電子式直井測(cè)斜儀在渤海油田的應(yīng)用

朱益輝，劉禹銘，蔡玉貴（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452）

電子式直井測(cè)斜儀在渤海油田的應(yīng)用

朱益輝，劉禹銘，蔡玉貴
（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452）

海上油田鉆井作業(yè)過程中對(duì)直井段測(cè)斜時(shí)，傳統(tǒng)單點(diǎn)、多點(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)量滯后，耗時(shí)多；MWD雖可以隨鉆測(cè)斜但價(jià)格昂貴[1]。本文介紹了一種電子式直井測(cè)斜儀，測(cè)量范圍0-20°，測(cè)量精度達(dá)±0.1°，有效克服了傳統(tǒng)測(cè)斜方式的滯后性，降低了作業(yè)成本，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后效果良好，能夠很好滿足直井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)井斜測(cè)量的要求。

電子式；直井測(cè)斜儀；實(shí)時(shí)

隨著海上石油勘探開發(fā)的不斷深入，地層結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，深井、超深井和高溫高壓井不斷增加。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和對(duì)鉆井要求的提高，各種各樣的測(cè)斜儀器相繼出現(xiàn)，如照相式單、多點(diǎn)測(cè)斜儀、電子單點(diǎn)測(cè)斜儀、電子多點(diǎn)測(cè)斜儀、有線隨鉆測(cè)斜儀和無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀等[2-3]。目前海上油田直井段作業(yè)時(shí)，多采用大鐘擺鉆具組合與吊打相結(jié)合，起鉆前投單點(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)斜，該模式存在嚴(yán)重的滯后性，不能及時(shí)根據(jù)井斜變化趨勢(shì)，調(diào)整鉆具組合與鉆進(jìn)參數(shù)，容易導(dǎo)致井斜超標(biāo)，增加了后期作業(yè)的困難。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)困難，中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司研制了一種電子式直井測(cè)斜儀，相比于機(jī)械式直井測(cè)斜儀，該儀器能夠隨鉆測(cè)斜和適應(yīng)高溫高壓環(huán)境要求，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)井斜變化及時(shí)調(diào)整作業(yè)參數(shù)，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，在海上推廣使用后效果良好。

1　工具介紹

1.1結(jié)構(gòu)介紹

圖1　電子式直井測(cè)斜儀井下測(cè)斜短節(jié)結(jié)構(gòu)

電子式直井測(cè)斜儀主要由井下測(cè)斜短節(jié)與地面解碼設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)井斜測(cè)量及數(shù)據(jù)分析。

井下測(cè)斜短節(jié)安裝于短鉆鋌內(nèi)（見圖1），包含扶正翼、電池總成、溶壓機(jī)構(gòu)與閥芯。扶正翼保證井下儀器在鉆鋌內(nèi)居中；電池總成為測(cè)斜探管與溶壓機(jī)構(gòu)供電；溶壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)；閥芯內(nèi)部機(jī)構(gòu)通過改變泥漿流道面積，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。

地面解碼設(shè)備由傳感器、防爆盒與顯示器組成，實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的收集、分析處理及顯示功能，具備一級(jí)防爆要求。

1.2工作原理

停泵時(shí)，測(cè)斜探管內(nèi)重力加速計(jì)傳感器測(cè)量井斜并編碼，電池驅(qū)動(dòng)溶壓機(jī)構(gòu)動(dòng)作，帶動(dòng)閥芯中蘑菇頭上移至最高點(diǎn)；開泵至立管壓力穩(wěn)定后，測(cè)斜探管向溶壓機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制蘑菇頭的二次順序動(dòng)作，通過改變泥漿流道面積，按編碼規(guī)定的時(shí)間間隔產(chǎn)生負(fù)壓脈沖，立管壓力傳感器接收脈沖信號(hào)，地面設(shè)備解碼并顯示井斜數(shù)據(jù)。

圖2　電子式直井測(cè)斜儀測(cè)斜曲線

2　現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

1）連接地面設(shè)備：連接傳感器、防爆盒、顯示器，并檢查電源及信號(hào)線路是否正常。

2）地面組裝測(cè)斜儀器：激活儀器電池，連接儀器閥芯與扶正翼，將測(cè)斜短節(jié)裝入8"的短鉆鋌內(nèi)。

3）組合鉆具組合：測(cè)斜儀器本體為1.5m長(zhǎng)短鉆鋌，連接至鉆具組合近鉆頭位置。

4）地面測(cè)試：

（1）開泵至測(cè)量排量2 200L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速30r/min，保持2min，激活電池；

（2）停轉(zhuǎn)停泵，靜止1min，測(cè)斜探管測(cè)斜，蘑菇頭移動(dòng)到位；

（3）開泵至測(cè)量排量2 200L/min，讀取井斜數(shù)據(jù)，信號(hào)正常，下鉆。

5）正常鉆進(jìn)過程中測(cè)斜：接完立柱開泵至測(cè)量排量2 200L/min，讀取井斜數(shù)據(jù)，開泵至鉆井排量繼續(xù)鉆進(jìn)。

6）起鉆甩儀器，關(guān)閉電池。

3　關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

借鑒懸掛式MWD工作原理，巧妙的與井下浮閥結(jié)合：電子式直井測(cè)斜儀利用重力加速度計(jì)傳感器測(cè)量井斜數(shù)據(jù)，將脈沖發(fā)生器與浮閥相結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)了脈沖信號(hào)的發(fā)生，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了浮閥內(nèi)防噴的功能，簡(jiǎn)化了井下工具結(jié)構(gòu)。

創(chuàng)新編碼模式，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕弘娮邮街本疁y(cè)斜儀只傳遞井斜數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸量小，儀器采用一種簡(jiǎn)化編碼模式，減少了儀器耗電量，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩ＷC了數(shù)據(jù)的可靠性。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

4.1井身參數(shù)及測(cè)斜數(shù)據(jù)

本文選取渤海油田渤中區(qū)塊BZ27-2-2井為例，對(duì)比分析電子式直井測(cè)斜儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　電子式直井測(cè)斜儀技術(shù)參數(shù)

表2　井身結(jié)構(gòu)表

該井Φ311.2mm井段1 700m，根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，該井段地層易傾斜，機(jī)械鉆速低，為提高作業(yè)效率，同時(shí)防止井斜超標(biāo)，本井采用電子式直井測(cè)斜儀隨鉆跟蹤井斜，實(shí)時(shí)監(jiān)控。井斜隨井深變化曲線如圖3所示：

圖3　BZ27-2-2井井斜隨井深變化曲線

本井段第一趟鉆具組合：Φ311.2mm PDC鉆頭+Φ244.5 mm PDM（直馬達(dá)，無(wú)扶扶正翼）+Φ203.2mm鉆鋌1根+ Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井測(cè)斜儀+Φ203.2mm鉆鋌1根+浮閥接頭+Φ308mm扶正器+Φ203.2mm鉆鋌5根+撓性接頭+Φ203.2mm機(jī)械震擊器+Φ127mm加重鉆桿14根+ Φ127mm鉆桿，該鉆具組合為常規(guī)鐘擺鉆具組合，具有吊打降斜作用，但不能穩(wěn)斜，作業(yè)過程中為了提高機(jī)械鉆速，增加鉆壓，從圖3看出井斜迅速增加，為避免井斜超標(biāo)，鉆進(jìn)至2 506m后現(xiàn)場(chǎng)決定起鉆更換鉆具組合。

本井段第二趟鉆具組合：Φ311.2mm PDC鉆頭+Φ244.5 mm PDM（0.75°彎角，305mm扶正翼）+Φ228.6mm短鉆鋌1根+Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井測(cè)斜儀+浮閥接頭+Φ203.2mm鉆鋌5根+撓性接頭+Φ203.2mm機(jī)械震擊器+ Φ127mm加重鉆桿14根+Φ127mm鉆桿，該鉆具組合為高陡防斜鉆具組合，對(duì)鉆壓不敏感，從圖3看出，更換鉆具組合后，井斜有整體下降趨勢(shì)。

本次作業(yè)過程中在電子式隨鉆測(cè)斜儀的監(jiān)控下，發(fā)現(xiàn)井斜增加趨勢(shì)，及時(shí)更換鉆具組合，既保證了井斜質(zhì)量要求，又提高了后續(xù)作業(yè)效率。

4.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析

圖4　隨鉆數(shù)據(jù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比

從圖4看出，隨鉆測(cè)斜儀測(cè)量數(shù)據(jù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)接近，主要誤差集中于2 400-2 700m之間，該井段為館陶組，作業(yè)中存在起下鉆困難，起下鉆過程中頻繁劃眼，改變了原始井斜，導(dǎo)致了兩者差值增加。同時(shí)，第二趟鉆具組合中帶彎角馬達(dá)影響了鉆柱的居中性，導(dǎo)致測(cè)斜數(shù)據(jù)有一定波動(dòng)。

4.3提速效果分析

選取鄰井BZ27-2-1井對(duì)比，兩井距離較近，地層相似，泥漿相同，鉆具組合相同，對(duì)比兩井作業(yè)參數(shù)。

表3　BZ27-2-1井與BZ27-2-2井參數(shù)對(duì)比

通過上面兩井對(duì)比數(shù)據(jù)可以明顯看出，在相同井段使用了隨鉆測(cè)斜儀的BZ27-2-2井鉆壓可以根據(jù)井斜調(diào)整，平均機(jī)械鉆速高于鄰井BZ27-2-1井。

5　結(jié)論及建議

綜合本次作業(yè)情況，所測(cè)得的井斜數(shù)據(jù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)基本吻合，相比于傳統(tǒng)測(cè)斜方式具備以下特點(diǎn)：

1）工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，入井儀器只是一根短鉆鋌，組合鉆具方便；

2）地面設(shè)備均為防爆裝置；

3）實(shí)時(shí)了解井底井斜，從而及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)或更改鉆具組合，提高機(jī)械鉆速，避免井斜超標(biāo)；

4）相比于單點(diǎn)測(cè)斜儀的滯后性，隨鉆測(cè)斜儀具備實(shí)時(shí)測(cè)斜，節(jié)約時(shí)間，對(duì)鉆進(jìn)過程有了更好的掌控，從而提高效率，節(jié)約成本。

[1] 袁磊.電子式隨鉆測(cè)斜儀器的研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2013，（7）：78-81.

[2] 桂德洙.淺談鉆井測(cè)斜儀[D].石油鉆采工藝，1999，（5）：45-49.

[3] 王若.隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展史[D].石油儀器，2001，（2）：5-7，15.

Application of Electronic Vertical Inclinometer in Bohai Offshore Oilfield

Zhu Yi-hui，Liu Yu-ming，Cai Yu-gui

We need to measure the inclination of vertical section while drilling at offshore oilfield.The traditional measurement of electronic single/multiple point inclinometer has the disadvantage of lag and time wasting.MWD can measure while drilling but it's expensive.This passage introduces an electronic vertical inclinometer，the measuring range is 0-20 degree and measurement precision can reach plus and minus o.1 degree.The inclinometer overcomes the lagging of traditional inclination survey method effectively.At the same time，save operation cost.Excellent results have been achieved in its practical application.It can well meet the requirements of measuring inclination in vertical wells.

electronic；vertical inclinometer；real time

TE927.9

B

1003-6490（2016）03-0044-02

2016-03-02

中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司科研項(xiàng)目《電子式隨鉆直井測(cè)斜儀研制》GCJSLZBG-1403。

朱益輝（1965—），男，湖南益陽(yáng)人，工程師，主要從事鉆完井工具研究工作。