國產(chǎn)MWD在南堡油田的探索及應用

摘要介紹了利用國產(chǎn)無線隨鉆對冀東油田海上定向井進行軌跡控制，針對儀器在現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的問題進行了分析，并給出了技術(shù)對策。制定出了一套滿足該地區(qū)定向井施工的儀器操作規(guī)程，可以替代進口無線隨鉆測斜儀，降低了鉆井成本，應進一步推廣應用。

關(guān)鍵詞無線隨鉆(MWD);定向井;導向鉆井;井眼軌跡;鉆井參數(shù);鉆井液;鉆井平臺;南堡油田

中圖分類號TE243文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2009)121-0026-02

冀東油田灘海區(qū)域位于渤海灣北部，南堡區(qū)塊為于黃驊坳陷南堡凹陷，地層發(fā)育，巖性復雜。根據(jù)《冀東探區(qū)第三次油氣資源評價》結(jié)果，南堡地區(qū)油氣資源比較豐富，開發(fā)前景良好，為了加快冀東油田灘海勘探開發(fā)，冀東油田決定對黃驊坳陷南堡凹陷南堡1號、2號、3號、4號、5號構(gòu)造高部位陸續(xù)進行鉆探，由于該區(qū)快處于灘海區(qū)域，水深約為1.5米高潮最大達到3m以上，潮差1.5m左右，受潮水限制鉆井平臺很難到達設計井位。因此，大多數(shù)探井設計為兩靶或三靶大位移五段制定向井，給軌跡控制和中靶精度造成了很大的難度，于是我們選用了國內(nèi)某公司設計生產(chǎn)的無線隨鉆測斜儀，既保證了井身質(zhì)量，又滿足了甲方早發(fā)現(xiàn)油氣層的勘探目的。

1MWD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理

1.1MWD儀器構(gòu)成

MWD無線隨鉆測量儀器主要由三部分組成:(1)井下信息測量系統(tǒng)完成對鉆具數(shù)據(jù)(測量點的井斜、方位、工具面、磁場強度、溫度)的采集和處理;(2)泥漿脈沖信號傳輸系統(tǒng)(正脈沖傳輸方式)，將測量數(shù)據(jù)通過泥漿傳輸至地面;(3)地面計算機處理系統(tǒng)是把由井下脈沖發(fā)生器傳上來的壓力信號(約0.5-1MPa)從立管壓力中解讀出來，并完成處理和傳輸顯示功能。

1.2MWD儀器工作原理

MWD無線隨鉆測斜儀是在有線隨鉆測斜儀的基礎上發(fā)展起來的一種新型的隨鉆測量儀器。它與有線隨鉆測斜儀的主要區(qū)別在于井下測量數(shù)據(jù)的傳輸方式不同，普遍用于海洋石油鉆井以及大位移定向井的井眼軌跡測量施工，特別適用于大斜度井和水平井中，配合導向動力鉆具組成導向鉆井系統(tǒng)。我們使用的MWD無線隨鉆測斜儀是正脈沖傳輸方法，即泥漿正脈沖發(fā)生器的大磨菇頭與孔板的相對位置能夠改變泥漿流道在此的截面積，從而引起鉆柱內(nèi)部的泥漿壓力的升高(針閥的運動是由探管編碼的測量數(shù)據(jù)通過調(diào)制器控制電路來實現(xiàn))。在地面通過專用壓力傳感器檢測立管壓力的變化，并通過譯碼轉(zhuǎn)換成相應的測量數(shù)據(jù)(井斜、方位等井下參數(shù))。

2MWD的優(yōu)點和現(xiàn)場施工條件的要求

2.1MWD的測量優(yōu)點

隨著油田開發(fā)的需要，深定向井或大位移井不斷增加，相應的裸眼井段也越來越長，為定向井的井眼軌跡的測量控制提出了新的要求，先進的無線隨鉆測量(MWD)系統(tǒng)就是通過鉆井液作為載體來傳輸數(shù)據(jù)的，鉆井液脈沖將井下信息傳到地面，地面上采用泥漿壓力傳感器檢測來自井下儀器的泥漿脈沖信息，計算機對這些脈沖信息進行解釋和處理，實現(xiàn)信息數(shù)字化，井下儀器所測量的井斜角、井斜方位角、工具面角數(shù)據(jù)和其他信息，可以很直觀的顯示在計算機或司鉆閱讀器上。MWD技術(shù)較大幅度的提高了冀東油田灘海大位移井的井眼軌跡控制精度和鉆井速度。

2.2MWD儀器對現(xiàn)場施工條件的要求

2.2.1對鉆井液和凈化設備的要求

1)鉆井液的含沙量必須小于0.3%，含沙量越小越好;2)若調(diào)整鉆井液性能，應預先通知儀器工程師作好準備，因為調(diào)整鉆井液性能，有可能造成井下儀器一段時間工作不正常;3)禁止在鉆井液中加堵漏劑和玻璃球等大顆粒物質(zhì)，這些材料可能發(fā)生纏堵死蘑菇頭、阻止蘑菇頭伸縮等現(xiàn)象，導致井下儀器損壞或工作不正常;4)赤鐵礦作為泥漿加重劑，會增加信號的衰減量，在深井、超深井中會影響信號的傳輸，導致信號檢測困難。此外，赤鐵礦本身的磁性會影響儀器的測量精度;5)正常鉆進時，必須保證兩級(振動篩、除沙器)以上鉆井液凈化設備正常工作。

2.2.2對鉆井泵和循環(huán)系統(tǒng)的要求

1)鉆井泵的上水要好，泵壓穩(wěn)定，泵的效率要求在95%以上;2)鉆井泵的空氣包壓力要穩(wěn)定，若使用雙泵，兩臺泵的空氣包的壓力應一致;3)泵的閥體、閥座、凡爾、缸體、缸套、活塞和彈簧要完好正常;4)整個循環(huán)系統(tǒng)所使用的濾網(wǎng)要干凈，確保鉆井液循環(huán)暢通。

2.2.3對鉆具的要求

1)無磁鉆鋌內(nèi)徑≥76-78毫米，為確保儀器的測量精度，MWD儀器的測量環(huán)境為雙無磁;2)長時間沒有使用的舊鉆桿，下井前要通徑，清除里面的管垢和其它雜質(zhì);3)定向接頭與無磁鉆廷的外徑尺寸要一致，防止應力破壞造成鉆具事故。

3適合鉆井平臺施工的MWD現(xiàn)場操作規(guī)程

3.1井場準備

1)將地面儀器房擺放在鉆臺安全處，按照鉆井平臺安全規(guī)定布好電纜線和儀器信號線;2)根據(jù)無磁鉆鋌數(shù)量，計算定向探管的最佳工作區(qū)，選擇大蘑菇頭、孔板組合;3)將選好的孔板放于套子的孔板座中，用專用的螺釘固定好;4)將滑套總成放入定向接頭中，用定位螺栓固定好，裝配好定向接頭;5)在鉆臺面以上，在立管上選擇合適的位置，焊好壓力傳感器座并擰好絲堵;6)檢測CLWT—200專用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠程數(shù)據(jù)處理器，布置儀器房內(nèi)LWT200專用數(shù)據(jù)處理儀到鉆臺CLWT—100遠程數(shù)據(jù)處理器(司鉆閱讀器)的兩根主信號線;7)裝壓力傳感器，布壓力傳感器到CLWT—100遠程數(shù)據(jù)處理器信號線;8)布儀器房內(nèi)電源電纜線、接地線，組裝、調(diào)試筆記本電腦、CLWT200專用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT100遠程數(shù)據(jù)處理器等，建立該井文件，將所有資料存入數(shù)據(jù)庫中，進入工作狀態(tài);9)地面儀器測試，校高邊，將儀器一致化設置保存到筆記本電腦，此為儀器檢驗的依據(jù)。

3.2MWD儀器下井與試驗

1)座鍵:接好定向接頭，無磁鉆鋌上端座在井口，用提升工具，慢慢將儀器提起，除去蘑菇頭保護套，自第一根無磁上部，將儀器放入，座鍵三次，要求在同一位置，確保座鍵成功。

2)淺層試驗:下鉆3-5柱，做淺層試驗，計算機進入測量應用程序，注意調(diào)整波形窗口，觀察到正常信號后繼續(xù)下鉆。

3)下鉆:下鉆過程中，每下10-15個鉆柱向鉆具內(nèi)灌一次鉆井液。

3.4MWD儀器回收

1)電纜方式回收儀器。需電纜回收儀器時，在電纜頭接打撈茅，算準儀器打撈勃位置，打撈成功時，懸重增加100±5公斤，提升速度小于1米/秒，到井口要防拉脫，護好儀器。

2)起鉆方式回收儀器。起鉆到儀器座鍵前鉆具所處位置，用提升工具提牢儀器，小心的用氣動馬達提出儀器。

3)儀器出井口時，用熱清水沖洗，棉紗擦凈儀器。多次推動蘑菇頭，排凈脈沖發(fā)生器總成中的鉆井液，將蘑菇頭用保護套保護好防碰。

4)關(guān)掉儀器供電電源，回收CLWT—200專用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠程數(shù)據(jù)處理器(司鉆閱讀器)、立管壓力傳感器，同時用絲堵堵好立管座孔 。

5)將所有儀器、設備、工具擦拭干凈擺放到儀器箱中。

4MWD現(xiàn)場故障分析及解決方法

4.1MWD井下儀器串地面測試、淺測試正常，下井(或工作一段時間)后無信號處理過程

1)確保壓力傳感器、CLWT—200專用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠程數(shù)據(jù)處理器接口箱B、PC機等地面設備工作正常，無信號前的現(xiàn)象如何(泵壓是否改變、信號波形曲線幅度是否有變化)。

2)停泵約兩分鐘，開泵至正常工作狀態(tài)，三分鐘后，如無信號波形出現(xiàn):大幅度活動鉆柱，轉(zhuǎn)盤中速旋轉(zhuǎn)鉆柱，請工程人員檢查鉆井、水力參數(shù)是否正常由此判斷儀器是否脫鍵。

3)如2)不行，可盡量增大泵排量，鉆頭盡量接觸井底，觀察立管壓力表判斷MWD 儀器工作壓差是否存在。

4.2MWD現(xiàn)場信號干擾大無法檢測到有效信號的幾種情況及解決方法

1)通常是平臺泵上水不好造成，如:泵凡爾刺漏、鋼套松動等要求平臺修泵，一般此情況，平臺能及時發(fā)現(xiàn)。

2)泵的空氣包壓力不夠，一般情況下，空氣包的壓力為正常打鉆鉆臺泵壓的1/3.要求平臺補充空氣包的壓力。

3)壓力傳感器的安裝位置不對。如:安裝處的震動太大.如有可能，盡量換一個安裝位置。

4)壓力傳感器內(nèi)有空氣，可能是由于平臺打回壓時造成.拆下壓力傳感器往內(nèi)灌滿硅質(zhì)或黃油，重新裝上。

4.3MWD下井信號正常但無法同步的解決方法

1)脈沖發(fā)生器油囊損壞失效，小蘑菇頭變形后下放無法堵嚴分流孔，造成同步頭壓力信號丟失，同步頭抓不到，解決方法起鉆更換脈沖發(fā)生器。

2)儀器探管受震動損壞造成所發(fā)指令紊亂錯誤，解決方法起鉆更換儀器探管。

4.4測量過程中發(fā)現(xiàn)方位異常地解決方法

1)分析井下測量點附近有套管或金屬物質(zhì)，查看井下儀器測量的地磁傾角是否在50-60度的正常范圍內(nèi)，然后決定是否采取三維繞障防碰措施。

2)與地質(zhì)核對地層情況如果鉆遇磁性地層，可采取按原工具面繼續(xù)鉆進或轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進，避開后再繼續(xù)測量。

3)探管損壞失效更換探管。

5MWD系統(tǒng)現(xiàn)場應用實例

MWD無線隨鉆測斜儀在冀東油田南堡區(qū)塊七口大位移五段制定向井施工中進行了應用，井身質(zhì)量合格率和剖面符合率均達到了甲方的要求，效果良好。

南堡1-2井使用MWD進行定向施工，使施工更加安全、優(yōu)質(zhì)、快速、具有有線隨鉆不可比擬的優(yōu)越性，在井身軌跡控制中，MWD能夠使井斜方位始終朝著有利的方向發(fā)展且實鉆井眼曲線與設計曲線相貼近，使得井下導向鉆井技術(shù)得到很好的應用。南堡1-2井設計井深2973.51米，造斜點1266米，設計最大井斜34.78度，方位358.73度，A靶B靶靶區(qū)半徑都為50米，是一口單井，不存在防碰問題，較適合國產(chǎn)MWD的使用條件，本井一開直井段采用Φ444.5鉆頭+Φ203.2mm無磁鉆鋌+Φ203.2鉆鋌×5根+Φ165.1鉆鋌×9根+Φ127mm鉆桿塔式鉆具結(jié)構(gòu)，鉆井參數(shù):鉆壓(50-80)KN，轉(zhuǎn)速(80-90)rpm，排量(55-60)L/m，二開直井段鉆具組合: Φ215mmPDC鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+431*4A10+擋板+Φ165mm無磁鉆鋌+Φ212mm扶正器+Φ165mm鉆鋌×3柱+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，鉆進參數(shù):復合鉆進時要高轉(zhuǎn)速小鉆壓，地層硬時送鉆要均勻，鉆壓嚴禁超過50kN，泵壓8-16MPa，確保直井段打直，造斜點處井斜控制在1°以內(nèi)，完成直井段后，起鉆多點檢測，直井段滿足設計井身質(zhì)量要求，為下一步的MWD定向造斜作好了準備。定向及復合鉆進段:采用鉆具組合:Φ215mm鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+Φ210mm欠尺寸扶正器+MWD短接+Φ165mm無磁鉆鋌+擋板+Φ165mm無磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×1柱+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，定向過程中MWD儀器工作正常， 0.75度單彎螺桿造斜率7-9度/100米，基本符合設計要求，定向造斜井段段長434.4米(1266-1700.4)，定向結(jié)束時，井斜33.7度，方位358.7度，穩(wěn)斜鉆進至A靶，水平位移滯后5米，穩(wěn)斜鉆進B靶水平位移滯后12米，方位358.7在靶心偏左，復合鉆進使用鉆具組合: Φ215mmHTJ517牙輪鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+Φ206欠尺寸扶正器+MWD短接+Φ165mm無磁鉆鋌+擋板+1Φ65mm無磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×2根+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，鉆井參數(shù):鉆壓(30-40)KN，轉(zhuǎn)速60rpm，排量(27-30)L/m，鉆進過程中本鉆具平均降斜率0.3-0.5度/30米，井深1918.7米時井斜32.08度，方位356.2度，滑動復合鉆進至1976.37米井斜調(diào)整為34.76度，方位為358.1度，達到預計效果，為安全鉆過玄武巖做好了準備，本井用一只PDC安全鉆穿玄武巖，井深2283.71米，井斜35.7度，方位356.1度處起鉆換鉆具: Φ215mmHTJ517牙輪鉆頭+172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+411×4A10+Φ212欠尺寸扶正器+4A11×410+MWD短接+Φ165mm無磁鉆鋌+擋板+Φ165mm無磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×2根+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，穩(wěn)斜段鉆進參數(shù):鉆壓40-100kN，泵壓17-18Mpa，排量28-30L/S，復合鉆進時轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速<60rpm.本鉆具組合在50-60KN鉆壓控制下井斜變化率為±0.3度/30米，穩(wěn)斜效果比較理想。在90KN-100KN鉆壓控制下井斜變化率0.4-0.5度/30米，井深2331.98米時井斜37.03度，方位355.8度，滑動復合鉆進至2359.78米井斜調(diào)整為33.05度，方位為357.7度，滿足設計要求繼續(xù)復合鉆進至2940米完鉆。本井正常情況下每1個立柱測斜一次，根據(jù)測斜數(shù)據(jù)制定控制和預測井眼軌跡的技術(shù)措施，確保中靶精度。本井采用了先進的MWD隨鉆測斜方式，在測斜方面節(jié)省了大量時間，在穩(wěn)斜鉆進段以復合鉆進為主、導向鉆進為輔，根據(jù)實測數(shù)據(jù)可以隨時調(diào)整井眼軌跡，使得井眼軌跡比較圓滑，本井斜井段1400米，共微調(diào)2次，全井井斜和方位控制的比較理想，滿足了甲方對井身質(zhì)量的要求，使用MWD進行南堡1-2井向施工縮短了鉆井周期，從而提高了鉆井時效。

6認識與提高

1)電子元件﹑材料科學和電池技術(shù)的發(fā)展使得MWD隨鉆測量代替了單﹑多點測斜，可大大節(jié)約總鉆進時間，能夠在井下惡劣的環(huán)境中進行隨鉆測量保證了測量質(zhì)量。

2)海上定向井主要采用了頂驅(qū)、高效的固控設備、PDC鉆頭、MWD+動力鉆具，井眼軌跡設計采用蘭德馬克設計軟件，配套的鉆井導向控制技術(shù)，鉆進過程中隨時調(diào)整井眼軌跡，減少起下鉆次數(shù)，用一到兩只PDC鉆頭完成二開井段，提高了鉆井速度。

3)MWD測量技術(shù)在冀東油田長裸眼定向井中的應用，不僅能很好的控制井眼軌跡，減少鉆井中各種事故的發(fā)生，而且經(jīng)濟效益顯著。

4)通過認真分析、整理已經(jīng)施工的幾口大位移定向井，總結(jié)了MWD測量的成功經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了測量施工和管理中存在的問題，并提出了需解決問題的方法，優(yōu)化出了適合淺海、灘?？碧介_發(fā)的定向鉆井配套技術(shù)。

5)科學化的組織施工和現(xiàn)場管理是確保MWD測量技術(shù)實現(xiàn)安全、高效、快速、優(yōu)質(zhì)的施工基礎，也是導向鉆井技術(shù)在現(xiàn)場作業(yè)中的一個新課題。