有線（ケーブル配線）

石油・ガス業界では、ワイヤーラインという用語は通常、地下の岩石物理学的および地球物理学的データの取得、およびパイプ回収、穿孔、プラグ設置、井戸の清掃、採掘などの井戸建設サービスの提供のための搬送手段としての、多導体、単導体、またはスリックライン ケーブル、つまり「ワイヤーライン」の使用を指します。地下の地球物理学的および岩石物理学的情報により、地下の地質、貯留層の特性、および生産特性の説明と分析が行われます。

これに関連して、「ワイヤーライン ロギング」とは、地質物理学的データと岩石物理学的データの取得と分析、および坑井深度の関数として提供される関連サービスの提供を指します。

ワイヤーラインには、多導体、単導体、スリックライン、編組線の 4 つの基本的なタイプがあります。その他のワイヤーラインのタイプには、シース スリックラインや光ファイバー ラインがあります。

多導体ラインは、通常 4 本または 7 本の導体の芯線の周りに巻かれた外装ワイヤで構成されています。導体は中央の芯線で束ねられ、外側の外装ワイヤで保護されています。これらの導体は、ダウンホール計装機器に電力を伝送し、地上との間でデータ (およびコマンド) を送受信するために使用されます。多導体ケーブルは、主にオープンホール (およびケースドホール) アプリケーションで使用されます。通常、直径は 0.377 インチ (9.6 mm) ～ 0.548 インチ (13.9 mm) で、推奨動作荷重は 6.6 ～ 20 千ポンド力 (29,000 ～ 89,000 N) です。(ワイヤラインの直径と性能特性は通常、ヤードポンド法で表されます。) 多導体ケーブルは滑らかなポリマー被覆で覆われる場合もありますが、オープン巻きケーブルの方が一般的です。

単導体ケーブルは、構造的には多導体ケーブルに似ていますが、導体が 1 つしかありません。直径は通常、はるかに小さく、1 ⁄ 10インチ (2.5 mm) ～5 ⁄ 16インチ (7.9 mm) の範囲で、推奨作業荷重は 800 ～ 7,735 lbf です。サイズが小さいため、これらのケーブルは加圧井戸で使用でき、圧力下でのケーシング ホール ロギング作業に特に適しています。通常、パイプの回収、穿孔、プラグの設置などの井戸建設作業、および生産ロギング、ノイズ ロギング、パルス中性子、生産流体のサンプリング、生産フローの監視などの生産ロギングと貯留層生産特性評価に使用されます。

スリックラインは、直径が 0.082 インチから 0.160 インチの滑らかな一本のワイヤーラインです。スリックラインには導体がありません (ただし、特殊なポリマーコーティングされたスリックラインやチューブでカプセル化された (TEC) スリックラインもあります)。これらは、軽量の井戸建設や井戸の保守作業、およびメモリに依存する地下データの収集に使用されます。スリックラインの作業には、ゲージの設置と回収、地下バルブの操作、井戸の清掃、釣りなどの機械サービスが含まれます。

編組線は、単導体ワイヤラインと同様の機械的特性を持ち、重作業の釣りや井戸の清掃作業などの井戸建設および保守作業に使用されます。

スリックラインは、プラグ、ゲージ、バルブなどの坑井設備の設置と回収に使用され、地表から石油やガスの坑井に下ろされる単線の非電気ケーブルです。スリックラインは、坑井内のバルブやスリーブを調整したり、坑井内の配管を修理したりするためにも使用できます。

スリックラインはトラックの荷台のドラムに巻き付けられ、油圧でワイヤーを巻き取ったり引き出したりすることで坑井内で上げ下げされます。

編組線には、通常電線と呼ばれるケーブルの端にある機器に電力を供給する絶縁電線の内部コアが含まれる場合があり、ケーブルの端にある表面と機器間の通信用の電気テレメトリの経路を提供します。

一方、ワイヤーラインは、井戸に関するデータを伝送する電気ケーブルです。ワイヤーラインは、単線または多線で構成され、井戸介入と地層評価の両方の作業に使用されます。つまり、ワイヤーラインは、ロギング活動で井戸に関するデータを収集する場合や、データ伝送を必要とする作業オーバー作業で役立ちます。

1927 年にコンラッドとマルセル シュルンベルジェによって初めて開発されたワイヤーライン ログは、電線の電線を通じて坑井内の地層特性を測定します。掘削同時測定(MWD) や泥水ログとは異なり、ワイヤーライン ログは、地質学者、掘削者、エンジニアが貯留層と掘削作業についてリアルタイムで決定を下すのに役立つ、電線の電線を通じて送信される継続的な坑井内測定値です。ワイヤーライン機器は、地下の地質学的および岩石物理学的分析の基礎となる多数の岩石物理学的特性を測定できます。測定には、自然電位、自然ガンマ線、音響伝播時間、地層密度、中性子多孔度、抵抗率と導電率、核磁気共鳴、掘削孔イメージング、坑井形状、地層の傾斜と方向、密度や粘度などの流体特性、地層のサンプリングが含まれます。

ゾンデとも呼ばれるロギング ツールは、ワイヤラインの端にあります。測定は、最初にワイヤラインを使用してゾンデを所定の深さまで下げ、次に井戸から引き上げるときに記録することによって行われます。ゾンデの応答は上昇中に継続的に記録され、機器の応答のいわゆる「ログ」が作成されます。ラインの張力により、深さの測定をワイヤラインの弾性伸張に対して補正できます。この弾性伸張補正は、ケーブルの長さ、表面の張力 (表面張力、Surf.Ten と呼ばれる) とワイヤラインのツール端の張力 (ケーブルヘッド張力、CHT と呼ばれる)、およびケーブルの弾性伸張係数の関数として変化します。これらはいずれも一定ではないため、ロギング操作を開始してから基準点 (通常は表面またはゼロ深度点、ZDP) に回復するまでの間、補正を継続的に調整する必要があります。

生産井の生産を維持、回復、または強化するために修復作業が必要な場合、これをワークオーバーと呼びます。ワークオーバー作業では生産を停止する必要がある場合が多いですが、常にそうであるとは限りません。

改修作業では、坑井整備ユニットを使用して坑井からアイテムをウインチで出し入れします。機器の上げ下げに使用するラインは、編組鋼線または単一の鋼スリックラインです。実施される改修作業には、坑井の清掃、プラグの設置、生産ログ、爆薬による穿孔などがあります。

ワイヤーライン ツールは、ワイヤーライン ケーブルの端で坑井に降ろされる特別に設計された機器です。これらは、岩石特性の評価、ケーシング カラーの位置、地層圧力、孔サイズまたは流体の識別に関する情報、サンプルの回収など、さまざまな特定のサービスを提供するために個別に設計されています。現代のワイヤーライン ツールは非常に複雑で、現代の多くの石油、ガス、地熱井で見られるような非常に厳しい条件に耐えられるように設計されていることがよくあります。ガス井の圧力は 30,000 psi を超えることがあり、一部の地熱井では温度が 500 度を超えることがあります。硫化水素などの腐食性または発がん性のガスも坑井内で発生することがあります。

坑井内での稼働時間を短縮するために、複数のワイヤーライン ツールが結合され、長さが数百フィート、重量が 5,000 ポンドを超えるツール ストリングで同時に稼働することがよくあります。

天然ガンマ線ツールは、地球上で自然に発生するカリウム、ウラン、トリウムの崩壊によって生じるガンマ線を測定するように設計されています。核ツールとは異なり、これらの天然ガンマ線ツールは放射線を放出しません。ツールには放射線センサーがあり、通常はシンチレーション結晶で、当たるガンマ線の強度に比例した光パルスを放出します。次に、この光パルスは光電子増倍管 (PMT) によって電流パルスに変換されます。光電子増倍管から、電流パルスはツールの電子機器に送られてさらに処理され、最終的には記録のために地表システムに送られます。受信されたガンマ線の強度は、ガンマ線を放出するソース、地層の密度、ソースとツール検出器間の距離によって異なります。このツールによって記録されたログは、岩相の特定、頁岩含有量の推定、および将来のログの深度相関に使用されます。

核ツールは、貯留層分子とロギング ツールから放出される放射線との相互作用を通じて地層の特性を測定します。核ツールによって測定される最も一般的な 2 つの特性は、地層の多孔性と岩石の密度です。

地層の多孔度は、高速中性子を地下環境に放出できる放射線源を設置することで判定されます。岩石の空隙は水素原子を含む流体で満たされており、中性子を熱外状態または熱状態まで減速させます。この原子相互作用によりガンマ線が生成され、専用の検出器を介してツール内で測定され、多孔度の較正によって解釈されます。ツールセンサーで収集されたガンマ線の数が多いほど、水素原子との相互作用の数が多く、したがって多孔度が大きいことを示します。^[1]

ほとんどのオープンホール核兵器ツールは、二重カプセル化された化学源を利用しています。

密度測定ツールはガンマ線放射を使用して、坑内環境の岩石の岩相と密度を測定します。最新の密度測定ツールは、Cs-137 放射源を使用してガンマ線を発生させ、岩石層と相互作用します。高密度の材料は低密度の材料よりもガンマ線をはるかによく吸収するため、ワイヤー ライン ツールのガンマ線検出器は、岩石マトリックスと相互作用して戻ってきたガンマ線の数と関連するエネルギー レベルを測定することで、地層の密度を正確に測定できます。密度測定ツールには通常、伸縮可能なキャリパー アームが組み込まれており、放射源と検出器を坑道の側面に押し付けるだけでなく、坑道の直径の変化による測定値への影響を排除するために坑道の正確な幅を測定するのにも使用されます。

現代の核ツールの中には、地表から制御される電子動力源を使用して中性子を生成するものがあります。さまざまなエネルギーの中性子を放出することで、検層技師は地層の岩相をわずかな割合で判定することができます。

ある程度の多孔性があるマトリックスでは、孔隙空間は油、ガス (炭化水素またはその他)、または地層水 (共存水と呼ばれることもある) の流体で満たされます。この流体は岩石を飽和させ、その電気的特性を変えます。ワイヤーライン抵抗率測定ツールは、電流を周囲の岩石に直接注入 (導電性の水性泥水用の横型ツール) するか、または電流を誘導 (抵抗性または油性泥水用の誘導型ツール) し、オームの法則によって抵抗率を測定します。地層の抵抗率は主に、一般に導電性が高い水を含む鉱床とは対照的に、抵抗率の高い炭化水素を含む鉱床を特定するために使用されます。また、貯留層内の油水接触位置の特定にも役立ちます。ほとんどのワイヤーライン ツールは、ボーリング ホール壁の調査深度をいくつか測定できるため、ログ分析者は掘削泥水からの流体侵入レベルを正確に予測し、透水性の定性的な測定値を決定できます。

一部の抵抗率測定ツールには、複数の関節式パッドに多数の電極が取り付けられており、複数のマイクロ抵抗率測定が可能です。これらのマイクロ抵抗率の調査深度は非常に浅く、通常は 0.1 ～ 0.8 インチの範囲であるため、ボーリングホールの画像化に適しています。抵抗性泥システム (油ベース) には誘導法、導電性泥システム (水ベース) には直流法を使用して動作する抵抗率画像化装置が利用可能です。

Baker Hughes XMAC-F1 などのソニック ツールは、複数の圧電トランスデューサーと、ツール本体に固定間隔で取り付けられた受信機で構成されています。トランスミッターは、さまざまな動作周波数で音波のパターンを坑道の地層に生成します。信号経路はトランスミッターを離れ、泥柱を通過し、掘削孔の壁に沿って移動し、ツール本体に沿って間隔を置いて配置された複数の受信機で収集されます。音波が岩石を通過するのにかかる時間は、地層の多孔度、岩相、透水性、岩石の強度など、既存の岩石のさまざまな特性によって異なります。特定の軸でさまざまな種類の圧力波を生成できるため、地質学者は異方性応力状態を判断できます。これは、坑道の安定性を判断する上で非常に重要であり、掘削エンジニアが将来の坑井設計を計画するのに役立ちます。

ソニック ツールは、主にケーシング壁を通過した後の信号の強調を計算することによって、完成した井戸のケーシングと地層間のセメント結合を評価するためにも広く使用されています (以下の「セメント結合ツール」を参照)。

超音波ツールは、回転する音響トランスデューサーを使用して、ロギング ツールを地表に引き上げるときに、掘削孔の 360 度画像をマッピングします。これは、小規模な地層と地層の傾斜を判定したり、らせん状または誘発された亀裂などの掘削アーティファクトを特定したりするのに特に役立ちます。

地層中の水素の核磁気共鳴(NMR) 特性の測定。測定には、分極と取得の 2 つの段階があります。最初に、水素原子は静磁場 (B0) の方向に整列します。この分極には、特性時間 T1 がかかります。次に、水素原子は、B0 に垂直な平面で共鳴して歳差運動するように設計された振動磁場からの短いバーストによって傾けられます。振動の周波数は、ラーモア周波数です。水素原子の歳差運動により、アンテナに信号が発生します。この信号の時間による減衰は、横方向緩和によって発生し、CPMG パルス シーケンスによって測定されます。減衰は、T2 と呼ばれる異なる減衰時間の合計です。T2 分布は、NMR 測定の基本的な出力です。

実験室の機器とロギング ツールの両方による NMR 測定は、ほぼ同じ原理に従います。NMR 測定の重要な特徴は、測定に必要な時間です。実験室では、時間は問題になりません。ログでは、分極と測定に必要な時間、ロギング速度、およびサンプリング頻度の間でトレードオフがあります。分極と測定が長ければ長いほど、測定はより完全になります。ただし、時間が長くなると、ロギング速度が低下するか、サンプリング頻度が低下します。

セメント結合ツール(CBT) は、ケーシングの後ろのセメントの品質を測定するために使用される音響ツールです。CBT を使用すると、ケーシングとセメントの結合、およびセメントと地層の結合を判定できます。CBT データを使用すると、必要に応じてセメント シースの問題をトラブルシューティングできます。このツールは、適切に機能するために坑井内で集中管理する必要があります。

CBT によってセメントに発見される最大の問題のうち 2 つは、チャネリングとマイクロ アニュラスです。マイクロ アニュラスとは、セメント シースに微細な亀裂が形成されることです。チャネリングとは、セメント シースに大きな連続した空隙が形成されることで、通常はケーシングの集中化が不十分なために発生します。これらの状況は両方とも、必要に応じて、電気配線の補修工事によって修正できます。

CBT は、坑井を横切ってパイプ、セメント、地層に圧縮波を急速にパルス送信することで測定を行います。圧縮パルスはツール上部の送信機から発生し、地上で電源を入れると、カチッという急速な音が鳴ります。ツールには通常 2 つの受信機があり、1 つは受信機から 3 フィート離れたところ、もう 1 つは送信機から 5 フィートのところにあります。これらの受信機は、圧縮波の到着時刻を記録します。これらの受信機からの情報は、3 フィートおよび 5 フィートの受信機の移動時間として、またマイクロ地震記録として記録されます。

最近のロギング技術の進歩により、受信機は 360 度のセメントの完全性を測定できるようになり、放射状のセメント マップとして、また 6 ～ 8 個の個別のセクター到着時間としてロギング上に表示できるようになりました。

ケーシングカラーロケーターツール（CCL）は、ケーシングホール電線の中で最もシンプルで最も重要なツールの1つです。CCLは通常、深度相関に使用され、重い流体をログに記録する際のラインの過速度の指標になります。^[2]

CCL はファラデーの電磁誘導の法則に基づいて動作します。2 つの磁石は銅線のコイルで分離されています。CCL がケーシング ジョイントまたはカラーを通過すると、2 つの磁石の金属厚の差によってコイルに電流スパイクが発生します。この電流スパイクは坑道上部に送られ、ケーシングされた坑道のログにカラー キックとして記録されます。^[3]

ケーシングホールガンマ穿孔機は、穿孔、ダウンホールチューブ/ケーシング要素の設置、修復セメントの投棄、トレーサー調査などの機械的サービスを実行するために使用されます。通常、ガンマ穿孔機には、穿孔銃、設置ツール、ダンプベイラーなど、何らかの爆発起爆装置が取り付けられています。場合によっては、ガンマ穿孔機は、チューブ搬送穿孔作業やトレーサー調査など、井戸内の物体を見つけるためだけに使用されます。

ガンマ穿孔機は、穴を開けて自然ガンマ線を採取するツールとほぼ同じように動作します。自然発生の放射性元素から放出されるガンマ線が、ツールに取り付けられたシンチレーション検出器に照射されます。ツールはガンマ線カウントを処理し、データを穴の上に送信します。データはコンピューター化された取得システムによって処理され、ログと深さの関係にプロットされます。この情報は、ログに示された深さが正しいことを確認するために使用されます。その後、ツールを通じて電力を供給し、穿孔、プラグやパッカーの設置、セメントの投棄などの爆発物を起爆することができます。

設置ツールは、生産パッカーやブリッジ プラグなどの坑井完成要素を設置するために使用されます。設置ツールは通常、ゆっくり燃焼する爆薬の膨張ガス エネルギーを使用して油圧ピストン アセンブリを駆動します。アセンブリは、設置マンドレルとスライド スリーブによってプラグまたはパッカーに取り付けられます。ピストン アセンブリによって「ストローク」されると、パッキング要素のエラストマー要素が効果的に圧迫され、チューブまたはケーシング ストリングにしっかりと固定されるほど変形します。ほとんどの完成パッカーまたはプラグには、設置ツールを要素から解放して地表に戻すことができるように特別に設計されたせん断機構があります。ただし、パッカー/プラグは坑井内に残り、生産ゾーンを隔離したり、坑井を永久に塞いだりするための障壁となります。

拡張ツールは、内部ピストン アセンブリを使用する WLSPA と同様の設計機能を備えていますが、主な違いは、ピストンが双方向であり、取り外して坑内に残さないことです。ピストンが「ストローク」されると、硬化した輪郭付きパッド セットが拡張し、ケーシングの内壁に小さな円を刻み、ケーシング全体を拡張して、セメント、パッキング マテリアル、または直接地層壁と完全に接触させます。このツールの元の設計とコンセプトは、ハードウェアを坑井内に残すことで、生産に影響を与えずに表面ケーシング圧力を止めるというものでした。また、プラギングと放棄、またはホイップストックの設置などの掘削介入操作などの他の用途にも使用できます。

ケーブル ヘッドは、あらゆるタイプのワイヤーラインのツール ストリングの最上部です。ケーブル ヘッドは、導線が電気接続され、ツール ストリングの残りの部分に接続できる場所です。ケーブル ヘッドは通常、ワイヤーライン オペレーターが作業ごとにカスタム構築し、深さ、圧力、坑井流体の種類に大きく依存します。

電線の弱点はケーブルヘッドにも存在します。ツールが井戸の中で動かなくなる場合、弱点はツールが最初に電線から分離する場所です。電線がライン上の他の場所で切断された場合、ツールを釣り上げるのは非常に困難になります。^[4]

トラクターは、ワイヤーラインの重力依存の欠点を克服し、ツールストリングを穴に押し込むために使用される電動ツールです。ローラーステムを使用しても重力が不十分な、大きく偏向した水平の井戸で使用されます。車輪またはワームのような動きを使用して、井戸の側面を押します。

測定ヘッドは、ドラムから出たワイヤーラインが最初に接触する機器です。測定ヘッドは、ウインチに向かう途中でワイヤーラインを支える複数のホイールで構成されており、重要なワイヤーライン データも測定します。

測定ヘッドは張力、深さ、速度を記録します。現在のモデルでは光学エンコーダを使用して、既知の円周を持つホイールの回転数を算出し、それを使用して速度と深さを計算します。圧力センサー付きのホイールは張力を計算するために使用されます。

油田作業では、ワイヤーラインは地上にあり、直径 3 ～ 10 フィートの大きなスプールに巻き付けられています。作業員は、ポータブル スプール (専用トラックの荷台) または掘削リグの固定部品を使用します。モーターと駆動列がスプールを回転させ、機器を井戸内外に上げ下げします (ウインチ) 。

ワイヤーライン操作中に使用される圧力制御は、坑井から発生する圧力を封じ込めることを目的としています。オープンホール電気ライン操作中、圧力は坑井キックの結果である可能性があります。ケーシングホール電気ライン中、これはおそらく坑井が高圧で生産している結果です。圧力機器は、予想される坑井圧力をはるかに超える定格でなければなりません。ワイヤーライン圧力機器の通常の定格は、平方インチあたり 5,000、10,000、および 15,000 ポンドです。一部の坑井は 20,000 psi で封じ込められており、30,000 psi 機器も開発中です。

クリスマス ツリーの上部にはフランジが取り付けられており、通常は残りの圧力制御用のアダプタが取り付けられています。クリスマス ツリーの上部とフランジの間には、井戸の圧力を維持するために金属ガスケットが配置されています。

ワイヤーライン制御バルブはワイヤーライン噴出防止装置 (BOP) とも呼ばれ、緊急時にワイヤーラインを閉じることができる 1 つ以上のラムを備えた密閉型デバイスです。デュアル ワイヤーライン バルブには 2 セットのラムがあり、ラム間のスペースにグリースを送り込んで油井圧力を相殺する機能を備えたものもあります。

潤滑装置とは、加圧中にワイヤーライン ツールを密閉する役割を果たす、圧力テスト済みのパイプのセクションを指す用語です。前述のとおり、これは接続された一連のパイプであり、ツール ストリングを保持して、オペレーターが井戸に出入りできるようにします。圧力を逃がすためのバルブが付いているため、井戸から取り外してツールなどで作業できます。

ポンプイン サブ (フロー T とも呼ばれる) を使用すると、圧力制御ストリングに流体を注入できます。通常、これらは坑井現場での圧力テストに使用され、坑井への掘削の合間に実行されます。また、坑井掘削後にストリングから圧力を抜き取ったり、野生坑井を制御するためにキル流体を注入したりするためにも使用できます。

グリース インジェクター ヘッドは、穴に注入する際に井戸の圧力を制御するための主な装置です。グリース ヘッドは、フロー チューブと呼ばれる一連の非常に細いパイプを使用して、井戸の圧力ヘッドを下げます。グリースは、残りの井戸の圧力を打ち消すために、グリース ヘッドの下部に高圧で注入されます。

パックオフ サブは、2 つの真鍮製継手にかかる油圧を利用してゴム製シール要素を圧縮し、ワイヤーラインの周囲を密閉します。パックオフは手動でポンプするか、電動ポンプ ユニットで圧縮することができます。

ライン ワイパーは、ゴム要素がはるかに柔らかいことを除いて、パックオフ サブとほぼ同じように動作します。油圧ポンプは、ワイヤラインに軽い圧力がかかるまでゴム要素に力を加え、その過程でラインからグリースと油井液を洗浄します。

クイック テスト サブ (QTS) は、反復操作の圧力制御装置 (PCE) の圧力テストに使用されます。PCE は圧力テストされ、その後 QTS で切断されるため、ストリング全体を再テストする必要がありません。その後、PCE は QTS で再接続されます。QTS には、切断された場所に 2 つの O リングがあり、油圧でテストして、PCE がテストされた圧力をまだ保持できることを確認できます。

ワイヤーラインがツールから切断された場合、ボール チェック バルブが井戸を地表から遮断します。ワイヤーライン操作中、ケーブルが穴に出入りしている間、鋼球はグリース ヘッド内の限られた領域の側面にあります。ワイヤーラインが圧力を受けて限られた領域から出ると、圧力によって鋼球はワイヤーラインがあった穴に向かって押し上げられます。ボールの直径は穴の直径よりも大きいため、ボールは地表への圧力を効果的に遮断します。

ヘッド キャッチャー (ツール キャッチャーとも呼ばれる) は、潤滑装置セクションの上部に取り付けられた装置です。ワイヤーライン ツールが潤滑装置セクションの上部に押し込まれた場合、小さな「爪」のようなヘッド キャッチャーがツールのフィッシング ネックを締め付けます。この動作により、ラインがロープ ソケットから抜けてもツールが穴に落ちるのを防ぎます。ヘッド キャッチャーに圧力をかけると、ツールが解放されます。

ツール トラップは、ツールが誤って穴に落ちるのを防ぐという点で、ヘッド キャッチャーと同じ目的を持っています。この装置は通常、井戸制御バルブの真上にあり、これらの重要な障壁を落下したツールから保護します。ツール トラップは、ツールが井戸に入るようにするために開いた状態で機能する必要があり、通常は閉じた位置にあるときでもツール トラップからツールを回収できるように構築されます。

BOP スタックの上部にボルトで固定されるサブアセンブリ デバイスは、従来のボルト フランジをなくして潤滑ヘッドを接続し、テーパー ウェッジとロック リングの設計を利用するように設計されています。これにより、従来の圧力制御接続と同じセキュリティを実現しながら、大幅に時間を節約できるコンポーネントが実現します。

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