隨鉆伽馬校深技術在渤海完井射孔作業中的應用

員順勇，李軍

(中海油田服務股份有限公司，天津 300457)

0 引言

射孔的作用是打開儲層與套管之間的通道，如今射孔完井法已經成為一種普遍、實用和成熟的完井方法。在射孔作業中，射孔深度是非常關鍵的因素，其主要目的是準確射開目的層段，保證石油開發的有效性。如果出現深度誤差，就可能會影響后續的開采過程，甚至降低整個油田區塊的開發效益。渤海區域常用的套管井校深方法是電纜自然伽馬(以下稱“伽馬”或者“ GR”)加套管接箍CCL(collar location logging)的測量方式，但此模式嚴重受限于電纜儀器的自身重量和井型結構的關系，在大斜度井中即使利用泥漿泵也可能無法下入到位。因此，將射孔彈跟隨鉆具下入到目的層是十分必要的測量模式。

1 伽馬校深原理

1.1 伽馬測井原理

自然伽馬測井主要是測量地層鈾、釷、鉀的含量來進行地層的巖性劃分，利用不同地層測得的伽馬計量進行地層對比，廣泛應用于深度校準。當一口油井完鉆結束，下入套管固井后，再進行地層伽馬測井，井筒內套管和環形水泥對地層自然伽馬具有一定的吸收作用，即套管內測得的伽馬曲線值小于裸眼井段[1]，但是伽馬曲線的整體趨勢會保持基本一致。因此，可以通過選取伽馬特征明顯的點或者井段來準確判斷深度的誤差。

1.2 完井校深原理

完井射孔管柱中裝有特殊的同位素放射性記號,校深儀器通過管柱內孔到達兩個放射性記號位置，根據套管接箍和射孔目的層相對位置不變的原理，進行定位射孔。為了便于校正管柱深度，使射孔槍正對目的層位，目前常用完井射孔管柱中一般都會裝有特殊的同位素放射性記號(鈷60)。當射孔槍到達預定深度時，校深儀器從管柱中下入，儀器可測量到原始地層放射性以及管柱上特殊的同位素放射性記號(鈷60)，再通過與原始地層放射性曲線進行比較，即可得出鉆桿與地層的相對位置，同時考慮同位素放射性記號(鈷60)與射孔槍頂部第一發射孔彈的距離(零長)，對管柱位置進行微調，保證射孔井段符合完井設計。

1.3 隨鉆伽馬校深可行性分析

隨鉆伽馬校深是將伽馬儀器接在射孔管柱的頂部，工具隨著鉆桿下入到預定深度，通過泥漿介質實現井下工具與地面軟件的遙傳，來進行隨鉆伽馬測井。根據所測的地層伽馬曲線與實鉆裸眼測井的伽馬曲線進行比對，從而校正射孔管柱測量點的準確深度，最終將測量點對齊設計深度，確定射孔槍位置，從而準確射孔。

隨鉆伽馬校深技術通常采用的鉆具組合為：射孔槍管柱+鉆桿1 柱+隨鉆測井儀器+震擊器+鉆桿。隨鉆測井儀器與射孔管柱之間應最少留有一柱鉆桿(約29 m)的距離，主要目的是防止射孔過程中由于振動過大，對隨鉆測井儀器造成損壞。另外射孔槍是環空加壓啟動原理，對泵壓具有嚴格的要求，因此在選擇隨鉆測井儀器的參數時，應選用工作排量最低的配置，震擊器作用是為了防止井下工具卡鉆。

2 實際應用過程(以墾利油田某井為例)

2.1 基本數據

墾利油田某井的館陶組儲層屬于高- 特高孔、高-特高滲，儲層流體為重質稠油，高含硫、高含蠟、膠質瀝青質含量中等，原油黏度高，地飽壓差小，溶解氣油比低。其沙河街儲層屬于中孔-高孔、中低滲-中滲，中輕質低黏原油，高含蠟、膠質瀝青質含量中等，原油黏度低、地飽壓差大、溶解氣油比低。根據測試和測壓資料，館陶組溫度梯度為3.60 ℃/100 m，為正常溫度系統；沙河街組溫度梯度為4.50 ℃/100 m，為異常高溫系統，壓力系數為1.020，壓力梯度為0.980 MPa/100 m，屬正常壓力系統。

本井一開12-1/4''井眼鉆進至635 m，下入10-3/4"套管至631.17 m。二開9-1/2''井眼鉆進至2 556 m，垂 深1 030.33 m，下7" 套 管 至2 551.65 m，浮箍 頂 深2 538.76 m，同 位 素 深 度2 173.37～2 160.96 m。

本井為館陶組生產井，最大井斜85.12°@1 484.15 m，選用EZFLOW 射孔液，射孔段為2 334.90～2 484.10 m，采用平衡射孔技術，使用等孔徑自清潔射孔彈(692CED-114R-1)。

2.2 射孔方式及工藝

(1) 采用油管輸送射孔方式(TCP)，平衡射孔技術，不放噴模式[2]；

(2)使用隔板傳爆技術，以增加項目的安全性和環保性；

(3) 射孔管柱頂部和底部分別裝壓力延時點火頭，射孔槍對準目的層后井筒打壓平衡射孔。

2.3 伽馬測點計算

深度在作業過程中尤為重要，因此在前期準備時，一定要將所有的入井工具尺寸詳細測量，確保伽馬測點的零長計算無誤。圖1 為本井的套管射孔管柱圖，表1 為本井的射孔數據表，射孔槍組合到LWD隨鉆儀器底部長度總共為189.56 m，LWD 隨鉆測井儀器本體伽馬測點為3.16 m，因此可以得到伽馬測點的零長為192.72 m，即伽馬測點為管柱底部深度減去192.72 m。

表1 射孔數據表

圖1 射孔管柱圖

2.4 確定校深段

首先確定套管上同位素的位置，再根據實鉆伽馬曲線選取明顯標志層段作為校深段，校深段需包含同位素位置和明顯標志層。另外選取校深段盡量向下，校深完成后射孔槍正好在設計深度即為最佳選擇。本井同位素深度為2 160.958～2 173.371 m，計劃測量段為2 130～2 190 m，完全包含同位素和多個標志層位。

2.5 伽馬曲線測量

在組合隨鉆測井工具、完成井口供電初始化和開泵測試后，將工具跟隨鉆具一起下放。當隨鉆測井儀器到達設計的校深井段頂部位置時，進行當前測點深度的校正，隨后開泵觀察隨鉆儀器的信號，待伽馬數據回傳數據一切正常后繼續下放，可控制隨鉆工具的下放速度來保證伽馬數據的密度。

本次作業為EZFLOW 射孔液，與鉆井液區別較大，含有較多氣泡，會嚴重影響隨鉆儀器的信號，因此在測量前需要加入消泡劑，以免影響儀器泥漿信號的傳輸，導致數據不準確或不必要的時效浪費。此外為了避免誤射孔的發生，在測量過程中要注意觀察泵壓變化，該井的射孔槍點火頭泵壓閾值為18 MPa(約2 610 psi)，泥漿泵泵壓設置上限為6.89 MPa(約1 000 psi)，排量為750 L/min，在隨鉆測井過程中，泵壓在5.38～5.86 MPa(約780～850 psi)內波動。

2.6 深度校正

將套管內隨鉆測得的伽馬曲線與裸眼段實際鉆進的伽馬曲線進行對比，可得出兩次伽馬測量的深度誤差。如圖2 和圖3 所示，本井選取了兩組伽馬曲線變化明顯的測井段，圖2 和圖3 中曲線①為套管內實測伽馬曲線，曲線②為裸眼井段鉆進時的伽馬曲線，套管內伽馬數據比裸眼井段伽馬數據偏低，兩條曲線存在明顯的深度差。

圖2 井段1 套管與裸眼伽馬曲線對比

圖3 井段2 套管與裸眼伽馬曲線對比

現場進行深度校正時，普遍遵循“同向原則”，即套管曲線相對于裸眼實際鉆進曲線偏上，則將鉆具向上移動，反之則將鉆具向下移動。因此本井將套管伽馬曲線向下偏移1.3 m 后與裸眼伽馬曲線對比，如圖4和圖5 所示趨勢對應良好。由此可得，射孔槍深度校正長度為向上1.3 m。

圖4 井段1 校深后套管與裸眼伽馬曲線對比

圖5 井段2 校深后套管與裸眼伽馬曲線對比

2.7 射孔作業

通過與實鉆伽馬曲線進行對比，將校正深度確定后，就可以將射孔槍放置到設計位置。隨后，關閉閘板防噴器，將環空壓力打壓至20 MPa，穩壓1 min 后迅速泄壓，再打開防噴器，等待5 min 后確認槍響。此外，射孔完成后會進行反循環，這時需要控制好排量，一般控制為隨鉆測井儀器的上限，以免損壞隨鉆測井工具。

3 隨鉆伽馬校深的優缺點

3.1 優點

(1)校深系統與實鉆校深系統相同，校深曲線匹配性強，校正更準確；(2)不受井斜影響，可在井眼軌跡復雜的情況下使用，且有效避免了泵送測井儀器帶來的井口帶壓風險；(3) 隨鉆工具資源廣、種類豐富、可選擇性多，國內的許多廠家均能制造伽馬管，可滿足作業要求；(4)時效性更強，經過論證采用隨鉆伽馬校深比常規校深方式工期節省約15%～20%。

3.2 缺點

(1) 必須開泵測量，泵壓需要嚴格控制，且長時間開泵有射孔槍誤點火的風險；(2) 射孔液氣泡較多，影響隨鉆測井儀器的信號，在隨鉆測井前需要在完井液中加入消泡劑；(3) 隨鉆測井工具種類繁多，且不同規格型號對應的參數各不相同，因此在使用隨鉆伽馬校深時，需嚴格論證工具參數是否影響射孔槍的工作或者帶來潛在的風險；(4) 采用LWD 校深方式，將不能進行短套管接箍CCL 測井校深對比，只能利用自然伽馬曲線做同位素對比或與裸眼測井標志層對比。

4 隨鉆伽馬校深發展展望

射孔槍的點火頭可采用電啟動或程序啟動，且在組合時點火頭安裝在射孔槍上部，并研制一種通訊接頭，將隨鉆測井儀器與點火頭建立通訊，可在地面給隨鉆測井儀器發送指令進行射孔槍點火頭供電或啟動點火頭。該設計不僅可以避免隨鉆測井儀器開泵測量過程中泵壓波動造成的誤點火風險，還可以通過隨鉆測井儀器的回傳指令來確定點火頭是否啟動。

5 結語

隨著渤海油田的開發，海上叢式井為實現防碰與繞障所形成的大位移井等軌跡復雜井越來越多，常規電纜輸送測井儀器難以實現校深目的，而使用隨鉆伽馬儀器能夠彌補這一不足。相對來說，隨鉆伽馬校深作業是一個較新的領域，還需要不斷完善和總結，為以后的隨鉆伽馬校深作業積累經驗。