[科普中国]-井深工程测量

测井

石油工业中所指的测井是当测井仪器穿过不同岩石的地层时，所测参数随深度变化的一种记录过程。测井是油气藏工程的组成部分，它涉及到油层物理，储存物性，流体性质，计算机技术，测试工艺和仪器仪表等各个领域，是勘探开发油气田的主要技术手段。现在，测井技术己经是准确发现油气层和精确描述油气藏必不可少的手段，测井资料更是进行油气储量参数计算，产能评估及制定与调整开发方案的重要依据。从测井方式来看，测井可分为电缆测井和随钻测井两类。电缆测井是在己有的井中完成的，它是目前比较普遍的一种测井方法；随钻测井，顾名思义，测井是随着钻井过程完成的。

在诸多的测井技术中，测量油井液面深度和抽油机的功图是采油工程中最常用的两项测井技术。

为了了解油井的供液能力，掌握生产动态，测量油井的液面深度是一项经常性的工作。因此在测井过程中，深度系统的准确性、可靠性对于取得高质量的测井资料至关重要，而这往往取决于深度测量方法的准确性。目前常用的深度测量方法有电缆测井深和马丁代克深度测量系统测井深。

井深测试系统的发展过程早期的油田井深测试系统有美国生产的应用电子系统、法国地质服务公司的HP 1000录井系统和Dresser的电测设备。应用电子系统通过专用的传感器经过井管连接处产生一串连续小规则脉冲信号，该信号经过其配备的外接电路被转换为一个声音后，由工作人员根据听到声音的总数计算井深。应用电子系统测试过程中常会因网压的变化或传感器碰撞管壁等其它因素产生的干扰信号转换为声音而导致井深测试结果小精确。

法国地质服务公司的HP 1000录井系统和Dresser的电测设备使用光学编码器对传感器在旋转的过程中产生相位差90度的双脉冲信号鉴相计算井深。普通的鉴相方法是通过D触发器首先锁存一路脉冲，将其与另一路脉冲比较，判断旋转的方向。这种方法有一个非常难以克服的缺点，当传感器在一个方向来回颤动的时候，如跳钻频繁，鉴相器往往失控而造成误鉴相，如果没有软件来判别控制，长期使用后的累计误差是相当大的。因此，这种方法必须和计算机结合起来才能进行高精度的深度测量。

石油工业中也用电缆测量井深。考虑到电缆的机械拉仲、飞弹性形变、温度、浮力、泥浆压力、潮汐效应、测量方式以及其它的因素，会对测量精度形成制约，采用许多与之相关的误差方法来进行校正川。在电缆类型、仪器重量、泥浆密度己知的情况下，电缆测量深度的绝对误差是深度的函数，其大小随深度增加而增加。实践中发现，经校正之后，电缆的绝对误差约为1 / 1000，但实际上当出现以下因素时会使这一精度变得更糟。例如不严格遵守深度控制步骤，没有考虑电缆滚筒与钻台间的距离，或者电缆较新，并产生永久性拉伸、或者是深度测量设备的刻度较差等。所以在测量中尽管使用了许多相关的误差方法来校正，测量的结果还是会因实际操作的差异而出现误差。

如今，随着科学技术的发展及计算机技术的广泛应用，国外出现了许多高精度的测井设备，我国一些科技发展公司和地质科学勘查技术研究所也设计生产出自己的先进测试设备，如Y一测试仪，录井仪、动调式陀螺测斜仪、高精度测斜仪等等。这些仪器精度高，功能齐全，可以在测试过程中将有关油井的许多动态参数一次测得，但其高昂的价格令许多油田公司难以接受。

电缆井深测量系统确定井深最直接的方法是测量井眼中电缆的移动距离，通过测量测井电缆的下放长度，就可以知道油井的深度。美国石油工业最初的标准是采用100英尺的测量钢卷尺，这个钢卷尺是美国标准局制造的，它用来在钻机上测量钻杆和套管。事实上，钻工利用100英尺的钢卷尺测量从井眼中拉出的钻杆长度以确定井的总深度。随着钻井技术的不断发展，电缆测井深的方法也逐步改进。现在普遍采用在电缆上打印磁标记的方法来进行井深测量，每隔一定距离就在电缆上打印一个磁记号，同时对磁记号的个数进行统计，最后根据磁记号的个数就可以确定油井的深度。但由于测井电缆是负重作业，在打印磁记号时必须考虑电缆的受力和受热时的伸长。因此，必须使电缆做磁记号时的负荷与对应长度时的实际负荷相等。为了使所作磁记号的长度更准确，电缆作记号的工作最好直接在井上自动进行，这样可以避免用测量带进行手工测量时的误差。

现在电缆打印磁记号的工作己经逐步自动化。电缆自动磁标记系统一般包括一个长度标准，用来作为电缆标定的长度基准，这个长度基准一般为25m；一个注磁系统，用来在电缆上打印磁记；一个记号发送器，用来记录通过的电缆上的记号和发信号给计数装置；一个消磁系统，用来消除电缆上原有的磁记号；另外还有一个把电缆从绞车引至本系统的导轮。

在测量电缆长度时，先用一个张力系统对电缆施加张力来模拟对应长度时电缆在井下的实际张力。打印磁记号时，电缆从起重绞车复绕到固定绞车上，它的长度同装置上的标准长度加以比较，自动地丈量长度和打印磁记号。电缆先通过导轮和消磁装置，退去旧的磁性记号，接着电缆通过注磁系统，作上第一个磁记号，并朝计数发送器方向移动。这个磁性记号通过发送器时，自动发送信号给标记计数器和注磁器，注磁器在电缆上作下一个磁性记号。这个过程自动的重复进行，直到整根电缆做好磁记号为止。

电缆从井内上提时所承受的载荷是不断变化的，而在固定装置上要像井内那样地改变张力是难以做到的。因此，在作深度记号时，每通过500米电缆就根据载荷分级地改变电缆的张力。这样所得的深度记号，精确度实际上是完全足够的。

马丁代克深度测量系统目前在测井行业的井深测量中常使用马丁代克深度测量系统，是测井行业用来测量深度的一种专用设备。

测井电缆穿过马丁代克，运行时带动马丁代克的测量轮旋转，测量轮的转动通过深度传动机构带动同轴连接的光电编码器的光栅盘随着电缆的起下而同步转动，光源灯透过特制的光栅盘使光电编码器产生光电脉冲信号。根据光电编码器输出脉冲信号，就可以计量电缆运行的深度、速度。电缆移动一定距离带动测量轮转动一周，然后光电编码器输出一定数量的脉冲数，它所产生的脉冲既计算了井深和测井速度，又为井下测井仪器进行数据采集按照采样间隔提供了中断。

在马丁代克井深测量系统的测井记录中，测井的深度值是根据深度编码脉冲的计数确定的。当井下仪器在井内移动时，电缆的直线运动使深度编码器的圆盘作圆周运动，产生相应的深度脉冲，然后将这些深度脉冲信号送到信号采样机板中的深度电路部分进行校正处理。经过深度校正后的深度脉冲被深度计数器计数为深度信号，才能进行井深的计算。

现有井深测量方法的不足在油田测井过程中，地面操作人员需要知道油井的深度，电缆下井速度才能够准确的确定油层的位置，为了达到这一目的，在现行测井中很多使用马丁代克作为深度测井设备。

传统的马丁代克深度测量系统，虽然有很高的测量精度，但由于在我国北方的冬天，高原上的最低温度可达零下20多度，附着在电缆上的泥浆液经过天地滑轮，到达马丁代克时早己结成了一层结结实实的冰，这不仅会造成电缆的打滑，而且常常会冻结马丁代克，使测井资料上的深度丢失，影响测井的顺利进行。而测井深度的准确与否关系到测井资料是不是表达了真正的地下情况。国内现行的《测井技术规程》规定了允许的深度误差指标，一般是每千米不得超过0.5米；而无论是使用马丁代克还是同步马达作为深度的测井设备，都无法达到这一指标，这是由于它们深度传送是机械传送方式造成。

目前在测井行业上普遍采用的是在电缆上打磁标记来辅助马丁代克的方法，就是在电缆所受张力等同于测井状态的时候，以一定的间隔（通常为25米）用注磁器在电缆上击磁来标记长度，并用己知长度的套管井的套管接箍加以校正，使其误差限制在一定的范围之内。用这种方法计算的井深精度高，这种方法虽然提高了测井精度但是由于其分辨率太低，必须和马丁代克相辅助测量，磁标记用来记大数，而马丁代克用来记小数同时为井下测井仪进行数据采集按照采样间隔提供中断。但是其仍然不能解决因为天气寒冷马丁代克冻结、打滑造成的测井资料上的深度丢失。

工程测量的意义在石油勘探过程中，井深测量的准确性是一项重要的指标。井深精确与否，直接影响与其相关的诸如井斜、井温和方位、钻压等众多井深参数的准确度。而且，在钻井过程中，影响深井机械钻速的因素众多，情况复杂，且各因素对结果的影响难以用一定量公式准确地表达出来。随着井深的增加，井底岩性、温度、压力等随之发生变化，钻压、转速等钻井参数等因素对机械钻速的影响也会有所改变。例如：如果井深不对，就难以说明钻时到底是哪一米的，也不知道钻压是哪一米的，与之相关的其它钻井参数自然都值得推敲。

由于在我国北方的冬天，高原上的最低温度可达零下20多度，附着在电缆上的泥浆液经过天地滑轮，到达马丁代克时早己结成了一层厚厚的冰，这不仅会造成电缆的打滑，而且常常会冻结马丁代克，使测井资料上的深度丢失，影响测井的顺利进行。1

由于现行井深测量方法中采用的电缆磁标记法辅助马丁代克法，仍然不能很好的解决电缆打滑、马丁代克冻结所造成的深度测量误差，这将影响记录油井参数测量仪器的准确下放深度，和对各种测试资料的采集分析。