叢顏

(中石化中原石油工程有限公司 井下特種作業(yè)公司，河南 濮陽(yáng) 457162)

射孔對(duì)油田開(kāi)發(fā)具有至關(guān)重要的作用，射孔施工的深度控制既是有效進(jìn)行射孔完井的前提也是油田開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵[1]。射孔能夠在打通套管和油氣層后使油氣流出，由于薄油層的射孔施工具有更大的難度，因此也給射孔施工帶來(lái)了新的難題，當(dāng)需要進(jìn)行多個(gè)油層的鉆取施工時(shí)，若射孔深度在地層的射開(kāi)過(guò)程較為完善，能夠準(zhǔn)確地在油氣層的上下界面完成射孔，則可以有效提高油井產(chǎn)能，但是由于目前的射孔作業(yè)技術(shù)在進(jìn)行實(shí)際射孔深度控制中存在著較大的困難，傳統(tǒng)依靠人工進(jìn)行射孔施工的施工精度較低，使射孔深度存在著較大的誤差，成為油田開(kāi)發(fā)與施工人員重點(diǎn)關(guān)注并亟待解決的問(wèn)題[2-3]。射孔定位施工若精度不高，則會(huì)使油氣層得不到充分的開(kāi)發(fā)，若存在較大誤差則會(huì)突破油氣層的上下界面，誤開(kāi)底水和氣頂，直接影響著該地區(qū)油田開(kāi)發(fā)的前景，造成油井的破壞，影響油井開(kāi)采的年限，因此需要深入分析射孔施工中存在的問(wèn)題，進(jìn)行射孔深度控制，盡可能地提高射孔施工的精度[4]。在傳統(tǒng)的油田射孔作業(yè)中，需要識(shí)別節(jié)箍信號(hào)，在這些信號(hào)中會(huì)存在著一些干擾噪聲信號(hào)，需要對(duì)信號(hào)壓噪去噪，但對(duì)于開(kāi)采時(shí)間在四五十年前的油井而言，往往會(huì)出現(xiàn)套管節(jié)箍破損等問(wèn)題，若直接識(shí)別幅度會(huì)嚴(yán)重影響射孔施工的精度，因此，本文將自動(dòng)跟蹤技術(shù)應(yīng)用于射孔施工中，對(duì)套管節(jié)箍跟蹤識(shí)別，控制射孔深度，對(duì)射孔施工提供了參考依據(jù)，對(duì)提高射孔施工水平，保證施工精度和質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 套管節(jié)箍自動(dòng)跟蹤識(shí)別

1.1 節(jié)箍信號(hào)特點(diǎn)

在油田作業(yè)中，第一個(gè)油層下的節(jié)箍往往是射孔作業(yè)定位與識(shí)別射孔深度的參照，對(duì)節(jié)箍信號(hào)的識(shí)別、對(duì)射孔深度的定位與控制具有重要的影響，若未能有效地識(shí)別節(jié)箍信號(hào)，則會(huì)引入更多的錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致射孔深度的探測(cè)精度難以滿足射孔作業(yè)的要求，影響射孔作業(yè)的質(zhì)量[5]。因此，在射孔作業(yè)深度控制中，不僅要及時(shí)校正射孔深度，還應(yīng)正確識(shí)別節(jié)箍信號(hào)。本文基于自動(dòng)跟蹤識(shí)別技術(shù)，采集節(jié)箍信號(hào)，分析節(jié)箍信號(hào)的特征，并通過(guò)濾波技術(shù)處理節(jié)箍信號(hào)，從幅度和深度角度出發(fā)，在控制干擾信號(hào)的同時(shí)識(shí)別節(jié)箍位置。本文所用的節(jié)箍信號(hào)測(cè)量?jī)x器為磁定位器，其測(cè)量過(guò)程是監(jiān)測(cè)探頭在套管中移動(dòng)，監(jiān)測(cè)探頭在套管周?chē)a(chǎn)生了一定磁場(chǎng)，當(dāng)磁定位器經(jīng)過(guò)節(jié)箍時(shí)，會(huì)引起周?chē)拇艌?chǎng)變化，進(jìn)而使磁力線發(fā)生變化，磁定位器中的探頭根據(jù)鐵磁物質(zhì)的改變進(jìn)行線圈切割磁力線，從而形成感應(yīng)電勢(shì)，形成節(jié)箍信號(hào)具體如圖1所示。

由圖1可知，節(jié)箍信號(hào)波形會(huì)受檢測(cè)速度的影響，產(chǎn)生不規(guī)律的波形，但總體上來(lái)說(shuō)，節(jié)箍信號(hào)又存在相同特點(diǎn)，其波形都具有主尖峰和副尖峰，主尖峰在節(jié)箍中間位置，副尖峰位于信號(hào)波形的兩側(cè)[6]。主尖峰為單峰信號(hào)，對(duì)于磁定位器的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，主尖峰比副尖峰的幅度突出，更利于幅度檢測(cè)，因此，在節(jié)箍信號(hào)的檢測(cè)中，能夠控制干擾，完成節(jié)箍信號(hào)的識(shí)別，準(zhǔn)確定位節(jié)箍深度。在非節(jié)箍處不存在尖峰信號(hào)，為了減少干擾信號(hào)對(duì)檢測(cè)的影響，在非節(jié)箍處應(yīng)關(guān)閉檢測(cè)。

1.2 節(jié)箍信號(hào)濾波處理與識(shí)別

在節(jié)箍信號(hào)的識(shí)別中，若能夠正確識(shí)別出主尖峰信號(hào)，就能夠得到套管節(jié)箍的深度，定位射孔深度。為了保證射孔作業(yè)的施工達(dá)到深度精度要求，避免出現(xiàn)誤射孔現(xiàn)象，需要結(jié)合自動(dòng)跟蹤識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)跟蹤信號(hào)的幅度和深度，在磁定位器探頭進(jìn)入射孔井段后，采用信號(hào)窗口鑒別方法，結(jié)合自動(dòng)獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)，調(diào)整門(mén)限電平，動(dòng)態(tài)調(diào)整識(shí)別窗口，從而判斷該節(jié)箍信號(hào)是否存在異?，F(xiàn)象[7]。由于節(jié)箍信號(hào)的大小與磁定位器的運(yùn)行速度密切關(guān)聯(lián)，速度應(yīng)控制在0.3～2 km/h，小于0.3 km/h速度過(guò)慢，大于2 km/h速度過(guò)快。因此在射孔作業(yè)中應(yīng)適時(shí)地調(diào)整測(cè)速，信號(hào)波形隨磁定位器測(cè)速的變化如圖2所示。

由圖2可知，在正常測(cè)量條件下，節(jié)箍信號(hào)的波形是較為規(guī)律的；在較快的測(cè)量速度下的信號(hào)，由于不具有足夠的反應(yīng)時(shí)間，因此會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的變形，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常檢測(cè)；在較慢的測(cè)量條件下，波形會(huì)在主尖峰處出現(xiàn)畸變，不能保證節(jié)箍信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，為了保證節(jié)箍信號(hào)的有效識(shí)別，本文通過(guò)速度濾波處理信號(hào)。其中，磁定位器的測(cè)量速度通過(guò)平滑濾波迭代，得到平均速度的累加值，計(jì)算公式如式(1)所示：

圖2 不同測(cè)速狀態(tài)下節(jié)箍信號(hào)波形變化示意

(1)

式中：vi，vi-1——當(dāng)前速度和上一點(diǎn)處理的平均速度的累加值；N——采樣點(diǎn)數(shù)量；v——磁定位器在檢測(cè)時(shí)的運(yùn)行速度，從而獲取速度濾波系數(shù)。

經(jīng)過(guò)在節(jié)箍信號(hào)的平滑處理完成后，對(duì)節(jié)箍信號(hào)中存在的畸變以及基底的干擾信號(hào)都實(shí)現(xiàn)了一定的消除，經(jīng)濾波處理后，本文節(jié)箍信號(hào)變化規(guī)律，波形曲線呈現(xiàn)出均勻平滑的特點(diǎn)[8]。在節(jié)箍信號(hào)識(shí)別過(guò)程中，先設(shè)置門(mén)限電平，隨后以信號(hào)幅度的變化為依據(jù)，調(diào)整門(mén)限電平，并通過(guò)深度計(jì)數(shù)器不斷更新修改后的計(jì)算值。獲取在信號(hào)采集期間累加信號(hào)的最大幅度值來(lái)實(shí)現(xiàn)，再比較主尖峰信號(hào)幅度值，以信號(hào)最大值作為節(jié)箍深度。在已知測(cè)井深度的前提下，利用磁定位器繼續(xù)沿井下方向運(yùn)動(dòng)，確定下一節(jié)箍位置所在的深度，將該節(jié)箍位置的上下50 cm設(shè)置為信號(hào)窗口的識(shí)別范圍，其他部分的信號(hào)將作為干擾信號(hào)，不納入識(shí)別范圍，在識(shí)別窗口進(jìn)行多次識(shí)別后取跟蹤誤差，最后的節(jié)箍深度選擇在誤差值最小的位置，并根據(jù)深度序列繼續(xù)深度跟蹤，將測(cè)井中包括深度等一系列參數(shù)的變化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并以上一點(diǎn)的跟蹤數(shù)據(jù)作為當(dāng)前數(shù)據(jù)，完成換向跟蹤后跟蹤識(shí)別測(cè)井深度，在套管節(jié)箍識(shí)別后可以進(jìn)行射孔作業(yè)。

1.3 射孔深度控制

本文基于射孔深度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)校正射孔深度，并設(shè)計(jì)射孔施工作業(yè)流程。在該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，施工作業(yè)人員可以并行操作自己的業(yè)務(wù)，并從遠(yuǎn)程服務(wù)器上加載分井信息，進(jìn)行深度校正的操作，完成射孔施工設(shè)計(jì)，在標(biāo)圖完成后審核標(biāo)圖，校深取值，處理疑難井，進(jìn)而繼續(xù)校深取值，在射孔施工設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行復(fù)核，并判斷校深取值和標(biāo)圖審核是否完成，最后審批審核報(bào)表和全套資料，審核已經(jīng)提交的審核節(jié)點(diǎn)，具體工作流程如圖3所示。

圖3 射孔深度數(shù)據(jù)處理流程示意

由圖3可知射孔深度數(shù)據(jù)處理情況，為了縮小射孔深度誤差的范圍，需要在射孔作業(yè)中進(jìn)行以下控制，在測(cè)井施工作業(yè)期間維修保養(yǎng)油井的深度系統(tǒng)，若在定期檢查中發(fā)現(xiàn)磨損量較大，且具有風(fēng)險(xiǎn)隱患的則應(yīng)及時(shí)更換，校正深度系統(tǒng)和電纜記號(hào)，使測(cè)井深度數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確[9]。校正各井段的射孔作業(yè)，細(xì)化校正井段及校正值，為了減小相鄰井段的校正值差異，各段校正值應(yīng)盡量在15 cm以?xún)?nèi)。測(cè)量?jī)x器檢測(cè)的記錄點(diǎn)位置可能會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間施工及運(yùn)行期間出現(xiàn)偏差，需要定期測(cè)量，并及時(shí)更新連接頭和射孔槍之間的長(zhǎng)度變化。在射孔作業(yè)中重點(diǎn)注意在長(zhǎng)井段排炮過(guò)程中的長(zhǎng)度計(jì)算，在測(cè)試聯(lián)作施工階段，為了進(jìn)一步把握測(cè)量精度，將施工作業(yè)讀圖的讀數(shù)精度精確到0.1 cm，縮短較深定位短接和第一槍射孔距離[10]。為了便于對(duì)管柱的調(diào)整，準(zhǔn)備好不同規(guī)格的短油管，在加壓引爆射孔槍之前，通過(guò)上提的方式調(diào)整管柱，在安全條件下做好管柱定位。由于加壓引爆射孔槍時(shí)會(huì)產(chǎn)生向下的誤差，因此要適當(dāng)將管柱在偏上的位置進(jìn)行定位，不斷修正管柱深度，并在后續(xù)施工中，以射后曲線檢驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。對(duì)于具有定位難度的短節(jié)深度的尖峰，在讀圖較深中通過(guò)分別讀取方式實(shí)現(xiàn)，保持射孔施工時(shí)的測(cè)量速度接近于滯后值的測(cè)速。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文利用聯(lián)作測(cè)試，在射孔完井后根據(jù)測(cè)試的要求，準(zhǔn)備地面設(shè)備，測(cè)井儀，磁定位器等專(zhuān)用工具，測(cè)試中所需要的工具和設(shè)備，需要進(jìn)行室內(nèi)性能測(cè)試和水壓密封試驗(yàn)，在檢驗(yàn)合格后進(jìn)入井場(chǎng)。井場(chǎng)及周?chē)鷳?yīng)保障無(wú)障礙物，且具有完備的照明系統(tǒng)和電路，規(guī)定與套管尺寸相符的標(biāo)準(zhǔn)通井，下入深度應(yīng)超過(guò)本次射孔井底以下30 m。為了控制射孔深度，在試驗(yàn)射孔作業(yè)中，電纜輸送射孔是將電纜連接射孔槍與校深儀器，一同下放到井筒中，通過(guò)測(cè)量套管節(jié)箍的深度和長(zhǎng)度，結(jié)合測(cè)井資料實(shí)現(xiàn)射孔深度的控制，將射孔槍對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)層，在準(zhǔn)確定位射孔深度后加壓起爆射孔槍?zhuān)纬傻貙拥骄驳男沽魍ǖ馈Ｔ谟凸茌斔蜕淇讜r(shí)將射孔槍連同起爆裝置一同下放，通過(guò)一次校深完成深度校正與控制，通過(guò)井口調(diào)整管柱，再重復(fù)上述射孔方式，運(yùn)用測(cè)井儀測(cè)量底層油管節(jié)箍深度，綜合測(cè)井資料控制和校正射孔深度，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)。本文的射孔深度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于Windows2010平臺(tái)開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)具備排炮、曲線自動(dòng)化錄入、平差計(jì)算等功能，回收現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線和資料驗(yàn)收曲線，實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)傳遞數(shù)據(jù)。具體射孔深度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的資料處理結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 射孔資料處理結(jié)構(gòu)示意

由圖4可知，利用掃描儀將綜合測(cè)井圖中的伽瑪曲線以圖像方式輸入到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行曲線的數(shù)字化處理，再將測(cè)井曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)文件格式的轉(zhuǎn)化后存儲(chǔ)，便于在射孔施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)圖使用，在資料處理中，利用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)圖和校深，得到漸變的校深表曲線，自動(dòng)計(jì)算射孔排炮單，并進(jìn)行存儲(chǔ)作為現(xiàn)場(chǎng)射孔施工的資料依據(jù)，在射孔施工結(jié)束后，將磁盤(pán)連同實(shí)測(cè)射孔深度數(shù)據(jù)交給校深工作人員，在完成現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)數(shù)據(jù)的回收后，反映出現(xiàn)場(chǎng)射孔施工的真實(shí)情況，檢查射孔質(zhì)量。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

首先驗(yàn)證本文的節(jié)箍信號(hào)濾波處理效果，對(duì)特征信號(hào)最為明顯的頻段進(jìn)行噪聲干擾處理，將信號(hào)數(shù)據(jù)分段，為了保證實(shí)驗(yàn)效果的準(zhǔn)確性，對(duì)節(jié)箍測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并分析濾波前后的數(shù)據(jù)誤差，整理得到濾波前后相對(duì)誤差對(duì)比表，本文選取第2次實(shí)驗(yàn)中的測(cè)點(diǎn)1～4的濾波處理前后的測(cè)點(diǎn)位置誤差進(jìn)行分析，具體見(jiàn)表1所列。

表1 第2次實(shí)驗(yàn)濾波前后平均相對(duì)誤差對(duì)比 %

由表1可知，在經(jīng)過(guò)濾波處理后，測(cè)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差明顯減小，其結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)更加接近，由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)濾波處理后能夠提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。定位校深是實(shí)現(xiàn)油氣井精確射孔完井的重要條件，為驗(yàn)證本文方法對(duì)射孔深度校正的有效性，預(yù)先在本文使用的射孔深度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中導(dǎo)入A井和B井的短節(jié)箍深度，分別為2 219.23～2 220.98 m和2 869.34～2 876.53 m，射孔井段分別為2 310.45～2 325.78 m和3 084.63～3 097.20 m，射孔厚度分別為8.4 m和4.2 m的基本數(shù)據(jù)，并將A井和B井校正前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，具體對(duì)比見(jiàn)表2所列。

表2 A井和B井射孔深度校正前后對(duì)比 m

由表2可知，經(jīng)過(guò)本文方法對(duì)射孔深度的校正，最終A井和B井射孔深度校正為2 219.20～2 220.95 m和2 869.35～2 876.54 m，原本誤差值在-4.13～5.83 m，經(jīng)過(guò)本文方法校正后，誤差值分別為0.03 m和0.01 m，證明本文方法有效地提供了射孔深度的準(zhǔn)確性。根據(jù)本文多射孔作業(yè)環(huán)境下的施工要求，在節(jié)箍信號(hào)數(shù)據(jù)識(shí)別與采集過(guò)程中，設(shè)置射孔深度數(shù)據(jù)采集密度為25點(diǎn)/m，定位射孔作業(yè)深度，實(shí)現(xiàn)射孔實(shí)測(cè)，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所列。

表3 普通射孔磁定位器信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)箍信號(hào)對(duì)比 Hz

由表3可知，本文方法在射孔深度實(shí)測(cè)中，能夠正常識(shí)別節(jié)箍信號(hào)，確定射孔深度，且本文射孔實(shí)測(cè)結(jié)果與施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的最大誤差為0.13 Hz，其實(shí)測(cè)信號(hào)曲線與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)箍信號(hào)曲線較為一致，通過(guò)本文方法在研究區(qū)域內(nèi)油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，通過(guò)自動(dòng)化跟蹤識(shí)別技術(shù)增強(qiáng)了射孔作業(yè)的實(shí)時(shí)性，有效控制了射孔作業(yè)精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析節(jié)箍信號(hào)特點(diǎn)，濾波處理與識(shí)別節(jié)箍信號(hào)，控制射孔深度，完成了本文研究，取得了一定的研究成果。由于時(shí)間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在今后的研究中深入探討，如沒(méi)有涉及對(duì)伽馬曲線的自動(dòng)對(duì)圖處理，在射孔施工的中間環(huán)節(jié)的研究中，還有許多環(huán)節(jié)需要進(jìn)行全面分析，盡可能地在各個(gè)環(huán)節(jié)減少施工誤差，進(jìn)而有效保證射孔作業(yè)的質(zhì)量，為更好地進(jìn)行油氣層的開(kāi)發(fā)做好準(zhǔn)備，未來(lái)還將不斷拓寬磁定位曲線的應(yīng)用領(lǐng)域，利用更加先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的校深讀圖，從而更好地控制射孔深度，使油氣層開(kāi)發(fā)更加完善，保證油井產(chǎn)能和油田開(kāi)采的年限。