井下隨鉆測(cè)量技術(shù)研究

羅洪斌

（遼河油田錦州采油廠作業(yè)三大隊(duì)306隊(duì)，遼寧 錦州121209）

隨著渦輪鉆具、螺桿鉆具等井下動(dòng)力鉆具的誕生，使隨鉆測(cè)量儀有了生命力，隨鉆測(cè)量儀的實(shí)際應(yīng)用給定向鉆井工藝帶來了一次新的飛躍，隨鉆測(cè)量儀對(duì)于井下鉆具是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)，它能隨時(shí)給定向鉆井工作者提供井斜、方位，工具面方向和井底溫度等參數(shù)。使定向鉆井工作者隨時(shí)都能了解井下鉆具的去向和工作姿態(tài)，便于控制井眼軌跡。這樣鉆出的井眼，軌跡圓滑、井身質(zhì)量好，減少了因井身質(zhì)量差而造成的鉆井事故。而且，由于實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制，大大減少了定向造斜的時(shí)間。因地層和其它原因所造成的軌跡偏移，也很容易被糾正到正確的軌跡上來.

1 隨鉆測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)和原理

隨鉆測(cè)量儀由地面儀器和井下儀器兩部分組成.地面儀器包括計(jì)算機(jī)、打印終端和司鉆讀出器.井下儀器包括磁通門傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、脈沖多路調(diào)制器、電墩驅(qū)動(dòng)器等有關(guān)的電子線路。

工作時(shí)，井下儀器中的三個(gè)相互垂直安裝的重力加速度計(jì)把井下儀器當(dāng)時(shí)的物理姿態(tài)相對(duì)于重力的變化，從三個(gè)互相垂直的方向轉(zhuǎn)換成電信號(hào):井下儀器的三個(gè)磁通門傳感器，也同時(shí)把井下儀器的這一物理姿態(tài)相對(duì)于地磁場(chǎng)的變化，從三個(gè)相互垂直的方向轉(zhuǎn)換成電信號(hào);溫度傳感器把當(dāng)時(shí)井下儀器工作的環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這些電信號(hào)經(jīng)它們相應(yīng)的電子線路放大整理后，由脈沖多路調(diào)制器收集起來，并把這些電壓信號(hào)按比例地轉(zhuǎn)換成時(shí)間脈沖，按一定時(shí)序把它們送到電纜驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)單芯愷裝電纜送到地面儀器/電子計(jì)算機(jī)。

地而儀器/電子計(jì)算機(jī)的電源系統(tǒng)有一個(gè)信號(hào)分離電路，由它分離出數(shù)據(jù)脈沖，并把這些數(shù)據(jù)脈沖送到接口板.接口板在中央處理機(jī)的控制下，采集數(shù)據(jù)、分離出各個(gè)參數(shù)、把各參數(shù)牡換成數(shù)字，送到中央處理機(jī)板，按一定的數(shù)學(xué)模式進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果被送到面板顯示部分，供定向井工程師選擇磁性工具面、高邊工具面、井.眼傾角、原始方位、修正方位磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁傾角或溫度顯示.

要使儀器能夠?qū)嶋H應(yīng)用于定向鉆井工作，還必須配備其它的輔助設(shè)備，例如井口設(shè)備，包括循環(huán)頭、電纜側(cè)入接頭:再如井底設(shè)備，包括彎接頭、斜口管鞋套等.這些都是使儀器正常工作必不可少的設(shè)備.

2 隨鉆測(cè)量儀的使用

目前，我們國內(nèi)使用的同類型的隨鉆測(cè)量儀已有好幾種，它們的使用方法是大同小異的，特別是井口設(shè)備和井底設(shè)備總成都是完全可以互換的。對(duì)于井下儀器，雖然各廠家的設(shè)備不一樣，不能互換，但是使用的方法和儀器的連接是相同的。

2.1 基本術(shù)語

定向井工程師和定向井儀器工程師，以及從事定向井工作的工程技術(shù)人員，對(duì)于一些與工作有直接聯(lián)系的專用名詞術(shù)語都應(yīng)有相同的認(rèn)識(shí)、相同的理解和共同的語言，這樣才便于工作。

2.1.1 井眼傾角

在井眼曲線上的某一深度位置，其井軸切線方向與鉛垂線方向之間的夾角就叫做那個(gè)深度的井眼傾角(也叫做井斜角或簡(jiǎn)稱井斜)。

2.1.2 井眼磁方位角

在井眼曲線上的某一深度，其軸線方向的水平分量與地磁子午線之間的夾角稱為這個(gè)深度的井眼磁方位角(也叫磁方位)，以地磁子午線指向地磁南極的方向?yàn)?°，按順時(shí)針為正來計(jì)算磁方位角.

2.1.3 井眼真方位角

在井眼曲線上的某一深度，其軸線方向的水平分量與地理子午線之間的夾角稱為這一深度的井眼真方位角，并以地理子午線指向地理北極的方向?yàn)?°，以順時(shí)針為正來計(jì)算方位角.

2.1.4 高邊

在井眼的某一深度，當(dāng)鉛垂線穿過井軸時(shí)，鉛垂線進(jìn)入的那邊叫做井眼的重力高邊，鉛垂線穿出井軸的那邊叫做井眼的重力低邊.順井眼鉆進(jìn)的方向看去，觀察者的左手邊叫做井眼的左邊，觀察者的右手邊叫做井眼的右邊.

2.1.5 工具面

由彎接頭構(gòu)成的平面被稱為工具面。

2.2 測(cè)井前的室內(nèi)準(zhǔn)備工作

為了很好地完成測(cè)井任務(wù)，上井前必須認(rèn)真進(jìn)行準(zhǔn)備工作，檢查所有儀器設(shè)備，保證所有的儀器設(shè)備都處于良好的工作狀態(tài)，并根據(jù)測(cè)井任務(wù)帶齊所需設(shè)備.

在接受測(cè)井任務(wù)后，必須及時(shí)地與有關(guān)單位聯(lián)系，收集一些與測(cè)井任務(wù)有關(guān)的資料數(shù)據(jù).這是充分做好準(zhǔn)備工作、完成測(cè)井任務(wù)的有力保證，證實(shí)以下內(nèi)容:

2.2.1 井底溫度.各地區(qū)的地溫梯度是不一樣的.同一地區(qū)不同的井，其地溫梯度有時(shí)也差異很大。所以，需要了解井底溫度，以便帶上適用的探管。一般情況下，井底溫度小于125℃可帶10000系列的探管.井底溫度超過125℃時(shí)，如果測(cè)井時(shí)井眼傾角在10℃以內(nèi)，工作過程中也不超過10℃,帶700系列"熱井眼"探管.如果測(cè)井時(shí)，井眼傾角大于10℃,則應(yīng)帶900系列"熱井眼"探管，如果工作過程中，要從 0°定向到 10°以上，則這兩種"熱井眼"探管都應(yīng)帶上.

2.2.2 測(cè)井深度、套管程序和最大井斜角:探管的磁傳感器只有在裸眼中才能測(cè)量出準(zhǔn)確的方位數(shù)據(jù).如果傾角太大，磁性傳感器離上面鋼鉆艇的水平距離太近，影響方位讀值.此時(shí)，需要增加無磁鉆艇和儀器加長桿的長度.

2.2.3 泥漿密度和粘度:探管保護(hù)筒的破裂壓力為27900磅/英寸2，考慮l0%的安全余量，則探管保護(hù)筒的破裂壓力為25110磅/英寸2.靜壓力是由鉆井液等井內(nèi)流體施加的.利用井內(nèi)的鉆井液密度和測(cè)井深度，可以算出鉆井液在測(cè)井深度的靜壓力.這樣，我們就可以確定我們的探管能否在任務(wù)井的那個(gè)深度工作。例如在某一任務(wù)井中，測(cè)量井深為23000英尺，實(shí)際垂深為5000英尺，泥漿密度為9磅/加侖.查表可得，在測(cè)深為23000英尺時(shí)的靜壓力為2400磅/英寸2。

鉆井液的粘度表示限礙其自由流動(dòng)和保留鉆屑的能力:粘度越高，鉆井液自由流動(dòng)的阻力越大，保留鉆屑的能力也越大.粘度直接影響儀器的下放速度，而且影響鉆井液在井下儀器、循環(huán)頭和在電纜上的沖刺速度.

3 目前的研究工作與隨鉆測(cè)量儀發(fā)展方向

當(dāng)今的國際的隨鉆測(cè)量儀技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但還有一些有待研究和改進(jìn)的工作要做。

3.1 逐步加大探測(cè)深度、采樣密度使之能更真實(shí)的反映地層客觀清況。

3.2 多方法集成隨鉆測(cè)量儀系統(tǒng)。

3.3 提高信息傳輸能力以強(qiáng)化信氨應(yīng)用技術(shù)。

3.4 開發(fā)高強(qiáng)度、耐高溫高壓材料及采用更適應(yīng)惡劣環(huán)境工作的光纖傳感器和專用傳感器設(shè)計(jì)。

3.5 解決鉆井噪聲及儀器殼體波干擾問題。

3.6 進(jìn)一步縮小儀器體積，提高儀器整體的耐高壓、耐高溫及抗震性能。

結(jié)語

在石油鉆井技術(shù)日益發(fā)展的今天，井下工作狀況的隨鉆測(cè)量發(fā)揮著越來越重要的作用。隨鉆測(cè)量是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，指導(dǎo)鉆進(jìn)和定向并把井下信號(hào),實(shí)時(shí)上傳至地面，在鉆進(jìn)過程中高效制定方案和改善決策過程。從隨鉆測(cè)量(隨鉆測(cè)量儀)技術(shù)首次在鉆定向井中使用至今，隨鉆測(cè)量儀得到長足發(fā)展并逐步走向成熟。我們作為從業(yè)者要熟練掌握這種技術(shù)，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。

[1]呂瑞典編著,高等學(xué)校教材油氣開采井下作業(yè)及工具,石油工業(yè)出版社,2008

[2]高井祥,測(cè)量學(xué),中國礦業(yè)大學(xué)出版社,

1998.

[3]張國良主編,礦山測(cè)量學(xué),中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.