摘要介紹了利用國(guó)產(chǎn)無(wú)線隨鉆對(duì)冀東油田海上定向井進(jìn)行軌跡控制，針對(duì)儀器在現(xiàn)場(chǎng)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并給出了技術(shù)對(duì)策。制定出了一套滿(mǎn)足該地區(qū)定向井施工的儀器操作規(guī)程，可以替代進(jìn)口無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀，降低了鉆井成本，應(yīng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞無(wú)線隨鉆(MWD);定向井;導(dǎo)向鉆井;井眼軌跡;鉆井參數(shù);鉆井液;鉆井平臺(tái);南堡油田

中圖分類(lèi)號(hào)TE243文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)121-0026-02

冀東油田灘海區(qū)域位于渤海灣北部，南堡區(qū)塊為于黃驊坳陷南堡凹陷，地層發(fā)育，巖性復(fù)雜。根據(jù)《冀東探區(qū)第三次油氣資源評(píng)價(jià)》結(jié)果，南堡地區(qū)油氣資源比較豐富，開(kāi)發(fā)前景良好，為了加快冀東油田灘?？碧介_(kāi)發(fā)，冀東油田決定對(duì)黃驊坳陷南堡凹陷南堡1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)構(gòu)造高部位陸續(xù)進(jìn)行鉆探，由于該區(qū)快處于灘海區(qū)域，水深約為1.5米高潮最大達(dá)到3m以上，潮差1.5m左右，受潮水限制鉆井平臺(tái)很難到達(dá)設(shè)計(jì)井位。因此，大多數(shù)探井設(shè)計(jì)為兩靶或三靶大位移五段制定向井，給軌跡控制和中靶精度造成了很大的難度，于是我們選用了國(guó)內(nèi)某公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀，既保證了井身質(zhì)量，又滿(mǎn)足了甲方早發(fā)現(xiàn)油氣層的勘探目的。

1MWD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理

1.1MWD儀器構(gòu)成

MWD無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器主要由三部分組成:(1)井下信息測(cè)量系統(tǒng)完成對(duì)鉆具數(shù)據(jù)(測(cè)量點(diǎn)的井斜、方位、工具面、磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度)的采集和處理;(2)泥漿脈沖信號(hào)傳輸系統(tǒng)(正脈沖傳輸方式)，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)泥漿傳輸至地面;(3)地面計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)是把由井下脈沖發(fā)生器傳上來(lái)的壓力信號(hào)(約0.5-1MPa)從立管壓力中解讀出來(lái)，并完成處理和傳輸顯示功能。

1.2MWD儀器工作原理

MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀是在有線隨鉆測(cè)斜儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的隨鉆測(cè)量?jī)x器。它與有線隨鉆測(cè)斜儀的主要區(qū)別在于井下測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸方式不同，普遍用于海洋石油鉆井以及大位移定向井的井眼軌跡測(cè)量施工，特別適用于大斜度井和水平井中，配合導(dǎo)向動(dòng)力鉆具組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。我們使用的MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀是正脈沖傳輸方法，即泥漿正脈沖發(fā)生器的大磨菇頭與孔板的相對(duì)位置能夠改變泥漿流道在此的截面積，從而引起鉆柱內(nèi)部的泥漿壓力的升高(針閥的運(yùn)動(dòng)是由探管編碼的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)制器控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn))。在地面通過(guò)專(zhuān)用壓力傳感器檢測(cè)立管壓力的變化，并通過(guò)譯碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)(井斜、方位等井下參數(shù))。

2MWD的優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件的要求

2.1MWD的測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)

隨著油田開(kāi)發(fā)的需要，深定向井或大位移井不斷增加，相應(yīng)的裸眼井段也越來(lái)越長(zhǎng)，為定向井的井眼軌跡的測(cè)量控制提出了新的要求，先進(jìn)的無(wú)線隨鉆測(cè)量(MWD)系統(tǒng)就是通過(guò)鉆井液作為載體來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的，鉆井液脈沖將井下信息傳到地面，地面上采用泥漿壓力傳感器檢測(cè)來(lái)自井下儀器的泥漿脈沖信息，計(jì)算機(jī)對(duì)這些脈沖信息進(jìn)行解釋和處理，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化，井下儀器所測(cè)量的井斜角、井斜方位角、工具面角數(shù)據(jù)和其他信息，可以很直觀的顯示在計(jì)算機(jī)或司鉆閱讀器上。MWD技術(shù)較大幅度的提高了冀東油田灘海大位移井的井眼軌跡控制精度和鉆井速度。

2.2MWD儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件的要求

2.2.1對(duì)鉆井液和凈化設(shè)備的要求

1)鉆井液的含沙量必須小于0.3%，含沙量越小越好;2)若調(diào)整鉆井液性能，應(yīng)預(yù)先通知儀器工程師作好準(zhǔn)備，因?yàn)檎{(diào)整鉆井液性能，有可能造成井下儀器一段時(shí)間工作不正常;3)禁止在鉆井液中加堵漏劑和玻璃球等大顆粒物質(zhì)，這些材料可能發(fā)生纏堵死蘑菇頭、阻止蘑菇頭伸縮等現(xiàn)象，導(dǎo)致井下儀器損壞或工作不正常;4)赤鐵礦作為泥漿加重劑，會(huì)增加信號(hào)的衰減量，在深井、超深井中會(huì)影響信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)困難。此外，赤鐵礦本身的磁性會(huì)影響儀器的測(cè)量精度;5)正常鉆進(jìn)時(shí)，必須保證兩級(jí)(振動(dòng)篩、除沙器)以上鉆井液凈化設(shè)備正常工作。

2.2.2對(duì)鉆井泵和循環(huán)系統(tǒng)的要求

1)鉆井泵的上水要好，泵壓穩(wěn)定，泵的效率要求在95%以上;2)鉆井泵的空氣包壓力要穩(wěn)定，若使用雙泵，兩臺(tái)泵的空氣包的壓力應(yīng)一致;3)泵的閥體、閥座、凡爾、缸體、缸套、活塞和彈簧要完好正常;4)整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)所使用的濾網(wǎng)要干凈，確保鉆井液循環(huán)暢通。

2.2.3對(duì)鉆具的要求

1)無(wú)磁鉆鋌內(nèi)徑≥76-78毫米，為確保儀器的測(cè)量精度，MWD儀器的測(cè)量環(huán)境為雙無(wú)磁;2)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用的舊鉆桿，下井前要通徑，清除里面的管垢和其它雜質(zhì);3)定向接頭與無(wú)磁鉆廷的外徑尺寸要一致，防止應(yīng)力破壞造成鉆具事故。

3適合鉆井平臺(tái)施工的MWD現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程

3.1井場(chǎng)準(zhǔn)備

1)將地面儀器房擺放在鉆臺(tái)安全處，按照鉆井平臺(tái)安全規(guī)定布好電纜線和儀器信號(hào)線;2)根據(jù)無(wú)磁鉆鋌數(shù)量，計(jì)算定向探管的最佳工作區(qū)，選擇大蘑菇頭、孔板組合;3)將選好的孔板放于套子的孔板座中，用專(zhuān)用的螺釘固定好;4)將滑套總成放入定向接頭中，用定位螺栓固定好，裝配好定向接頭;5)在鉆臺(tái)面以上，在立管上選擇合適的位置，焊好壓力傳感器座并擰好絲堵;6)檢測(cè)CLWT—200專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器，布置儀器房?jī)?nèi)LWT200專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理儀到鉆臺(tái)CLWT—100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器(司鉆閱讀器)的兩根主信號(hào)線;7)裝壓力傳感器，布?jí)毫鞲衅鞯紺LWT—100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器信號(hào)線;8)布儀器房?jī)?nèi)電源電纜線、接地線，組裝、調(diào)試筆記本電腦、CLWT200專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器等，建立該井文件，將所有資料存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)入工作狀態(tài);9)地面儀器測(cè)試，校高邊，將儀器一致化設(shè)置保存到筆記本電腦，此為儀器檢驗(yàn)的依據(jù)。

3.2MWD儀器下井與試驗(yàn)

1)座鍵:接好定向接頭，無(wú)磁鉆鋌上端座在井口，用提升工具，慢慢將儀器提起，除去蘑菇頭保護(hù)套，自第一根無(wú)磁上部，將儀器放入，座鍵三次，要求在同一位置，確保座鍵成功。

2)淺層試驗(yàn):下鉆3-5柱，做淺層試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入測(cè)量應(yīng)用程序，注意調(diào)整波形窗口，觀察到正常信號(hào)后繼續(xù)下鉆。

3)下鉆:下鉆過(guò)程中，每下10-15個(gè)鉆柱向鉆具內(nèi)灌一次鉆井液。

3.4MWD儀器回收

1)電纜方式回收儀器。需電纜回收儀器時(shí)，在電纜頭接打撈茅，算準(zhǔn)儀器打撈勃位置，打撈成功時(shí)，懸重增加100±5公斤，提升速度小于1米/秒，到井口要防拉脫，護(hù)好儀器。

2)起鉆方式回收儀器。起鉆到儀器座鍵前鉆具所處位置，用提升工具提牢儀器，小心的用氣動(dòng)馬達(dá)提出儀器。

3)儀器出井口時(shí)，用熱清水沖洗，棉紗擦凈儀器。多次推動(dòng)蘑菇頭，排凈脈沖發(fā)生器總成中的鉆井液，將蘑菇頭用保護(hù)套保護(hù)好防碰。

4)關(guān)掉儀器供電電源，回收CLWT—200專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器(司鉆閱讀器)、立管壓力傳感器，同時(shí)用絲堵堵好立管座孔 。

5)將所有儀器、設(shè)備、工具擦拭干凈擺放到儀器箱中。

4MWD現(xiàn)場(chǎng)故障分析及解決方法

4.1MWD井下儀器串地面測(cè)試、淺測(cè)試正常，下井(或工作一段時(shí)間)后無(wú)信號(hào)處理過(guò)程

1)確保壓力傳感器、CLWT—200專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理儀、CLWT—100遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理器接口箱B、PC機(jī)等地面設(shè)備工作正常，無(wú)信號(hào)前的現(xiàn)象如何(泵壓是否改變、信號(hào)波形曲線幅度是否有變化)。

2)停泵約兩分鐘，開(kāi)泵至正常工作狀態(tài)，三分鐘后，如無(wú)信號(hào)波形出現(xiàn):大幅度活動(dòng)鉆柱，轉(zhuǎn)盤(pán)中速旋轉(zhuǎn)鉆柱，請(qǐng)工程人員檢查鉆井、水力參數(shù)是否正常由此判斷儀器是否脫鍵。

3)如2)不行，可盡量增大泵排量，鉆頭盡量接觸井底，觀察立管壓力表判斷MWD 儀器工作壓差是否存在。

4.2MWD現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)干擾大無(wú)法檢測(cè)到有效信號(hào)的幾種情況及解決方法

1)通常是平臺(tái)泵上水不好造成，如:泵凡爾刺漏、鋼套松動(dòng)等要求平臺(tái)修泵，一般此情況，平臺(tái)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2)泵的空氣包壓力不夠，一般情況下，空氣包的壓力為正常打鉆鉆臺(tái)泵壓的1/3.要求平臺(tái)補(bǔ)充空氣包的壓力。

3)壓力傳感器的安裝位置不對(duì)。如:安裝處的震動(dòng)太大.如有可能，盡量換一個(gè)安裝位置。

4)壓力傳感器內(nèi)有空氣，可能是由于平臺(tái)打回壓時(shí)造成.拆下壓力傳感器往內(nèi)灌滿(mǎn)硅質(zhì)或黃油，重新裝上。

4.3MWD下井信號(hào)正常但無(wú)法同步的解決方法

1)脈沖發(fā)生器油囊損壞失效，小蘑菇頭變形后下放無(wú)法堵嚴(yán)分流孔，造成同步頭壓力信號(hào)丟失，同步頭抓不到，解決方法起鉆更換脈沖發(fā)生器。

2)儀器探管受震動(dòng)損壞造成所發(fā)指令紊亂錯(cuò)誤，解決方法起鉆更換儀器探管。

4.4測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)方位異常地解決方法

1)分析井下測(cè)量點(diǎn)附近有套管或金屬物質(zhì)，查看井下儀器測(cè)量的地磁傾角是否在50-60度的正常范圍內(nèi)，然后決定是否采取三維繞障防碰措施。

2)與地質(zhì)核對(duì)地層情況如果鉆遇磁性地層，可采取按原工具面繼續(xù)鉆進(jìn)或轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，避開(kāi)后再繼續(xù)測(cè)量。

3)探管損壞失效更換探管。

5MWD系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀在冀東油田南堡區(qū)塊七口大位移五段制定向井施工中進(jìn)行了應(yīng)用，井身質(zhì)量合格率和剖面符合率均達(dá)到了甲方的要求，效果良好。

南堡1-2井使用MWD進(jìn)行定向施工，使施工更加安全、優(yōu)質(zhì)、快速、具有有線隨鉆不可比擬的優(yōu)越性，在井身軌跡控制中，MWD能夠使井斜方位始終朝著有利的方向發(fā)展且實(shí)鉆井眼曲線與設(shè)計(jì)曲線相貼近，使得井下導(dǎo)向鉆井技術(shù)得到很好的應(yīng)用。南堡1-2井設(shè)計(jì)井深2973.51米，造斜點(diǎn)1266米，設(shè)計(jì)最大井斜34.78度，方位358.73度，A靶B靶靶區(qū)半徑都為50米，是一口單井，不存在防碰問(wèn)題，較適合國(guó)產(chǎn)MWD的使用條件，本井一開(kāi)直井段采用Φ444.5鉆頭+Φ203.2mm無(wú)磁鉆鋌+Φ203.2鉆鋌×5根+Φ165.1鉆鋌×9根+Φ127mm鉆桿塔式鉆具結(jié)構(gòu)，鉆井參數(shù):鉆壓(50-80)KN，轉(zhuǎn)速(80-90)rpm，排量(55-60)L/m，二開(kāi)直井段鉆具組合: Φ215mmPDC鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+431*4A10+擋板+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+Φ212mm扶正器+Φ165mm鉆鋌×3柱+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，鉆進(jìn)參數(shù):復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)要高轉(zhuǎn)速小鉆壓，地層硬時(shí)送鉆要均勻，鉆壓嚴(yán)禁超過(guò)50kN，泵壓8-16MPa，確保直井段打直，造斜點(diǎn)處井斜控制在1°以?xún)?nèi)，完成直井段后，起鉆多點(diǎn)檢測(cè)，直井段滿(mǎn)足設(shè)計(jì)井身質(zhì)量要求，為下一步的MWD定向造斜作好了準(zhǔn)備。定向及復(fù)合鉆進(jìn)段:采用鉆具組合:Φ215mm鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+Φ210mm欠尺寸扶正器+MWD短接+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+擋板+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×1柱+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，定向過(guò)程中MWD儀器工作正常， 0.75度單彎螺桿造斜率7-9度/100米，基本符合設(shè)計(jì)要求，定向造斜井段段長(zhǎng)434.4米(1266-1700.4)，定向結(jié)束時(shí)，井斜33.7度，方位358.7度，穩(wěn)斜鉆進(jìn)至A靶，水平位移滯后5米，穩(wěn)斜鉆進(jìn)B靶水平位移滯后12米，方位358.7在靶心偏左，復(fù)合鉆進(jìn)使用鉆具組合: Φ215mmHTJ517牙輪鉆頭+Φ172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+Φ206欠尺寸扶正器+MWD短接+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+擋板+1Φ65mm無(wú)磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×2根+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，鉆井參數(shù):鉆壓(30-40)KN，轉(zhuǎn)速60rpm，排量(27-30)L/m，鉆進(jìn)過(guò)程中本鉆具平均降斜率0.3-0.5度/30米，井深1918.7米時(shí)井斜32.08度，方位356.2度，滑動(dòng)復(fù)合鉆進(jìn)至1976.37米井斜調(diào)整為34.76度，方位為358.1度，達(dá)到預(yù)計(jì)效果，為安全鉆過(guò)玄武巖做好了準(zhǔn)備，本井用一只PDC安全鉆穿玄武巖，井深2283.71米，井斜35.7度，方位356.1度處起鉆換鉆具: Φ215mmHTJ517牙輪鉆頭+172mm*0.75°螺桿+回壓反爾+411×4A10+Φ212欠尺寸扶正器+4A11×410+MWD短接+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+擋板+Φ165mm無(wú)磁鉆鋌+Φ165mm鉆鋌×2根+4A11×410接頭+Φ127mm加重鉆桿×10柱，穩(wěn)斜段鉆進(jìn)參數(shù):鉆壓40-100kN，泵壓17-18Mpa，排量28-30L/S，復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速<60rpm.本鉆具組合在50-60KN鉆壓控制下井斜變化率為±0.3度/30米，穩(wěn)斜效果比較理想。在90KN-100KN鉆壓控制下井斜變化率0.4-0.5度/30米，井深2331.98米時(shí)井斜37.03度，方位355.8度，滑動(dòng)復(fù)合鉆進(jìn)至2359.78米井斜調(diào)整為33.05度，方位為357.7度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求繼續(xù)復(fù)合鉆進(jìn)至2940米完鉆。本井正常情況下每1個(gè)立柱測(cè)斜一次，根據(jù)測(cè)斜數(shù)據(jù)制定控制和預(yù)測(cè)井眼軌跡的技術(shù)措施，確保中靶精度。本井采用了先進(jìn)的MWD隨鉆測(cè)斜方式，在測(cè)斜方面節(jié)省了大量時(shí)間，在穩(wěn)斜鉆進(jìn)段以復(fù)合鉆進(jìn)為主、導(dǎo)向鉆進(jìn)為輔，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以隨時(shí)調(diào)整井眼軌跡，使得井眼軌跡比較圓滑，本井斜井段1400米，共微調(diào)2次，全井井斜和方位控制的比較理想，滿(mǎn)足了甲方對(duì)井身質(zhì)量的要求，使用MWD進(jìn)行南堡1-2井向施工縮短了鉆井周期，從而提高了鉆井時(shí)效。

6認(rèn)識(shí)與提高

1)電子元件﹑材料科學(xué)和電池技術(shù)的發(fā)展使得MWD隨鉆測(cè)量代替了單﹑多點(diǎn)測(cè)斜，可大大節(jié)約總鉆進(jìn)時(shí)間，能夠在井下惡劣的環(huán)境中進(jìn)行隨鉆測(cè)量保證了測(cè)量質(zhì)量。

2)海上定向井主要采用了頂驅(qū)、高效的固控設(shè)備、PDC鉆頭、MWD+動(dòng)力鉆具，井眼軌跡設(shè)計(jì)采用蘭德馬克設(shè)計(jì)軟件，配套的鉆井導(dǎo)向控制技術(shù)，鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)調(diào)整井眼軌跡，減少起下鉆次數(shù)，用一到兩只PDC鉆頭完成二開(kāi)井段，提高了鉆井速度。

3)MWD測(cè)量技術(shù)在冀東油田長(zhǎng)裸眼定向井中的應(yīng)用，不僅能很好的控制井眼軌跡，減少鉆井中各種事故的發(fā)生，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4)通過(guò)認(rèn)真分析、整理已經(jīng)施工的幾口大位移定向井，總結(jié)了MWD測(cè)量的成功經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了測(cè)量施工和管理中存在的問(wèn)題，并提出了需解決問(wèn)題的方法，優(yōu)化出了適合淺海、灘?？碧介_(kāi)發(fā)的定向鉆井配套技術(shù)。

5)科學(xué)化的組織施工和現(xiàn)場(chǎng)管理是確保MWD測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速、優(yōu)質(zhì)的施工基礎(chǔ)，也是導(dǎo)向鉆井技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中的一個(gè)新課題。