近钻头测量技术国内外应用研究

近钻头测量技术国内外应用研究

袁磊

中石化石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东东营， 257200

摘要：针对涪陵区快地质特征，三开采用常规的LWD随钻检测已经无法满足钻井需求，测量盲区15m左右，对龙马溪组目的层穿行带来很大的潜在危险，基于以上问题，需借助无线随钻测量仪器。本文着重介绍性价比较高的近钻头测量技术，能够测量钻头附近地层的地质参数和井眼的工程参数,确保井眼能准确命中储层并穿行于储层中有利于油气开采的最佳位置,实现真正意义的地质导向,从而提高砂岩钻遇率。

关键字：LWD；近钻头测量；地质导向；龙马溪组；钻遇率

0引言

自20世纪90年代初开始，随着随钻测量技术的发展，世界钻井技术进入了信息化，自动化，智能化的快速发展新时期。人们希望更加准确并实时了解井下工作情况，然而如何将井下近钻头数据发送到地面是一个难题。针对这一问题，本文对国内外关于无线传输的现状和发展进行了充分调研和说明。本文着重介绍近钻头测量技术的各种测量系统，测量短节结构，以及测量的数据传输方式。

1国外发展现状

1929年第一项随钻测量专利诞生。1930年电缆传输的随钻电阻率测井运用在了实际测井作业中。1996年俄罗斯和日本相继研制并成功的实现了随钻系统的井下作业。Sperry-Sun公司的Solar175TM高温随钻测量系统，以在高达175℃的温度下准确测量各种所需的参数，实现远距离的传输,当然175℃并不是此套设备所能承受的最高温，要不超过200℃，备都可以正常运行。

2000年由美国能源部支撑的一家公司成功研制出了利用电磁感应原理传输数据的智能钻杆系统，传输速度能达到极高的要求。2002年8月，伦贝谢公司用其新的SlimPulse回收式MWD系统摆平了深水平井工作时所面临的高温和高压两大问题，实现了水平钻进184m的世界纪录。2009年，Baker-HughesINTEQ公司的NaviGatorTM地址导航系统主要由动地钻具，钻头传感器组合以及与上部仪器链接的接头共同组成，以提供近钻头井斜、电阻率、伽马等参数。

近钻头测量技术是国际钻井界于20世纪90年代发展起来的一项钻井高新技术,体现了现代钻井技术与测井、油藏工程技术的结合。首先是Schlumberger公司于1993年推出了IDEAL系统,随后的十年间,近钻头地质导向系统发展非常迅速,测点距井底的距离也是越来越近。Schlumberger公司的地质导向IDEAL系统配置了近钻头井斜、伽马和电阻率三种近钻头参数,参数测点距井底距离1.5m～2.5m。BakerHughes公司Navigator-TM系统配置了井斜和伽马两个参数,测点距井底2.5m～3.2m。Halliburton公司的Geo-Pilot系统配置了井斜和伽马两个近钻头参数,近钻头井斜测点距井底1.35m,近钻头伽马测点距井底2.25m。

2国内发展现状

1997年，西南石油学院石油系的教授研究并制造出了扭矩随钻遥测系统。能够显示方钻杆的扭矩及钻具的悬重和钻压，之后石油大学（华东）发明了一种实用性很强的钻柱测量短节可以测量的参数有多达九个。胜利石油下属的研究院从1997年就开始研制无线随钻测量的技术，过工程师几年来的不懈努力，于在2010年研制出了机械式无线随钻测斜仪，取得了国家发明专利，仪器由井下的采集发射设备和井上的接收处理系统所组成，井下仪器被用做于测量井壁斜度以及产生信号脉冲，面的信号接收装置就用于接收信号脉冲，据接收到信号脉冲来计算出井斜角。2007年11月，“CGDS-I”近钻头地质导向钻进系统‖诞生，套系统是国内第一套具有自主知识产权的地质导向钻进系统。在国内，系统已经获得了5项发明专利和3项实用型新专利，在我国随钻测量技术及装备研发的历史上是具有重大意义的。2011年，胜利定向井公司设计出了地质导向仪，用电磁波的方式传输数据，它有两种参数组合方式：定向参数+电阻率+伽马以及定向参数+中子孔隙度+电阻率+密度+伽马。

大庆钻井院从2007年开始近钻头地质导向系统的研发,历经三年的努力攻关,攻克了7项关键技术,取得了五项创新,成功地研制了一套井斜、方位伽马和方位电阻率三参数测点均小于1m(井斜0.88m、方位伽马0.93m、方位电阻率0.98m)的DQNBMS-Ⅰ型近钻头地质导向系统,并形成一套该系统的测量工艺技术。目前该系统已进行了6口井的现场试验,其中3口井取得了一定的效果,系统测量数据准确,利用近钻头数据提高了井眼轨迹控制精度,砂岩钻遇率较同区块常规LWD所钻水平井提高15%。通过试验表明,研制的DQNBMS-Ⅰ型近钻头地质导向系统具备了推广应用的条件。

3Pathefinder近钻头地质导向钻井技术

1）组成结构

入井钻具组合为：钻头＋PZIG下短节（测量短节）＋单弯螺杆＋浮阀＋PZIG上短节（接收短节）＋变扣接头＋常规MWD/LWD组件＋无磁承压钻杆＋加重钻杆＋钻杆。

2）特点

（1）将常规LWD导向时的测量盲区从13~17m缩短至1m以内，可以及时调整井眼轨迹。当系统测点<1.0m时，可提前发现层边界，及时调整，避免出层。

（2）近钻头测量装置的动态数据误差<5%。参数准确可靠，曲线重合率高，可精确判断地层，可定量及定性判断优质小层。

（3）存储和测量能力较强，可以实时测得11项参数，以辅助判断工具在井筒中的工作状态。不仅可以保证施工的技术需求，确保钻进过程中井下工具的安全；同时可以将所有数据存储在仪器中，待服务结束后在地面返演，重现整个钻探过程。

4近钻头CGDS-LWD系统

1）组成结构

CGDS-LWD近钻头地质导向钻井系统由测传马达、无线接收系统、MWD正脉冲无线随钻测量系统和地面信息处理与导向决策软件系统组成。

2）工作原理

测传马达中的近钻头测传短节可测量钻头电阻率、方位电阻率、方位伽马、井斜、温度等参数。用电磁波短传方式把近钻头测量参数传至位于旁通阀上方的无线短传接收系统。无线接收系统上与MWD连接,下与测传马达连接。接收由马达下方无线短传发射线圈发射的电磁波信号,由上数据连接总成将短传数据融入MWD系统。MWD正脉冲无线随钻测量系统包括MWD井下仪器和MWD地面设备。二者通过钻柱内泥浆通道中的压力脉冲信号进行通信,并协调工作,实现钻井过中井下工具的状态、井下工况及有关测量参数(包括井斜、方位、工具面等定向参数,伽马、电阻率等地质参数,及钻压、扭矩等其他工程参数)的实时监测。地面应用软件系统可对钻井过程中实时上传的近钻头电阻率、自然伽马等地质参数进行处理和分析,从而对新钻地层性质做出解释和判断,并对待钻地层进行导向模拟,再根据实时上传的工程参数,对井眼轨道做出必要的调整设计,进行决策和随钻控制,由此可提高探井、开发井的油层钻遇率和钻井成功率。

4结论

近钻头地质导向钻井系统测井信息具有优势：不占用钻机时间，减少了裸眼井操作时间及操作程序而增加了安全系数，节约了钻井成本改善了对地层、储层的评估效果；实时采集井下地层息，准确及时反映地下真实物性，与录井资料相结合完成实时地层评价，对地层划分更合理，对储层孔隙度，流体类型的判别更科学等特点。

参考文献

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