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欠平衡测井工艺技术川庆测井工艺研究室孙伟主要内容一、简述二、基本设备介绍三、欠平衡测井工艺流程四、测井风险与预防五、欠平衡测井对资料采集的影响一、欠平衡测井简述●欠平衡钻井欠平衡钻井技术在发现和保护油气层、减少钻井工程事故、提高钻井时效、最终提高综合勘探效益方面具有比常规钻井不可替代、更独特的优越性，打开了低渗储层勘探的局面，成为解放和保护低渗油田的根本措施。欠平衡钻井技术的优点欠平衡钻井能提高钻井的机械钻速；欠平衡钻井能提高钻头使用寿命；欠平衡钻井可防止压差卡钻和减少井眼循环漏失；欠平衡钻井能减少地层损害；欠平衡钻井还有利于环境保护和降低增产措施作业费用等优点。欠平衡测井基本概念欠平衡测井：是指在井口有压力差，通过井口专用防喷控制设备的情况下所进行的测井作业。钻井液可以是液体介质，也可以是气体介质。欠平衡测井技术是随着欠平衡钻井技术发展而衍生的在欠平衡井实施测井的新技术。因为在井口存在着一定的压力，考虑到施工作业的安全性，要求在测井时井口在密封的状态下进行，从而需解决许多相应的技术问题。其中，如何在井口密封、带压的条件下进行测井施工作业是实现真正意义上的欠平衡井口带压测井的技术关键。欠平衡测井的特点由于欠平衡井井口保持一定的压力，测井仪器在密封状态下入井，不能像钻具一样通过旋转防喷器密封入井。因此，需要专门的测井电缆防喷系统，该系统必需具备如下功能：1、能够与钻井双闸板防喷器有效地对接；2、能够在测井过程中全程密封；3、其自身可组装和拆卸，同时又能够方便测井仪器的组装和换接二、基本设备介绍电缆防喷装置其作用主要是在井眼全密封状态下实施换接仪器、仪器起、下井和测井的工作。电缆防喷装置主要由法兰、电缆封井器、防落器、防喷管、电缆控制头、电缆盘根盒、注脂系统及相关辅助设备组成。电缆防喷器接手动液压泵大通径流管大直径防喷管压力表针形阀油壬变径接头接注脂泵接回流阀旁通短节接井口法兰全封半封套管头油管头转换法兰双闸板防喷器环形防喷器旋转防喷器欠平衡测井井口装置基本组成部分1、井口法兰盘（Flange）井口法兰盘是将测井专用的压力控制系统与钻井队井口防喷系统的对接的接口装置。连接BOP与钻井防喷器欠平衡测井井口装置基本组成部分2、电缆封井器（BlowOutPreventer）电缆封井器（BOP）是一种整体闸板型的结构，用来关闭和密封静止的电缆以便在有压力情况下必须进行作业时对电缆或防喷器上部设备进行修理。封井器可有单、双、或三组，柱塞阀可以液压或手动操作，并配有压力平衡阀或高压平衡联管节，液压驱动柱塞阀还配有手动操作闸板驱动器，他的操作与正常压力驱动闸板无关，这些驱动器用来收动关闭闸板总成并且只在紧急情况下使用。级间可注入密封脂来保证密封效果。三级型：最上面一级作为备用，或者中间级带有剪切闸板。电缆封井器螺杆采用318抗硫化氢不锈钢，主体采用耐腐蚀、高韧性合金钢整体锻造，并经的热处理后精加工制成。配有密封电缆闸板，闸板胶芯、各密封件选用进口抗硫化氢材料，使整体抗硫化氢性能得以保证。防喷器工作压力一般分为：14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa、140MPa六个等级，主通径从65~180mm，密封电缆规格从5.6mm~13mm。欠平衡测井井口装置基本组成部分3、仪器防落器（ToolTrap）仪器防落器是一种安全装置，安装在防喷管串内紧靠电缆封井器的上方，它的作用是防止仪器意外落井。当处于关闭状态时，下落的仪器会被防落器档住，上行通过防落器的仪器会把防落板抬起，形成自由进入防喷管的通路，当仪器通过后防落板会立即回到关闭位置。此时仪器如要下行进入到井内，防落板必须由手动或通过液压打开，使用何种方式取决于仪器防落器的型号。欠平衡测井井口装置基本组成部分4、大通径防喷管（Lubricator）其作用主要是既用于容纳下井仪器串，又要起井口密封作用。防喷管的长度可以根据下井仪器的长度进行调节，一般要求防喷管的长度比下井仪器串长1--2米以上，确保仪器串全部安全进入防喷管内。防喷管用无缝钢管制成，连接型式为油壬（Union）型，采用钩头装、卸，操作方便，密封性能好。油壬与防喷管的连接用油管扣连接。防喷管上可带注入短节和泄压装置。技术参数防喷管工作压力范围从21MPa~105MPa，通径从65~160mm，长度2~3米。另外配备0.5米和1米的调整短节来作为加长调节或泄压使用。欠平衡测井井口装置基本组成部分5、仪器捕捉器（HeadCatcher）仪器捕捉器是一种装在防喷管串顶部，自动捕捉电缆头打捞颈的安全装置，如果仪器意外地拉到防喷管串顶部使电缆脱落，该装置可以防止仪器掉下，被抓住的电缆头可以通过泵入液压油启动一个活塞强行使弹性爪打开而取出。仪器捕捉器常有有两种型号，一种带整体球型单向阀，另一种不带整体球型单向阀。带有单向阀的抓头器可以防止电缆断时发生泄漏。捕捉器的设计引入了一个独特的“启动释放”设计，在没有液压的情况下抓头器始终处于“捕捉”状态。当电缆头拉进捕捉器时（100-150磅电缆拉力），弹性爪就夹住电缆头，然后爪指弹簧关闭并在电缆断开或张力释放时立即抓住电缆头。如要取出电缆头，必须用液压泵泵入捕捉器下部主体，靠液压推动活塞挤压爪指弹簧并打开爪指，释放电缆头。释放电缆头液压与井口液压成正比，即井口压力越高，释放电缆头液压则也需越大。一般不常用欠平衡测井井口装置基本组成部分6、旁通短节欠平衡测井作业时，如果使用普通的防喷管泄压阀，钻井液中的颗粒或杂质有可能堵塞阀孔。实际上，经常发生旁通短节是一种泄压装置，用于在封井器关闭后完成泄压与排放防喷管内部的钻井流体。还可用来作试压时的注入装置。欠平衡测井井口装置基本组成部分7、电缆控制头（GreaseControlHead）电缆控制头位于防喷管串的最顶部，用来在运动的电缆周围建立一个密封空间，以防止井内流体从井口/防喷管串中溢出。生产测井所用的一般是直径为5.6毫米或8毫米的电缆，电缆直径较小，从事的施工井内流体一般为清水或气体，电缆比较干净且长期受密封脂保护，电缆状况较好，电缆控制头流管间歇易调整，根据长期以来生产测井的经验，只要流管间歇控制在0.05-0.15mm之间，流管数量控制在3-5根，压力密封采用单泵注脂就可以确保井口压力在40Mpa之内的电缆密封。欠平衡测井井口装置基本组成部分而裸眼测井电缆压力控制存在以下困难，首先裸眼测井通常使用直径为11.8mm的7芯电缆，在实施一定数量测井后会造成不同深度段电缆直径不一致，距马笼头300米之内电缆缠绕易松造成该电缆段直径较标准新电缆直径大，且平时电缆里夹杂一定量的泥浆，如果流管间歇选择小，有可能造成由于不同井段电缆直径的误差或由于泥浆进入流管造成流管堵塞而导致电缆起下困难，选用的流管间歇如采用生产测井小电缆的流管间歇就不太适合，应比生产测井流管间歇大。其次控制头流管数量如生产测井在30Mpa之内采用3根流管也会造成控制头密封问题。第三由于流管间歇的增加，在同等压力情况下电缆密封需要的密封脂排量增加，采用单泵注脂就可能由于密封脂排量不够导致电缆头密封问题。欠平衡测井井口装置基本组成部分结构特点----阻流管是动密封的关键部件，不仅对内孔的光洁度、直线度、圆柱度要求很高，且其内径与电缆外径相差必须控制在0.15~0.3mm。为了确保合适的间隙，一种电缆往往配备几组不同内径的阻流管。双级注脂结构欠平衡测井井口装置基本组成部分8、密封盘根盒（Packoff)液压电缆盘根盒用来使测井电缆周围密封，防止存留在防喷管内的钻井流体污染井场，盘根盒额定工作压力为3000至5000PSI。液压电缆盘根盒顶部的喇叭口均制成漏斗状，以防止在井口安装和拆卸过程中电缆打结。液压电缆盘根盒还含有使电缆在密封脂或橡胶衬内居中的软质钢耐磨补心装置，以及根据不同型号用于将液压转换成压缩力以挤压电缆周围的密封脂的胶囊或不锈钢活塞。手压泵用于为活塞或胶囊提供液压，通过手压泵使液压增加，进而使施加到密封脂上的压缩力增加，随着压缩力的增加，在电缆外表面周围的橡胶衬受到挤压，从而起到对电缆进行动密封的作用，由此防止钻井流体从电缆和橡胶衬之间溢出。欠平衡测井井口装置基本组成部分9、注脂液控系统主要作用注脂液控装置由注脂泵通过高压注脂管线向注脂密封控制头的阻流管与电缆之间输送高粘度的密封脂。用该装置将密封脂注入密封脂控制头，能在高压力状态下密封测井电缆，对井内流体或溢流进行可靠密封。欠平衡测井井口装置基本组成部分注脂液控系统通常安装在一个撬装框架上，提供了完整的高压管线和管线卷绕成套系统，专门设计的液压油箱和注脂油箱固定在撬装框架上。包含有1个柴油气压泵和1个蓄气筒，两个气动林肯泵，2个手动泵，在带压测井期间两个林肯泵可以交换使用，也可以同时使用提供较高的密封脂需求。欠平衡测井装置的管理建档管理定期维护定期运行定期检测三、欠平衡测井工艺流程㈠欠平衡测井施工作业是一项复杂的工程，其风险也比常规方式测井要高许多，在施工作业前后及施工过程中，需要有关各方协调配合，才能保证欠平衡测井任务的顺利完成，为此，相关各方都应有充分的准备，满足欠平衡测井施工的基本条件。欠平衡测井施工作业对井队和甲方的要求1、任务预告欠平衡测井施工前，应提前五天通知测井公司以便测井作业队伍充分做好测井准备工作，能按要求时间到达井场进行测井施工。2、提供钻井、录井资料及有关设备甲方向测井小队如实提供井身结构、井身质量、录井显示、钻井介质性能和起下钻的情况，同时还要提供井口封井器的结构以及井口发兰盘的规格和型号，便于测井方准备配套的井口对接装置。3、井场及相关环节的具体要求吊车井场场地要求井架游车提升高度、鼠洞要求施工前的通井、循环要求井口装置的密封性能要求控压措施等还须了解测井方的准备工作1、前期调研法兰盘型号、井口压力等2、准备工作设备准备----注脂系统试运行、试压电缆的准备----是否干净、有无接头等消耗料----密封脂3、测井项目准备----下井仪器预先选择适合于钻井介质的下井仪器4、方案设计㈡欠平衡测井装置的井口安装1、技术交底、班前会2、全面检查设备情况3、安装顺序A、法兰盘、钢圈B、BOP、防落器、调整短节、旁通短节C、电缆穿过控制头（流管），做电缆头D、控制头下接2—3根防喷管E、各种管线的连接F、井口吊装其他防喷管4、下井仪器组装用气动绷绳吊装需要下井的第一串测井仪器在鼠洞中，然后将防喷管对准鼠洞，下放电缆将电缆头与测井仪器连接。先上后下顺序组装然后通电检查。防喷管连接5、仪器下井启动密封脂注脂系统将注脂泵压调整到比井口压力稍高，确认注脂系统工作正常后，利用井口压力平衡管线平衡井筒和防喷管的压力，再缓慢开启井队封井器和测井电缆封井器，稳定3-5分钟确保电缆控制头密封无误，仪器下井。6、仪器拆卸确认防喷管内无压力后，打开防喷管，以仪器组装顺序相反的步骤拆卸仪器。仪器的换接也类似。先下后上7、井口装置拆卸欠平衡测井装置的安装动画演示㈢、确定测井仪器进入防喷管的方法欠平衡测井作业时，仪器和电缆都在防喷管内运行，肉眼无法确定仪器是否进入防喷管，但是对仪器是否完全进入防喷管进行的准确判定，是欠平衡测井安全作业非常重要的一环，如有失误，将会造成严重的工程事故，这一问题是保证欠平衡测井安全乃至降低整个钻井风险的大问题。通过对实际测井仪器组合特点的认真分析和研究，在欠平衡测井施工作业中，探索试验了如下的方案：1、磁性记号探测法在测井仪器组装完毕后在仪器完全起进防喷管前的2米、5米、10米等处做3个特殊磁性记号以便仪器上起后探测磁性记号确定仪器是否进入防喷管。测井后磁性减弱或消失---------效果不佳2、深度系统深度判定法通过深度系统显示的深度进行判定。测井电缆深度存在误差，有时误差较大。误差太大--------------效果不佳3、绞车滚筒电缆位置确定法仪器下井前记录好电缆盘绕的层数与表层电缆的圈数用来确定仪器的位置，但这个方法由于本身电缆有伸长的影响，还有电缆是否盘绕整齐也将影响仪器位置的判定，该方法也只能作为一个辅助