)的,在計(jì)算過程中會(huì)抵消,所以也會(huì)得到準(zhǔn)確的卡點(diǎn)深度。

4 實(shí)際應(yīng)用(以Camesa-7J46電纜為例)

4.1 測(cè)量電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長度L

圖1 在電纜上做標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的深度顯示

測(cè)井施工中,該測(cè)井小隊(duì)電纜滾筒到鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面之間電纜的長度L為

L=D0-2-D0-1=85.581 m

圖2 圖1中所做標(biāo)記到達(dá)鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤平面及對(duì)應(yīng)的深度顯示

4.2 下放測(cè)井,測(cè)量本井9 in套管分級(jí)箍下變扣接箍深度D1

4.3 上提測(cè)井,測(cè)量本井9 in套管分級(jí)箍下變扣接箍深度D2

4.4 計(jì)算該測(cè)井小隊(duì)使用的Camesa-7J46測(cè)井電纜拉伸系數(shù)E

該測(cè)井小隊(duì)正在使用的Camesa-7J46測(cè)井電纜拉伸系數(shù)E為

ΔL=D1-D2=1 625.269 8-1 624.355 4=0.911 4 mE=ΔL/[(T2-T1)·(D1+L)]×106=0911 4 m/[(2 024.703 lbf-1 331.930 lbf)·(1 625.269 8 m+85.581 m)]×106=0.768 9 m/(km·klbf)

圖3 下放測(cè)井得到的該井9 in套管分級(jí)箍下變扣深度及對(duì)應(yīng)的電纜張力

圖4 上提測(cè)井得到的該井9 in套管分級(jí)箍下變扣深度及對(duì)應(yīng)的電纜張力

所以,該測(cè)井小隊(duì)正在使用的測(cè)井電纜在當(dāng)前情況下的拉伸系數(shù)為0.768 9 m/(km·klbf),如果在深度系統(tǒng)、張力系統(tǒng)沒發(fā)生改變的情況下,發(fā)生測(cè)井儀器或測(cè)井電纜井下遇卡后,可采用此系數(shù)計(jì)算卡點(diǎn)深度。

5 結(jié)束語

(1) 由于施工需求和成本控制因素,造成了各測(cè)井小隊(duì)裝備的測(cè)井電纜之間的存在差異。測(cè)井電纜采用的鋼絲的材質(zhì)不同,生產(chǎn)工藝不同,加之使用環(huán)境不同,所以不可能存在一個(gè)固定的測(cè)井電纜拉伸系數(shù)。

(2) 本文提供的方法,針對(duì)某一特定的已裝備電纜,計(jì)算出該電纜的拉伸系數(shù),應(yīng)用該種方法計(jì)算得到的電纜拉伸系數(shù)從理論上消除了深度系統(tǒng)和張力系統(tǒng)的誤差對(duì)計(jì)算卡點(diǎn)深度的影響,為測(cè)井小隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)深度校正、井下復(fù)雜處理提供了理論依據(jù)和實(shí)際支撐。

(3) 隨著電纜使用時(shí)間的增長和電纜鋼絲的磨損或使用環(huán)境的變化(井內(nèi)溫度、鉆井液等影響),測(cè)井電纜拉伸系數(shù)會(huì)產(chǎn)生微改變,只要掌握本文提供的計(jì)算方法,定期計(jì)算,就能及時(shí)掌握測(cè)井小隊(duì)所使用的電纜的拉伸系數(shù)。