BHI-MWD無線隨鉆測斜儀在頁巖氣的應(yīng)用

摘要：BH I-MWD無線隨鉆測斜儀的結(jié)構(gòu)、工作原理、適應(yīng)工況和信號干擾因素及解決方法。BHI-MWD無線隨鉆測斜儀在四川長寧頁巖氣定向井施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：定向井 BHI-MWD無線隨鉆測斜儀 鉆井液參數(shù) 鉆井泵

在四川長寧頁巖氣寧209H-35-5x井的石油鉆井中，為了快速獲取目標油層的埋深、厚度及分布范圍，提高鉆效，在本井采用BHI-MWD 無線隨鉆測斜儀監(jiān)控井眼軌跡，提高井身質(zhì)量和鉆井速度，確保準確中靶，為后期水平段ATC施工創(chuàng)造良好條件。本井一、二、三開井眼尺寸444.5mm、406.4mm、311.1mm，使用1200 BHI-MWD，為了確保脈沖發(fā)生器正常工作，所以對鉆井液質(zhì)量和泥漿泵有較高的要求。本文會對施工中遇到的一些問題進行展開，來說明儀器信號影響因素和故障分析。

1 BHI-MWD的簡要介紹

1.1 結(jié)構(gòu)

MWD無線隨鉆測量儀器是由地面部分（地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、安全箱、DDU司鉆讀數(shù)器、 泥漿壓力傳感器、泵沖傳感器）、井下部分（MEP/PCD探管、流筒總成、脈沖發(fā)生器、無磁短節(jié)等）及輔助工具、設(shè)備組成。

1.2 工作原理

BH-MWD靠井下轉(zhuǎn)子提供動力。轉(zhuǎn)子與內(nèi)軸藕合，軸底端連接一發(fā)電機，為探管供電：上端連接一液壓泵，為脈沖發(fā)生器提供能量。泥漿在魚頸總成和限流環(huán)與蘑菇頭形成的環(huán)形空內(nèi)流動，當有信號傳遞時，蘑菇頭升起，?！?，然后回到原位，短時的蘑菇頭伸長就產(chǎn)生了正壓力脈沖。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，并傳輸?shù)降孛?，地面?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理，井下儀器所測量的井斜角、方位角和工具面數(shù)據(jù)可以顯示在地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和司鉆讀數(shù)器上，定向井工程師通過顯示出來的數(shù)據(jù)就能夠知道井眼的軌跡。

2 信號傳輸質(zhì)量的主要影響因素

2.1信號傳輸方式

目前MWD信號傳輸一般分為連續(xù)波、正脈沖、負脈沖、電磁波等傳世方式。BHⅡ-MWD的的信號傳輸原理是利用井下儀器串DSP定向探管配合帶有耦合發(fā)電機的脈沖發(fā)射器，把采集到的井下測量參數(shù)通過泥漿產(chǎn)生正脈沖信號發(fā)送到地面經(jīng)過泥漿壓力傳感器把感受到的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)過地面數(shù)據(jù)處理儀對信號進行處理解碼成我們所需要的井眼軌跡參數(shù)。

2.2儀器自身對信號的影響

儀器本身對信號的造成的解碼故障，一般是井下儀器串的配比不合適，造成信號幅值異常的弱小使地面儀器不能正常的解碼，或者是泥漿性能要求突然變化或者井深太深造成信號衰減嚴重，從而使儀器的波形信號受鉆具的活動而受較大影響。

在通常情況下儀器工程師在上井施工之前都會根據(jù)掌握的井隊設(shè)備參數(shù)如：設(shè)計井深、排量、鉆挺內(nèi)徑、鉆頭類型信息來選擇合適的轉(zhuǎn)子、定子、孔板等的大小，是儀器能獲得正常的信號幅值，合適的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，和蘑菇頭合適的承載壓力。

還有一種情況就是地面儀器接電電壓太高或者因為漏電設(shè)施異常變化將造成儀器基礎(chǔ)幅值異常，從而造成儀器解碼故障。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)此種故障原因?qū)斐珊茈[形的麻煩。

2.3信號因外部條件受干擾

2.3.1 井深

井深越大，信號從井底傳至地面的距離就越大，信號的衰減就越大。因此，在深井測量時，根據(jù)現(xiàn)場情況適當提高鉆井液排量，以提高信號強度。

2.3.2鉆井液影響

（1）在有微珠的泥漿中工作。

泥漿中含有微珠，會卡在下軸承套和定子之間，阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。對于帶護蓋的轉(zhuǎn)子，還

會卡在轉(zhuǎn)子護蓋和HOS或沖管的間隙間，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子更難轉(zhuǎn)動。

（2）在有堵漏材料的泥漿中施工

包括中、細核桃殼、各種纖維材料、編織袋、密封材料等。這些材料有可能發(fā)生堵死定子、卡死轉(zhuǎn)子、纏死蘑菇頭、阻止蘑菇頭伸縮等現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器不工作。

（3）泥漿的固相含量高、塑性粘度高

泥漿固相含量高，會導(dǎo)致大量固體物在轉(zhuǎn)子的磁芯里面堆積，最終容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受阻。塑性粘度高，信號衰減厲害，在深井中難以工作。

（4）泥漿比重大于12 PPG（1.45g/cm^3）

泥漿比重高，信號衰減幅度大，在深井中會導(dǎo)致信號檢測困難。

2.3.3鉆井泵

泵在許多方面都可能影響儀器的信號質(zhì)量。例如：刺漏、密封不嚴、上水不好等。要求及時檢查泵的上水情況，若有問題應(yīng)及時修理。在無特殊情況下，嚴禁頻繁開、停泵或交叉換泵，消除干擾信號，確保測量精度。

2.3.4 單彎螺桿噪聲

通常情況下，單彎螺桿的噪聲頻率要比儀器的頻率低很多，是可以被忽略的。但當單彎螺桿突然降速或停止轉(zhuǎn)動時，鉆頭扭矩會劇增，同時立管壓力會增大，導(dǎo)致MWD失去同步信號，無法獲取正確的測量數(shù)據(jù)。因此，在鉆進時盡量要平穩(wěn)加壓，減少壓力突變，確保井眼數(shù)據(jù)測量的準確性。

2.3.5鉆頭水眼特別小

鉆頭水眼特別小，會導(dǎo)致立管壓力很高，這種情況下如果泵上水又不好時，泥漿泵上水時的瞬間會產(chǎn)生很高的壓力信號，高噪音信號往往會覆蓋掉有用信號而導(dǎo)致地面檢測不到信號。

2.3.6泥漿存在氣侵

對于高壓油氣層，泥漿往往會受到氣侵。受到氣侵的泥漿，對信號的衰減特別厲，這時需要在泥漿中加入除泡劑，充分循環(huán)泥漿，直到氣侵排除。

2.3.7嚴重井漏

輕微井漏時，儀器能檢測到信號。嚴重井漏時，儀器檢測信號困難，且井下儀器不安全，

故嚴重井漏時儀器不能下井。

2.3.8赤鐵礦

赤鐵礦作為泥漿加重劑，泥漿比重很高，會增加信號的衰減量，在深井、超深井中施工會影響信號的傳輸，導(dǎo)致信號檢測困難。

3 寧209H35-5X井施工心得及儀器使用情況

寧209H35-5X井由于是大井眼水平井，為保證井下MWD儀器工作正常，所以對鉆井設(shè)備和鉆井液系統(tǒng)要求很高。全井MWD儀器信號不穩(wěn)定，解碼能力很弱，原因在于一二三開井眼為444.5mm、406.4mm、311.1mm尺寸，需使用1200脈沖發(fā)生器。1200脈沖發(fā)生器無法適應(yīng)該鉆井隊的泵和泥漿性能。

一二開初期，由于井段較淺，信號衰減的不是很明顯，處理儀對信號同步頭還可以進行識別。隨著井深的增加，儀器解碼能力更加弱。為了保證定向任務(wù)的順利進行，不能僅僅用掃波的方法進行施工，需找出原因，調(diào)整參數(shù)，使儀器正常穩(wěn)定。首先從儀器自身出發(fā)，觀察儀器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，在確定不是因轉(zhuǎn)子偏磨導(dǎo)致信號減弱。起鉆檢查儀器沒有任何問題，在調(diào)整了蘑菇頭和限流環(huán)的間距，使信號幅值加強，缺還是不能達到自主解碼能力，就需要考慮井隊設(shè)備對儀器的影響。首先觀察了空氣包壓力在規(guī)定范圍，其次觀察水龍帶無明顯跳動，排除了空氣包出問題的可能性。同時得知井隊沒有加重、加藥，對泥漿比重沒有進行調(diào)整，排除了鉆井液性能對儀器的影響。詢問到該井隊是用雙泵打鉆，與技術(shù)員核實了泵的情況后得知，其中一個泵的上水不是很好。因為雙泵打鉆，倘若雙泵參數(shù)不一致，會使泵入的鉆井液排量不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致信號不好。找到了信號不好的一個原因，與井隊溝通后，進行單泵95沖打鉆。此時儀器信號仍舊不強，解碼能力還是不好。無奈只能雙泵繼續(xù)打鉆，開雙泵65沖后，調(diào)整柴油機轉(zhuǎn)速，從1250轉(zhuǎn)調(diào)至1050轉(zhuǎn)后，儀器解碼能力恢復(fù)。

經(jīng)過寧209H35-5X井的施工，發(fā)現(xiàn)1200MWD的施工環(huán)境比650MWD的施工參數(shù)要更加嚴苛，在遇到特殊工況，要適當調(diào)整參數(shù)，使儀器可以正常工作。

參考文獻

[1]石油儀器;2002年07期

[2] 劉國衛(wèi).MWD無線隨鉆測斜儀在鉆井中的應(yīng)用.西部探礦工程，2011.3.

作者簡介：李海楓，1991.01.25，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）電子信息工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于渤海鉆探定向井公司現(xiàn)場測量工作。