“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)在渤海油田的應(yīng)用

員順勇，秦 鑫

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300457）

中海油田服務(wù)股份有限公司自研的隨鉆測井及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)（簡稱“D+W”系統(tǒng)）可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測井兩條線（伽馬、電阻率）功能，具備6°/30 m 導(dǎo)向能力、近鉆頭井斜、伽馬+電阻率、井斜/方位、井徑/環(huán)空壓力/井下振動測量的作業(yè)能力。

但其在2018年之前，穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸速率只有0.5 bps，嚴(yán)重制約了隨鉆測井工具的升級和擴展。貝克的OnTrak-BCPM2 數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)40 bps，可彌補現(xiàn)有“D+W”系統(tǒng)的不足，極大提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，還可掛接貝克高端測井工具，提升了隨鉆測井服務(wù)的能力。

為了提高“D+W”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，進(jìn)一步完善功能，為作業(yè)者提供更多選擇，中海油服與貝克合作研發(fā)通信短節(jié)（ABC Sub）。ABC Sub 實現(xiàn)了“D+W”系統(tǒng)與OnTrak 系統(tǒng)的機電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、設(shè)備兼容的功能?；ヂ?lián)互通技術(shù)有效提高了“D+W”系統(tǒng)作業(yè)能力，使得“D+W”系統(tǒng)由基本型升級為標(biāo)準(zhǔn)型，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)40 bps，擴展至高端測井項目。從而實現(xiàn)COSL 自主設(shè)備利用率最大化，成為企業(yè)贏得市場競爭能力的重要手段。

本文主要介紹ABC Sub 的基本結(jié)構(gòu)、互聯(lián)互通技術(shù)實施方案及“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)在渤海油田現(xiàn)場的作業(yè)流程，為“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和后期深入研究提供參考。

1 通信短節(jié)實現(xiàn)互聯(lián)互通的原理

1.1 ABC Sub工作原理

ABC Sub（Adapter BHGE COSL）結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括電路板、數(shù)據(jù)讀出口、上端T2扣和下端5-1/2"貫眼扣。ABC Sub 通過改變機械設(shè)計（扣型、流道）轉(zhuǎn)變電氣連接，轉(zhuǎn)換總線協(xié)議，數(shù)據(jù)交換以及系統(tǒng)控制兼容，實現(xiàn)“D+W”系統(tǒng)和貝克OnTrak 系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

圖1 ABC Sub結(jié)構(gòu)圖

1.2 互聯(lián)互通總體方案

互聯(lián)互通項目按照“目標(biāo)完成階段及掛接設(shè)備種類”分為互聯(lián)互通Ⅰ期和互聯(lián)互通Ⅱ期，具體實施方案對比如圖2所示。

圖2 互聯(lián)互通Ⅰ期、Ⅱ期方案分析對比

1.3 技術(shù)方案

通過技術(shù)集成和系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)“D+W”與OnTrak 工具的互聯(lián)互通，主要從機械方案、電氣方案、協(xié)議機制、工具刻度和配置四個方面詳細(xì)介紹ABC Sub 如何實現(xiàn)機電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、設(shè)備兼容的功能。

（1）機械方案

如圖3所示，鉆鋌連接時上端T2扣連接貝克工具，下端5-1/2” 貫眼扣連接COSL 工具。優(yōu)化電路外殼槽分布用來安裝電路板及走線，內(nèi)部流道轉(zhuǎn)換由中空轉(zhuǎn)為環(huán)空。

圖3 ABC Sub機械方案圖

（2）電氣方案

電氣連接方案，上總線-M33總線，實現(xiàn)和貝克儀器連接；下總線-B48總線實現(xiàn)和Welleader 連接（Ⅰ期），Tbus 總線和“D+W”連接（Ⅱ期）。RS485 實現(xiàn)BHGE 和COSL 命令和數(shù)據(jù)的雙向交互。BCPM2渦發(fā)產(chǎn)生33 V 電壓，ABC Sub 將 33 V 電壓轉(zhuǎn)換為48 V 電壓，通過B48或Tbus 總線輸出。

（3）協(xié)議機制

①數(shù)據(jù)采集控制

Ⅰ期：貝克工具由OnTrak 完成，Welleader 工具由RS485轉(zhuǎn)B48板完成；

Ⅱ期：貝克工具由ABC Sub 完成，“D+W”工具由RS485轉(zhuǎn)Tbus 板完成。

②數(shù)據(jù)存儲讀取

Ⅰ期：貝克工具由OnTrak 完成，COSL 工具由Welleader 完成；

Ⅱ期：貝克工具由ABC Sub 完成，COSL 工具由各自儀器自主完成。

③數(shù)據(jù)上傳

Ⅰ期：WelleaderàABC SubàOnTrakàBCPM IIà 地面系統(tǒng)（模擬為AutoTrak）；

Ⅱ期：（Welleader+Drilog）àABC SubàBCPM IIà地面系統(tǒng)。

④指令下傳

Ⅰ期：所有指令下傳的接收由BCPM2 完成，Welleader 模擬為AutoTrak 進(jìn)行響應(yīng)；

Ⅱ期：所有指令下傳的接收由BCPM2完成，通過RS485轉(zhuǎn)TBus 板轉(zhuǎn)發(fā)D+W 指令。

（4）工具刻度和配置

貝克的工具刻度和配置采用貝克軟硬件，COSL的工具刻度和配置采用COSL 軟硬件。

2 “D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)在渤海油田現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 作業(yè)信息

2022年9月，“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)已在渤海油田連續(xù)成功作業(yè)渤海某區(qū)塊3井次，C31S1井、C45H1井、C26H1井。三口井地質(zhì)層位均為東營組，作業(yè)井段均為8.5"，總循環(huán)時間89.5 h，累計進(jìn)尺1 024 m，工具可靠性強，指令下傳成功率高，執(zhí)行效果好，指令方向與每柱實際等效工具面基本吻合。

2.2 主要作業(yè)程序

以C45H1 井為例，工具入出時間為2022 年9 月3日15點15分至2022年9月6日4點，儀器井下時間60.75 h，測量井段2 067~2 380 m。

（1）工具甲板測試

Welleader 使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向測試系統(tǒng)進(jìn)行各項功能測試，發(fā)送指令后，手動查詢合力大小與合力方向是否和發(fā)的指令一致，同時也要觀察3個缸的轉(zhuǎn)速和壓力，觀察電源電流，指令發(fā)成時電源電流一般在2~3 A。測試結(jié)束后，發(fā)指令Ribs off收回肋板。

BCPM2、OnTrak、LithoTrak 使用Advantage 軟件進(jìn)行測試，提前將工具配置和傳輸序列寫入工具，模擬解碼前再使用跨接線連接Welleader，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向測試系統(tǒng)發(fā)送指令，在Advantage 解碼軟件確認(rèn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向參數(shù)是否與發(fā)送指令基本一致。

（2）井口作業(yè)

①組合互聯(lián)互通Ⅰ期鉆具，鉆具組合為：8-1/

2"PDC+6-3/4"Welleader+6-3/4"ABC Sub+6-3/4"BCPM2+6-3/4"OnTrak+6-3/4"LithoTrack+6-3/4"Top Stop+5"NMCSDP。BCPM2 需接在OnTrak 下方，若接在上方，OnTrak 過流保護會導(dǎo)致Welleader 供電不足。

②插電初始化：插電查看各節(jié)點是否通信正常，同步時間，清內(nèi)存。由于Welleader 在TIP 初始化后會出現(xiàn)Steer（0，0%）狀態(tài)，肋板張開，電流過大，導(dǎo)致工具斷電，所以井口盡量不做TIP 初始化，不得已的話，可用Tool Utilities 軟件發(fā)指令收回肋板。

③淺層測試：淺測必須包含一個新的測斜和一個Downlink（發(fā)Ribs Off指令），并查看測井?dāng)?shù)據(jù)、Welleader 是否正常。

④裝源：計算源口位置，在保證源口能提起的情況下，盡量提高配長，以避免對井隊人員造成輻射。

（3）實時解碼

本次作業(yè)首次使用了NRZ 編碼方式（連續(xù)波），傳輸速率3 bps，頻率9 Hz，相對于Advantage Combinatorial（正脈沖）低頻抗干擾能力強，解碼率高?？赏ㄟ^頻譜圖查看信號頻帶范圍6~10 Hz 是否受到干擾，來分析信號質(zhì)量。

（4）指令下傳

使用Downlink Control 軟件進(jìn)行指令下傳，雖然Welleader 模擬為AutoTrak，但只有部分指令可用，主要如下。

①AutoTrak-Steer：對Welleader 設(shè)置導(dǎo)向指令，Steer Direction-導(dǎo)向方向，Steer Force-導(dǎo)向力。

②AutoTrak-Control Method 有3個：Steer Mode、Hold Mode（已改為Back Reaming）、Ribs Off。其中，Steer Mode 是將當(dāng)前指令切換回上一個Steer 指令；Welleader Back Reaming 劃眼指令套用在Hold Mode上，倒劃眼時切到此模式；Welleader 與AutoTrak 的Ribs Off模式功能相同，實現(xiàn)完全收回肋板的狀態(tài)。

（5）隨鉆測井

測井項目為4條線：伽馬、電阻率、中子孔隙度、密度，還可測ECD、PE。通過解碼可實時測井，并跟蹤Welleader 工具狀態(tài)（三缸壓力、力方向、力大?。约敖@頭井斜數(shù)據(jù)，有效進(jìn)行軌跡控制。

（6）儀器出井

儀器出井，拆源，拆電下載內(nèi)存數(shù)據(jù)，完畢后及時處理數(shù)據(jù)，上交最終測井圖和LAS 文件。

3 應(yīng)用效果分析

（1）ABC Sub 功能

①扣型由T2扣BOX 轉(zhuǎn)換至5-1/2"FH PIN；

②BCPM2 渦輪發(fā)電產(chǎn)生的33 V 電壓轉(zhuǎn)換為48 V，為Welleader 供電；

③實現(xiàn)Welleader 與貝克工具的通信，Welleader模擬為AutoTrak 節(jié)點來使用；

④協(xié)議轉(zhuǎn)換，RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換B48、Tbus 協(xié)議；

⑤指令轉(zhuǎn)換，Welleader 充當(dāng)AutoTrak 使用，實現(xiàn)Downlink 轉(zhuǎn)換，BCPM2 識別指令后，通過ABC Sub 傳給Welleader。

（2）互聯(lián)互通技術(shù)

渤?，F(xiàn)場應(yīng)用中成功使用互聯(lián)互通短節(jié)掛接4條線測井工具，未出現(xiàn)通信中斷現(xiàn)象；井底指令下傳成功率高；Welleader 模擬AutoTrak，指令執(zhí)行正確率達(dá)到100%；成功使用主流高速率信號傳輸，測井?dāng)?shù)據(jù)密度高。

（3）“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)

通過互聯(lián)互通技術(shù)彌補“D+W”系統(tǒng)傳輸速率低的短板，將“D+W”系統(tǒng)升級至標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)，并具備高端測井作業(yè)能力。基本能力包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向（造斜率6o/30 m），LWD（伽馬、電阻率、中子、密度），高速傳輸（最高40 bps）；擴展功能包括探邊、聲波、成像、核磁等。渤海連續(xù)三口井現(xiàn)場試驗的成功驗證了“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)的可行性和可操作性。該技術(shù)進(jìn)一步完善了中海油自主工具的服務(wù)鏈條，不僅有效提高了自有設(shè)備利用率，也為自主高速率脈沖發(fā)射裝置的研發(fā)爭取了時間和空間。但目前階段BCPM2需放在OnTrak 下方，工具間無法自由組合的問題有待后期改進(jìn)。

4 結(jié)論與展望

1）通過中海油服油田技術(shù)事業(yè)部與貝克合作研發(fā)的互聯(lián)互通短節(jié)（ABC Sub）實現(xiàn) “D+W”系統(tǒng)和OnTrak 系統(tǒng)之間雙向通信、高速率傳輸、數(shù)據(jù)交互識別、作業(yè)指令下傳等功能，將“D+W”系統(tǒng)由基本型升級為標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)。

2）“D+W”標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)該在渤海油田試驗成功，完全滿足海上鉆井作業(yè)需求，Welleader 工作穩(wěn)定，造斜率滿足需求，OnTrak-BCPM2實時傳輸速率快，解碼成功率高，并具備高端測井作業(yè)能力。

3）互聯(lián)互通技術(shù)實現(xiàn)了自主設(shè)備利用率最大化，擴大了市場占有率，成為企業(yè)贏得市場競爭能力的重要手段。

4）相信未來會有更多的自主高端測井工具進(jìn)行掛接，“D+W”系統(tǒng)將不斷完善，國產(chǎn)儀器的市場占有率將不斷提高，為作業(yè)者提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。