MWD磁干擾的判斷和矯正

商森 連世鑫

中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心 新疆 巴音郭楞 841600

目前鉆井工藝多以定向井為主。軌跡控制的隨鉆測量（MWD）也成了鉆井中常用的工具，用來獲取井斜、方位等。不同的MWD儀器有著不同的測量精度，這不僅與儀器的質(zhì)量有關(guān)系，還與MWD測量時所處的外在環(huán)境因素（如磁場強度）有著直接的關(guān)系。因此，在鉆進過程中如何時MWD、隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向（LWD）等磁性傳感器不受外在磁性的干擾，就成了工作中經(jīng)常面對的問題。我們這里對如何辨別MWD受到磁性的干擾和收到干擾時，如何矯正做了簡單的闡述[1]。

1 MWD 磁干擾的原因分析

MWD受到的磁干擾有很多種情況：（1）無磁環(huán)境不夠或無磁環(huán)境被磁化；（2）地層巖性中含磁性礦物，如玄武巖；（3）鉆井液中含磁性添加劑；（4）地層存在鐵質(zhì)工具干擾，如鄰井套管，大型從式井組的表套，井下落魚等等[2]。

2 MWD 磁干擾的判斷方法

現(xiàn)在最簡單的判斷是否存在磁干擾的方法，是把本地的磁場強度大小和井下儀器測量得出磁場強度相比較，如果兩者數(shù)值接近，則說明無磁干擾；如果差別較大，說明井下存在磁干擾。大部分磁干擾來自鄰井套管、儀器本身出現(xiàn)問題、無磁環(huán)境受到破壞。用這種比較簡單的方法在平時來判斷是否有磁干擾，一般可滿足鉆井需要[3]。

首先地球磁場是一個矢量，MWD的工作原理，是通過探管內(nèi)的磁力傳感器測量得三個方向（用X、Y、Z表示3個方向）在磁場中的強度。測得的磁場強度用Bx、By、Bz表示，Bt表示當(dāng)?shù)氐拇艌鰪姸?。他?者的關(guān)系圖1和圖2。

圖1 MWD磁通門傳感器測量方向示意圖

圖2 X、Y、Z軸地磁場強度示意圖

圖1中，X、Y軸分別代表探管的徑向方向，而Z軸則代表探管的軸向方向。

圖2根據(jù)矢量的平行司邊行法則有：

Boxy =（Bx2+ By2）1/2

式中：Bx、By為探管在磁場徑向方向得強度；Bz為探管在磁場軸向方向的強度。不難發(fā)現(xiàn)Boxy不僅是Bx和By的矢量和而且還是Bt的分量。

經(jīng)計算得到的Boxy是探管在磁場中的徑向合力，當(dāng)受到磁場干擾，Boxy就會出現(xiàn)變化。Bz則反應(yīng)著探管在磁場中軸向方向的變化，如果探管的無磁環(huán)境受到破壞，鉆具被磁化，鉆具上下的就會出現(xiàn)磁干擾，Bz的值就會出現(xiàn)變化。因此在定向鉆井過程中，在穩(wěn)斜井段，上下測點的井斜角和方位角應(yīng)基本一致，若出現(xiàn)當(dāng)前測點的Boxy和Bz較大偏差說明有磁性干擾，具體分2種情況：

（1）當(dāng)鉆井鉆進至穩(wěn)斜段時，在之前的Boxy和Bz都是正常測得的結(jié)果的情況下，最新測得的Boxy和Bz出現(xiàn)變化。如果Boxy數(shù)值相近，而Bz差別很多大，則說明軸向方向的磁性干擾很嚴(yán)重，有可能是無磁環(huán)境不足，無磁鉆具被磁化、無磁鉆具破損等。如果Bz數(shù)值相近，而Boxy差別很多則說明，怎么說明干擾來自探管的徑向方向，比如，別如儀器損壞、玄武巖底層、或者鄰近套管干擾等[4]。

（2）若沒有之前測點得Boxy和Bz數(shù)據(jù)，可以根據(jù)設(shè)計中磁場強度和地磁傾角，和隨便一個測點的井斜方位，通過公式計算出Boxy和Bz，然后在和異常測點所測出的Boxy還有Bz進行比較來得到我們想要的結(jié)果。

依據(jù)圖3通過公式推導(dǎo)總磁場強 Bt如圖 2所示：

圖3 井眼方向與磁場方向夾角示意圖

上述過程是在有井眼數(shù)據(jù)和知道該井的磁場強度的情況下，計算出Boxy和Bz，來分和測得的數(shù)值比較爾得干擾結(jié)果得。

在直井段時：

不論是直井段還是穩(wěn)斜段，都可以用此法，計算并且判斷干擾源。

3 矯正磁干擾

MWD得工作需要一個穩(wěn)定的無磁環(huán)境，由無磁承壓、無磁懸掛、無磁鉆鋌、無磁變徑接頭等提供。在實際鉆進過程中無磁鉆具在地磁作用下緩慢磁化。通過Russell研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)無磁鉆具長度大于3.05m時，徑向磁干擾可忽略不計。無磁鉆具大都是鉻鎳合金制成的，除次之外還有鉻錳、敏銅等材質(zhì)無磁鉆具，由于材質(zhì)不均，局部會出現(xiàn)剩磁和感應(yīng)磁，俗稱磁熱點[5]。

3.1 校正徑向磁干擾

VanDongen曾提出通過旋轉(zhuǎn)360°鉆具，通過比較來確定是否存在徑向干擾。如圖4，當(dāng)鉆具在同一位置時，測量儀器沿鉆具方向旋轉(zhuǎn)，若無徑向磁干擾，測得隨機2個Bx和By讀數(shù)滿足公式Bx2+By2=H，H是定值；有徑向磁干擾時，磁熱點對徑向干擾是定值，鉆具相對探管固定，可得到（Bx-Mx）2+（By-My）2=H。把Bx，By放在直角坐標(biāo)系中，可得在徑向干擾下，Bx，By關(guān)系為偏心圓。

圖4 測量儀器鉆具內(nèi)受徑向干擾示意圖

矯正徑向磁干擾后的磁通門讀數(shù)為：

3.2 軸向磁干擾的解決方法

MWD測量數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，參考以下指標(biāo)：三個重力加速度計的矢量和、三個磁通門傳感器的矢 量和。依據(jù)測量數(shù)據(jù)求取矢量和，若測量值在0.997～1.003 G內(nèi)，說明重力分量準(zhǔn)確，若數(shù)值與當(dāng)?shù)氐卮艌鰪姸日`差在-0.02～0.02以內(nèi)，說明磁力分量準(zhǔn)確。

井身軌跡參數(shù)由下式求得

上式中，gx、gy、gz和Bx、By、Bz分別為重力分量和磁場分量ФG為重力工具面角，ФM為磁力工具面角。φ為方位角。

哈里伯頓公司的MWD提供了一種校正軸向磁干擾的短鉆鋌測量方式，在實際施工過程中，若無磁鉆具長度不滿足儀器需求，可選擇短鉆鋌測量方式，以期能夠校正軸向磁干擾引起的方位角不準(zhǔn)確的問題。

具體測量方法如下：利用設(shè)計中當(dāng)?shù)卮艌鰪姸菳t、磁傾角θ、測得的三個重力分量和它們之間的幾何關(guān)系來計算軸向磁力分量Bzc，將上述數(shù)據(jù)代入下式（9）得到9初始軸向磁力分量Bzc；將計算得到的初始磁力分量 Bzc 代入式（10）中，會得到新的方位角φc ，而此次的φc 也是不準(zhǔn)確的，繼續(xù)將其代入式（9）計算得到新的Bzc，然后在代入式（10）；當(dāng)連續(xù)兩次計算得到的φc 相差較小時，可以認為就是真實φc，循環(huán)迭代結(jié)束。

4 實例分析

某定向鉆井過程中，在施工穩(wěn)斜段時，上段井眼測得井斜角、方位角基本一致，沒有太大變化，所測得的Boxy和Bz值也基本一致，Bz=-0.340，Boxy=0.814說明儀器正常無磁干擾發(fā)生。但是當(dāng)鉆進至3156m時，所測得方位角突然減小較多，由于在此之前一直以復(fù)合方式進行鉆進，方位角不應(yīng)該發(fā)生如此大變化，故重新復(fù)測，結(jié)果依然一樣，認為存在磁干擾。對比測得的Bz和Boxy值，其中，Bz=-0.342，Boxy=1.124發(fā)現(xiàn)Boxy發(fā)生較大變化，存在徑向磁干擾。在確認防碰和鉆井液不存在問題后，認為地層原因引起的磁干擾，與地質(zhì)錄井進行了確認，經(jīng)過鄰井對比及巖屑分析，確認進入玄武巖地層。

5 結(jié)束語

（1）M磁場的干擾會極大的影響到MWD測斜儀，測得數(shù)據(jù)會和真實值有狠大的差別，造成很嚴(yán)重的后果，我們要盡力避免這種情況的發(fā)生。

（2）本文的定性和定量兩個方面的分析結(jié)果，可以為現(xiàn)場施工人員提供判斷是否存在磁干擾以及磁干擾來源的手段。

（3）引起MWD磁干擾的因素很多，在進行軸向磁干擾校正時，需要首先進行判斷磁干擾的來源，確定徑向不存在磁干擾，才能夠采用文中的方法。

（4）由于無磁環(huán)境不夠，而引起的軸向磁干擾問題，利用短鉆鋌測量方式能夠有效的進行校正，其結(jié)果具有一定的可靠性。