直推存储式测井技术的应用及改进

林毓宸(中石化经纬有限公司西南测控公司, 四川 成都 610100)

0 引言

当前，测井技术的发展日新月异，常见的电缆测井、湿接头测井、泵出式测井技术经过多年的发展，已经成为非常成熟的测井技术。但随着页岩气、海相超深井的发展，超长水平段测井、超深定向井测井，带来的井下高温、测量井段超长，测量项目多等现状，让测井技术的发展遇到了新的挑战[1-2]。

电缆传输测井只适用于直井和小斜度井；湿接头测井作业流程复杂、影响因素多、成功率低；泵出存储式测井由于仪器尺寸较小的原因，其声波、电阻率等测井项目资料优质率不高；随钻测井技术还处于发展初期，很多项目受限；上述几种测井技术都无法满足日益严苛的测井需求。

而直推存储式测井技术恰好可以解决部分关键问题。其工作原理为：在钻具底部连接组装测井仪器，依靠钻具的移动带动仪器串完成测井。与湿接头、泵出存储式测井工艺相比，作业流程大幅度简化，测井耗时短，作业风险低，测井成功率高，资料质量优，适用于进行各种大斜度井、水平井测井。

1 结构与原理

1.1 系统结构

直推存储式测井系统由地面系统和下井仪器两个部分组成。

地面系统主要由传感器总线、传感器接线盒、三种传感器和下井仪总线、数据处理面板组成，能完成实时深度、钩载等信息的采集与处理、井口数据显示、测前预置井下仪器工作方式、测后井下仪器存储数据的读取与处理工作。

下井仪器由发射机主控单元、电池单元、各仪器测量单元以及辅助工具组成，主控仪器是井下仪器工作的“心脏”，其他仪器单元及辅助工具与常规仪器类似。通过地面系统进行下井仪工作方式的预置使仪器完成信号测量与测井数据的定时存储[3]。

1.2 工作原理

井下仪器连接完毕后，通过通讯线缆与地面系统连接，系统软件向井下主控单元和各仪器单元配置仪器采集表、开始工作延迟时间、停止工作延迟时间、断电压力门限和授时时间。工作时主控单元根据配置表定时向各测量单元发取命令，各单元立即将测量数据发送给主控单元，同时完成本地存储。

地面系统通过转换传感器接收到的钻具上提、下放数据，匹配时间计算出实时深度，下井仪器同时完成地层测量信息与时间的采集与存储。通过地面和井下仪器的时间信息来进行地层深度、测量数据信息的匹配及测井数据处理，完成存储式测井。

2 应用过程中出现的问题

该测井工艺已在威荣页岩气、川西海相等区块应用近百井次，其施工高时效、风险小、赢得了市场的认可。由于最初的仪器技术指标偏低，温度压力指标仅为150 ℃140 MPa，推力指标5 t，这种新的工艺在应用的过程中会出现各种技术问题，出现了一些不适应的情况，包括施工工艺和仪器结构多个方面，在此，我们列举系统应用中出现的主要问题，并展开分析。

2.1 耐温性能不足

上述工区水平段在2 000以上，井底温度150 ℃左右。由于仪器的温度指标为150 ℃而且部分仪器使用了保温瓶，导致在井底温度接近或超过150 ℃时故障率增加，仪器在水平段长时间连续工作导致保温瓶内部温度升高而超过了器件的耐温指标使得偶极声波的波形畸变，能谱谱峰漂移，影响了测井质量[4]。

2.2 机械强度不足

由于仪器外径选用了Φ89 mm，抗推力指标仅仅为5 t，导致下钻遇阻时处理困难，有的时候需要反复下推和上提，仪器在高温下工作的时间大大延长从而使电路受损，影响了成功率。

常规仪器串中的声系、感应线圈系都是机械弱点，钻具输送湿接头测井的下推力不能超过3吨就是这个原因，该仪器在早期同样存在该问题。ECLIPS5 700补偿声波及偶极声波的声系抗拉17 000 lbs，抗压4 000 lbs，阵列感应线圈系抗拉50 000 lbs，14寸井眼条件下抗压6 500 lbs，这些弱点同样存在于早期的直推式测井仪器中，特别是抗压力的不足导致复杂情况下钻具不能加压，使得施工难于继续。

2.3 仪器关电控制不稳定

存储式测井普遍采用电池供电，仪器的开启时间一般容易控制，但关电时间则受到钻具在裸眼井段起下的情况一下而产生极大的不确定性，通过定时关机往往难于实现。在早期的仪器设计中使用过泥浆压力关电，这种方案在泥浆密度不均匀、井底产出导致压力波动以及压力检测失效的情况下难于控制。关电过早将导致资料漏测，关电不及时则导致电池浪费而增加生产成本。

2.4 仪器橡胶件易损

常规测井仪器和早期的直推式仪器中都使用了较多的橡胶件，比如声系胶囊、侧向电极系、微球极板等等，这些橡胶件在水平井测井中则成为弱点极易受损，导致仪器进浆灌肠。在直推式测井的应用中有较多的胶囊损伤事件发生，从而产生了较大的施工成本甚至导致施工失败。

2.5 仪器串受力状况不能完全监控

直推式仪器最初沿用ECLIPS5700的方法，通过三参数采集了仪器顶部的受力，并通过电磁波发送到地面。如果中部声系的扶正器遇阻卡，大部分时候是由于局部缩径或掉块的影响，通过活动钻具往往能够通过，仪器底部遇阻可能是较多的沉砂或大范围的缩径、掉块等的影响，这种情况下通过试下钻不能通过则需要进一步处理井眼。仪器串的受力位置无法准确监控，导致遇阻卡时对于仪器的状态难于判断，这样将导致后续的处理手段难于确定。

3 技术改进

针对实际应用中出现的问题和不足，我们以问题为导向，研究解决这些问题的办法，针对性的完成以了下技术改进措施。

3.1 耐温性能的提升

通过温度试验筛选耐温性能更好的器件，通过仪器的温度指标。通过不断地试验，选出了适合在175 ℃长时间工作且在200 ℃可以连续工作20 h以上的器件制作电路板，使仪器的温度指标达到200 ℃。

仪器的电子线路采用高温电路板，去掉保温瓶，并采用更好的散热方式使电路发出的热量直接通过骨架发散到井液中，改进后的仪器能够在水平段长时间连续工作。

3.2 提高机械强度

3.2.1 增加外径提高整体抗推力指标

新设计的仪器外径选用了Φ96 mm，整体抗推力指标达到20 t。下钻遇阻时能够处理的推拉力范围大幅提高，减少了复杂情况的影响，减少了仪器在高温下的工作时间，提高了成功率。

3.2.2 设计新的结构屏蔽薄弱环节

设计了新的声系刻槽结构，既能满足抗拉抗压力达到20 t以上又能有效阻隔直达波的影响。新的声系结构通过软件模拟计算、车间试验以及上井测试，都达到了设计指标，声系的弱点因此而不再对测井施工产生影响。

感应线圈系采用了更粗的铜轴并减小了线圈系的长度，有效提高了抗压指标，并通过理论计算和对比测井找到了针对新线圈系的刻度算法，在确保强度的情况下使得测量准度可靠。

3.3 改变方式控制仪器关电

通过井下采集的多路信号设置多条件控制关电，提高仪器工作的可靠性。新的仪器设计中已经不再采用泥浆压力控制关电，而采用井斜角及电阻率双控的方式，在仪器测量的井斜角达到设定值且采集的电阻率归零时，判断仪器已经进入套管方可关电。有效杜绝了关电不及时则导致电池过度消耗。

3.4 仪器橡胶件的保护

由于橡胶件在水平井测井中极易受损，产生较多的设备事故。通过在声系胶囊外部安装钢网保护罩的方式，确保了胶囊在水平井中的安全同时也不影响声波信号的传播，极大地提高了测井成功率，也彻底杜绝了因为胶囊破损导致的设备事故。

3.5 监控仪器底部的受力情况

在仪器串底部的缓冲短节中安装一个电位器，仪器底部受到推力时通过电磁波将推力信号传输到地面，结合原有三参数的张力信号，能够准确判断仪器串的受力位置，为遇阻卡的后续处理提供科学依据[5]。

4 结语

随着不断的应用和技术改进，我们从仪器的温度指标、机械性能、关电控制、弱点保护等方面完成了一系列改进措施，使直推存储式测井系统各项性能得到了较大的提升，进一步适应、满足日益严峻的测井勘探开发需求。后期，我们将继续研究该系统在实际应用中的情况，及时改进技术短板，促进直推存储式测井技术的发展和成熟。