座鍵式LWD 循環(huán)套技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用

楊曉峰

(中國(guó)石油集團(tuán)油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司 遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引 言

隨鉆測(cè)井系統(tǒng)LWD(Logging While Drilling)是在隨鉆測(cè)量系統(tǒng)MWD(Measuring While Drilling)上發(fā)展起來(lái)的一種功能更齊全，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。LWD因?yàn)橥瑫r(shí)能提供定向參數(shù)和測(cè)井曲線(xiàn)，應(yīng)用更加廣泛，實(shí)時(shí)決策能力更強(qiáng)。而LWD 儀器的信號(hào)傳輸依賴(lài)于探管和泥漿脈沖發(fā)生器，并且很多儀器采用的是正脈沖座鍵式［1］。脈沖探管主要將傳感器測(cè)得的井下參數(shù)按照一定的方式進(jìn)行編碼，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)控制脈沖發(fā)生器伺服閥閥頭的運(yùn)動(dòng)，利用循環(huán)的泥漿使主閥閥頭產(chǎn)生同步的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)就導(dǎo)致了主閥閥頭與下面的限流環(huán)之間的泥漿流通面積發(fā)生變化，進(jìn)而使得泥漿壓力有規(guī)律地波動(dòng)。施工中我們通過(guò)選擇主閥閥頭的外徑和限流環(huán)的內(nèi)徑尺寸來(lái)控制信號(hào)強(qiáng)弱，因?yàn)橄蘖鳝h(huán)裝在定位循環(huán)套里面，所以循環(huán)套的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)合適與否，直接決定了LWD 儀器入井后儀器是否有信號(hào)，以及信號(hào)的強(qiáng)弱［2］。

1 原廠LWD 循環(huán)套的技術(shù)缺陷

1.1 限流環(huán)存在掉落的風(fēng)險(xiǎn)

原廠的循環(huán)套采用的是雙卡簧設(shè)計(jì)，限流環(huán)是“下部裝入”的方式。限流環(huán)首先裝進(jìn)一個(gè)銅套筒里，然后下部以卡簧固定;之后銅套筒再裝到循環(huán)套的里面，下部再以卡簧固定。如圖1、圖2 所示，由于泥漿對(duì)循環(huán)套進(jìn)行正面的沖刷，卡簧存在一定程度的沖蝕，如果限流環(huán)卡簧損壞，則會(huì)導(dǎo)致限流環(huán)下沉，那么引斜的主閥頭和限流環(huán)的相對(duì)位置改變，可能導(dǎo)致信號(hào)變?nèi)趸蛘吒纱酂o(wú)信號(hào);如果銅套筒的卡簧損壞，銅套筒下沉或者掉到循環(huán)套外，同樣導(dǎo)致儀器沒(méi)有信號(hào)，嚴(yán)重的時(shí)候如果銅套筒落到下部電阻率和伽馬接頭處，還容易造成伽馬接頭被砸壞，那么損失更大。曾經(jīng)我們?cè)谝豢谠O(shè)計(jì)4 000 m的深井中使用LWD 儀器，因?yàn)闊o(wú)信號(hào)起鉆，發(fā)現(xiàn)限流環(huán)卡簧損壞了，我們不得不把LWD 甩到地面，用工具取出循環(huán)套，然后再進(jìn)行維修，這不僅步驟復(fù)雜，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力［3］。

圖1 原廠循環(huán)套銅套筒結(jié)構(gòu)圖

圖2 原廠循環(huán)套下部結(jié)構(gòu)圖

1.2 信號(hào)強(qiáng)度抗干擾能力差

在6 in(1in=25.4 mm)井眼中，我們通常使用的循環(huán)套規(guī)格為79 mm 循環(huán)套。在鉆進(jìn)過(guò)程中，排量一般為800 L/min，泵壓17 MPa ～19 MPa。為了提高儀器的信號(hào)強(qiáng)度，我們能夠選擇的原廠最小的限流環(huán)規(guī)格為Φ32.5 mm，主閥芯最大規(guī)格Φ28.5 mm，到底以后信號(hào)強(qiáng)度基本上在80 kPa ～150 kPa，抗干擾能力很差。一旦遇到螺桿憋壓或者泥漿泵噪音高，立管壓力稍有波動(dòng)，泵噪音和儀器信號(hào)混淆在一起，導(dǎo)致地面設(shè)備不解碼，信號(hào)質(zhì)量、可信度、解碼率連50%都達(dá)不到(見(jiàn)圖3)，導(dǎo)致儀器和定向施工非常困難，嚴(yán)重影響了儀器的入井成功率。這時(shí)只能人為地倒泵或者停泵重開(kāi)重新進(jìn)行同步，浪費(fèi)了寶貴的鉆進(jìn)時(shí)間［4］。特別在小井眼(例如6 in 井眼)長(zhǎng)水平段的鉆進(jìn)中，漏涌同層，鉆井監(jiān)督需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件頻繁地調(diào)整泥漿的性能，有時(shí)候排量降到700 L/min，給儀器的正常施工提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

圖3 泵噪音導(dǎo)致原循環(huán)套儀器入井解碼困難

2 LWD 循環(huán)套的技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用

2.1 循環(huán)套限流環(huán)的技術(shù)改進(jìn)

針對(duì)LWD 原廠循環(huán)套存在卡簧失效的難點(diǎn)，我們對(duì)循環(huán)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。改進(jìn)型循環(huán)套限流環(huán)采取的是“上部裝入”的方式，限流環(huán)下部有穩(wěn)定的臺(tái)階支撐，這樣就很好地解決了限流環(huán)下沉的風(fēng)險(xiǎn)［5］。同時(shí)，對(duì)改進(jìn)型循環(huán)套進(jìn)行脈沖發(fā)生器座鍵試驗(yàn)，保證主閥芯和限流環(huán)配合良好。限流環(huán)本體外部設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)槽，同時(shí)循環(huán)套本體上設(shè)計(jì)三個(gè)螺絲孔，然后以三個(gè)螺絲對(duì)限流環(huán)進(jìn)行固定。循環(huán)套安裝到LWD 里面也很簡(jiǎn)單方便，極大地提高了儀器的穩(wěn)定性和可操作性。

2.2 優(yōu)化限流環(huán)/主閥芯配合關(guān)系

想要得到更高的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)抑制泵的噪音，就必須減小泥漿在限流環(huán)處的過(guò)流面積。在泥漿的排量一定的情況下，儀器的信號(hào)強(qiáng)度與限流環(huán)和主閥芯的配比關(guān)系成正相關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，我們將限流環(huán)內(nèi)徑重新設(shè)計(jì)為Φ30.6 mm，這樣主閥芯尺寸為Φ27.6 mm，同樣在6 in井眼，800 L/min 的排量下，信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到70 psi，如圖4所示。這樣，無(wú)論在定向還是復(fù)合鉆進(jìn)，或者上下活動(dòng)鉆具以及正倒劃眼，泵噪音雖高達(dá)25 psi 左右，卻依然處于脈沖信號(hào)的強(qiáng)度之下，對(duì)儀器的解碼影響非常小，基本上做到“無(wú)人值守”，極大地提高了時(shí)效。

圖4 改進(jìn)型循環(huán)套儀器信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)

3 結(jié) 論

1)改進(jìn)型循環(huán)套徹底地解決了限流環(huán)掉落的難題，大大提高了儀器的入井成功率。

2)通過(guò)優(yōu)化限流環(huán)和主閥芯的配比組合，提高了信號(hào)強(qiáng)度，抑制了信號(hào)干擾。

3)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐，證明了改進(jìn)循環(huán)套有效地保證了儀器的正常工作，這對(duì)于加快定井施工，保證井下安全具有重要意義。

［1］王 宇.遼河古潛山欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2004，11(11):61 -62.

［2］楊曉峰.CPR 隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在薄油層中的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2011，18(2):129 -131.

［3］高 成. 水平井在杜84 斷塊超稠油開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)研究［J］.特種油氣藏，2002，9(6):47.

［4］任志杰.中曲率水平井入靶設(shè)計(jì)與控制技術(shù)［J］.特種油氣藏，2006，13(5):82.

［5］楊曉峰.伊朗Azadegan 油田AZNN -004 水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策［J］.特種油氣藏，2012，19(1):127 -130.