欠平衡鉆井MWD信號的下降緣故及應(yīng)對措施探討

張　燚（山東省東營市東營區(qū)鉆井工程技術(shù)公司定向井公司,山東　東營　257000）

欠平衡鉆井MWD信號的下降緣故及應(yīng)對措施探討

張燚
（山東省東營市東營區(qū)鉆井工程技術(shù)公司定向井公司,山東東營257000）

摘要：欠平衡鉆井技術(shù)一種提高勘探開發(fā)效益的鉆井新技術(shù)，在油、氣、田勘探開發(fā)方面進行了技術(shù)鉆研和現(xiàn)場試驗，并取得了顯著效益。在充氣欠平衡鉆進中，隨鉆測量設(shè)備MWD在井下發(fā)射的鉆井液脈沖在傳播過程中衰減的程度很大，使得地面檢測設(shè)備難以對井眼軌跡進行檢測和控制。通過分析排除影響壓力波信號傳輸?shù)囊蛩兀梢酝ㄟ^模擬建立充氣欠平衡鉆井MWD信號傳輸模型，提出解決方案并進行現(xiàn)場試驗。實驗結(jié)果證實：改變注氣方式將氣液充分混合后對信號傳輸有一定的改進作用，可以提升MWD的有效測量距離；地面?zhèn)鞲衅鞯陌惭b位置對信號接收不會造成影響。

關(guān)鍵詞：充氣欠平衡鉆井；MWD；解決方法

EM-MWD技術(shù)主要用于油田、氣田等勘探同時的井下數(shù)據(jù)傳輸，該技術(shù)載體為電磁波，傳統(tǒng)技術(shù)會因為井下地質(zhì)條件復(fù)雜、傾斜角過多、介質(zhì)類型復(fù)雜以及鉆井方式的不同而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸受到影響，對工作效率有明顯的負作用。而EM-MWD技術(shù)能夠確保在鉆井同時，以鉆桿、井壁等載體作為信號傳輸通道無限制輻射，信號傳輸效果極佳。該技術(shù)對鉆井液沒有較高要求，且信號優(yōu)劣與鉆井液的含氣量沒有相關(guān)性，泥漿屬性也不會對其造成影響，因此，該技術(shù)能夠有效應(yīng)用于欠平衡鉆井工程，發(fā)展前景明朗。

1　分析充氣欠平衡鉆井信號衰減因素

一般而言，氣體具備可壓縮性，因此在充氣時，兩相界面間有大量且高頻率的動量交換現(xiàn)象，該問題也是目前欠平衡鉆井出現(xiàn)的首要技術(shù)難題[1]。MWD信號于井下發(fā)射，但隨著信號的反彈、傳遞，到達地面之后，很難檢測到較為強烈的信號源，因此可知，衰減明顯，同時，傳統(tǒng)的鉆井液脈沖測量工具也無法在此類條件下使用，大部分工程會選用電磁波工具，然而該技術(shù)的信號測量范圍有限，無法精確處理深度較大的單位，且技術(shù)復(fù)雜、所需成本過高。針對上述問題，本文研究在常規(guī)情況下的充氣使用問題，建立充氣欠平衡鉆，鉆柱充氣后，內(nèi)部持氣率有所提升，那么鉆井液的脈沖發(fā)射速度會相應(yīng)降低，相對應(yīng)的衰減系數(shù)前期遞增，后期會有所遞減。

2　欠平衡鉆井解決MWD信號衰減應(yīng)對措施

通過研究簡單的鉆井MWD信號傳輸模型，并了解信號發(fā)射原理，包括傳輸、分散、折射以及接收等問題，分析影響信號并導(dǎo)致衰減的原因，針對性地提出相應(yīng)技術(shù)措施[2]。主要有兩點：第一，調(diào)整鉆井設(shè)備的注氣方法，第二，優(yōu)化、提升地表信號接收設(shè)備的功能。具體方案如下：

（1）優(yōu)化MWD信號的地面接收儀器安裝。鉆井液主要通過鉆井設(shè)備儀器提供能量，載體多為泥漿，鉆井液進入設(shè)備后，通過立管、水龍帶進入鉆桿中，從而達到使鉆頭冷卻、清洗污垢、潤滑設(shè)備以及輸送巖心等作用。一般而言，MWD接受設(shè)備（地面段）的安裝位置為立管中部，當設(shè)備注氣后，第二階段即水龍帶，有較大幾率出現(xiàn)氣塞現(xiàn)象，上文提到，空氣壓縮性較強，因此當MWD信號經(jīng)過氣塞后，受到壓縮空氣的影響，就會產(chǎn)生明顯的衰減，立管上的接收設(shè)備所收到的信號較弱，影響工程正常運作。因此，優(yōu)化MWD信號接收設(shè)備，將該設(shè)備放置于水龍帶前端，調(diào)整其距離，或直接安裝于鉆桿保護帶，這樣就能夠有效避免水龍帶中出現(xiàn)氣塞，影響信號的有效傳輸。

（2）擴大鉆井下信號頻率調(diào)節(jié)范圍。在欠平衡鉆井工作過程中，地層的不同也會導(dǎo)致MWD信號傳輸效果有所差異，例如地層差異會影響電阻率高低，鉆井設(shè)備工作頻率提升，若與此同時電阻率過低，那么信號的傳輸就會受到嚴重影響，直接導(dǎo)致可測量深度不足等問題。為了避免該問題，可采用調(diào)整地層電阻率的方式，以動態(tài)方法在寬頻內(nèi)操作，保證信號載頻合適，從而降低數(shù)據(jù)傳輸過程中的流失、接收信號的滯后，確保工程測量的準確性。此外，還可以通過在地表與地下空間中額外安裝信號增強設(shè)備起到信號中轉(zhuǎn)、加強的作用，也能夠有效提升其精確度。

2.1 儀器的電源因素

由于電池組的內(nèi)容量有限，電磁波所需要的發(fā)射功率巨大，并且對工作環(huán)境的溫度有明確要求，所以可充式電池無法完全用取代渦輪發(fā)電機[3]。以流體力學(xué)為依據(jù)，流體的流速及葉輪的角度決定渦輪的轉(zhuǎn)速，那么葉輪角度的設(shè)計合理程度十分重要，其必須配合中國鉆井現(xiàn)場往復(fù)泵所能承受的流體流速。并且，渦輪發(fā)電機的安裝強度也是需要確保的，以適應(yīng)復(fù)合鉆井時帶來的強烈震動感。

2.2傳感器靈敏度的接受性

由電磁波傳播中存在的反射、衍射等現(xiàn)象引起的多個電磁波先后到達地表此種現(xiàn)象，是受地層的非均勻性影響的，因此相位、幅值等的疊加此種問題會在任一不確定的點出現(xiàn)。通過鉆柱傳達上來的信號電流和鉆柱上信號電流幅射出的橫電場波和橫磁場波，都可以在接收信號的靈敏度提高之后，被接受傳感器直接接收。

3　結(jié)論

通過模擬建立充氣欠平衡鉆井MWD信號傳輸模型，以及鉆井液脈沖衰減系數(shù)和傳播速度，歸納出影響信號傳輸?shù)闹饕蛩厥倾@柱內(nèi)持氣率，降低持氣率是解決隨鉆測量問題的根本方法?？梢酝ㄟ^調(diào)整地面接收器安裝位置和改變注氣方式來作為基本的解決方案，通過現(xiàn)場試驗得出地面接收器安裝位置對信號傳輸不會產(chǎn)生影響，變更氣液兩相充分混合的注氣方式可減小壓力波信號的下降情況，可在一定程度上改進MWD信號傳輸，在充氣條件下可有效提升MWD信號的精準測量距離。就現(xiàn)狀來看，欠平衡鉆井技術(shù)是國內(nèi)外各油田都重視的發(fā)展方向之一，各方在積極主動地在技術(shù)上鉆研。電磁波隨鉆測量系統(tǒng)隨著技術(shù)的不斷進步未來將取代泥漿脈沖隨鉆測量系統(tǒng)的使用，為了滿足欠平衡鉆井數(shù)據(jù)采集的需求，科學(xué)地為現(xiàn)場實時監(jiān)測控制“欠平衡”技術(shù)提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]魏納,孟英峰,李皋等.液基全過程欠平衡鉆井停止循環(huán)連續(xù)氣侵井筒瞬態(tài)流動[J].中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2012,36(06).

[2]史懷忠,李根生,王學(xué)杰等.水力脈沖空化射流欠平衡鉆井提高鉆速技術(shù)[J].石油勘探與開發(fā),2010,37(01).

[3]李士斌,竇同偉,董德仁等.欠平衡鉆井井底巖石的應(yīng)力狀態(tài)[J].石油學(xué)報,2011,32(02).