李武生 孔凡剛

德瑪DM－LWD施工常見故障分析

李武生 孔凡剛

德瑪LWD由地面設(shè)備和井下儀器串兩部分組成，地面設(shè)備通過不同功能的傳感器(泥漿壓力傳感器、鉤載傳感器和深度傳感器)采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)，并通過Navigator軟件實現(xiàn)對深度數(shù)據(jù)和井下實時數(shù)據(jù)的管理。井下儀器串包括發(fā)電式脈沖發(fā)生器、MWD測量系統(tǒng)、電池短節(jié)、伽瑪及電阻率傳感器。試分析使用DM－LWD從事井眼軌跡控制施工任務(wù)中常見的各種故障，并提出解決方案，以便對DM－LWD施工提供借鑒。

德瑪LWD;障分析;故障處理

如今隨著國內(nèi)各油田水平井施工項目的不斷增多，對定向井技術(shù)服務(wù)公司的服務(wù)能力也提出更大的考驗，尤其是能否提供滿足水平井施工要求的隨鉆測井儀器成為公司發(fā)展壯大的關(guān)鍵。目前，中國石油渤海鉆探定向井技術(shù)服務(wù)分公司除了擁有從國外引進(jìn)的Baker LWD和Halliburton FEWD兩種不同儀器外，還配備了同國外公司合作開發(fā)的DM－LWD。兩年多時間的應(yīng)用實踐證明了德瑪LWD能實現(xiàn)隨鉆測井儀器的全部功能，既提供實時傳輸井斜、方位、工具面定向施工工程參數(shù)，還提供自然伽馬、電阻率井下地質(zhì)參數(shù)及井下數(shù)據(jù)的存儲及回放。

1 德瑪LWD簡介

德瑪LWD由大港油田公司魏春明等人完成，2006年獲大港油田技術(shù)創(chuàng)新一等獎。隨鉆測斜儀的研制成功，完成了國內(nèi)第一套由井下渦輪發(fā)電機供電的正脈沖無線隨鉆測斜系統(tǒng)理論及實現(xiàn)方法研究，以泥漿作為傳輸介質(zhì)，井下測量數(shù)據(jù)以壓力脈沖波形式傳至地面(從數(shù)據(jù)測量到轉(zhuǎn)換、傳輸、解碼)，保證了在定向鉆井過程中，井底井斜、方位、工具面等測量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛娼邮芟到y(tǒng)，準(zhǔn)確控制井眼軌跡，提出了在高溫、震動惡劣環(huán)境下的鉆井過程中，保證測量數(shù)據(jù)實時傳遞及測量精度準(zhǔn)確的理論及控制方法。該項目開發(fā)出井下探管、脈沖發(fā)生器、井下工具外圍配件及地面接口箱、防爆箱、司鉆讀出器等部件，并編寫了地面數(shù)據(jù)處理程序，整套儀器的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。該項目在自主生產(chǎn)正脈沖無線隨鉆測量儀器方面進(jìn)行了有價值的探索，結(jié)束了該類儀器只能靠進(jìn)口的歷史。該套設(shè)備由地面設(shè)備和井下儀器串兩部分組成，地面設(shè)備通過不同功能的傳感器(泥漿壓力傳感器、鉤載傳感器和深度傳感器)采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)，并通過Navigator軟件實現(xiàn)對深度數(shù)據(jù)和井下實時數(shù)據(jù)的管理。井下儀器串包括發(fā)電式脈沖發(fā)生器、MWD測量系統(tǒng)、電池短節(jié)、伽瑪及電阻率傳感器。

自然伽瑪傳感器(GRCPR)是綜合測量地殼巖層自然放射性強度的傳感器。由于地殼巖層中存在自然放射性核素﹝主要是鈾(U238)、釷(TH232)、鉀(K40)﹞，在自然衰變時放射出γ射線，測井時用γ射線探測器沿井眼實時進(jìn)行地殼巖層的測量，得到地層剖面的自然伽瑪記錄，用于區(qū)分泥巖和砂巖地層。DM－LWD儀器上的自然伽瑪傳感器采用的是NaI晶體探測器，該傳感器的探測深度為12"(30.48cm)。

緊湊型傳播電阻率工具(Compact Propagation Resistivity)使用了兩種頻率(400KHz和2MHz)的電磁波，擁有三個發(fā)送器－接收器間隔，利用六種深度探測進(jìn)行六種電阻率測量。

緊湊型傳播電阻率工具的供電方式采用了脈沖器供電和電池供電雙保險方式:脈沖器優(yōu)先為CPR提供電源，當(dāng)泥漿排量小，脈沖器供電不足時，電池開關(guān)自動打開，為CPR提供電源。該儀器為國內(nèi)外50多口井提供了技術(shù)服務(wù)，實現(xiàn)產(chǎn)值約1000萬元。此套設(shè)備自投入中石油渤海鉆探定向井技術(shù)服務(wù)分公司使用以來，取得了良好的經(jīng)濟效益，獲得了廣泛的應(yīng)用。本文歸納和總結(jié)了在使用DM－LWD從事井眼軌跡控制施工任務(wù)中常見的各種故障，并進(jìn)行理性分析，提出解決方案，現(xiàn)一一陳述如下。

2 現(xiàn)場常見故障及分析處理

2.1 探管單獨采樣測試正常，整體連接后測試不工作。

探管單獨采樣測試正常，證明探管是好的，這種情況可能是脈沖和探管的連接線(俗稱七轉(zhuǎn)十電話線)的導(dǎo)通性出現(xiàn)問題，換掉電話線后有望獲得成功。由此，我們在儀器組裝之前，需要提前使用萬用表測試七轉(zhuǎn)十電話線的導(dǎo)通性，7－10芯電話線電纜的內(nèi)部導(dǎo)通結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 7－10芯電話線電纜的內(nèi)部導(dǎo)通結(jié)構(gòu)

2.2 連接后工作正常，井口測試無信號。

儀器整體連接后工作正常，井口測試不工作，表現(xiàn)為:D－Pilot界面上無任何波形顯示，無泵壓顯示，這種情況可能是未坐入鍵，或是D－Pilot軟件本身出現(xiàn)問題，或者是LWD INTERFACE BOX出現(xiàn)問題。當(dāng)未坐入鍵時，需要重新坐鍵，在坐鍵時通過測量懸掛短節(jié)內(nèi)部鍵至短節(jié)上端面的距離和儀器坐入后脈沖發(fā)生器魚頸上端面距離懸掛短節(jié)絲扣上端面的距離來確定是否坐鍵成功。這一點與海藍(lán)MWD的原理是一樣的。對于軟件本身出現(xiàn)的問題，只能通過卸載原來軟件重新安裝D－Pilot的方法來解決，需要注意的是在卸載軟件之前，需要把數(shù)據(jù)庫中名為探管號.Tub的文件拷出，以防止在卸載的過程中丟失探管中的存儲數(shù)據(jù)。對于LWD INTERFACE BOX出現(xiàn)問題時，需要關(guān)掉主機重新打開或者按其上的RE-SET來解決。

2.3 鉆進(jìn)過程中常見問題。

2.3.1 測斜雜波多，不能正常解碼。

此種情況最為常見，分析其原因有很多種，現(xiàn)將常見故障一一闡述如下:①壓力傳感器出現(xiàn)故障。最明顯的標(biāo)志是D－Pilot軟件無泵壓顯示，LWD INTERFACE BOX上SPP(ma)顯示不正常。大多數(shù)情況下，當(dāng)傳感器使用一段時間后，由于泥漿沖擊震動或者溫度過高導(dǎo)致傳感器呈現(xiàn)非線性關(guān)系，造成傳感器的零點漂移，從而影響正常的解碼。②LWD INTERFACE BOX接地不良。在雁60－63x井就遇到過這種情況，未接地之前，儀器受干擾很嚴(yán)重，關(guān)泵之后還有很多雜波，如圖2顯示。接地之后關(guān)泵顯示波形如圖3所示。③憋鉆。在定向施工過程中，當(dāng)需要加壓時，由于加入壓力過大，致使泥漿波動過大，使得儀器檢測信號受干擾。另外，如果井隊往泥漿中加料，這時候也可能出現(xiàn)雜波比較多，無法正常解碼的情況，等幾分鐘至泥漿循環(huán)開后就可以正常解碼了。

圖2 接地前雜波顯示圖

圖3 接地后波形圖

2.3.2 D－Pilot軟件意外退出的情況。

D－Pilot在井斜小的時候容易出現(xiàn)測斜時意外退出的情況，這是因為D－Pilot測斜時需要創(chuàng)建一個測斜數(shù)據(jù)文件，而這個文件創(chuàng)建不成功，所以寫數(shù)據(jù)時發(fā)生錯誤。解決辦法是在D－Pilo安裝文件夾里找到surveydata文件夾，在這里新建一個文本文件，文件名要與正使用的井名一致，后綴名為.txt，內(nèi)容為空，不要設(shè)置任何格式也不要寫入任何東西。

2.3.3 開泵測斜不出測斜序列。

開泵測斜不出測斜序列，等待大約4－5分鐘后，出同步信號和序列5(FID5)，這種情況究其原因就是司鉆在測斜時活動鉆具導(dǎo)致的，這就要求開泵測斜時開泵平穩(wěn)，禁止活動鉆具。

2.3.4 濾波對信號的影響。

有時候，還會出現(xiàn)另外一種情況:測斜時司鉆也沒有活動鉆具，但是就是解碼不成功，原來設(shè)置噪聲門限30，當(dāng)把噪聲從30減小至30以下或者自動時，開泵解碼成功。在軟件程序最初編寫時，設(shè)置的噪音門限是自動，默認(rèn)值為30，當(dāng)正常工作信號幅值為30左右時，30的默認(rèn)值會把正常波形誤認(rèn)為是噪音而濾波掉，造成儀器不解碼。

2.3.5 鉆頭水眼對儀器信號的影響。

在現(xiàn)場施工中，我們發(fā)現(xiàn)，鉆頭水眼不要裝特別小的鉆頭水眼，這樣會導(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。同時，鉆頭水眼特別小，立管壓力很高，脈沖發(fā)生器發(fā)射脈沖需要的力大，往往還會導(dǎo)致脈沖發(fā)生器損壞。在楚29－88x井的施工過程中，井口測試信號幅值94，儀器測試正常后下鉆到底，開泵測試儀器無信號，起鉆檢查井下設(shè)備，包括脈沖配件，電話線，探管模擬測試均正常，經(jīng)過了解井隊鉆頭水眼，為 PDC鉆頭(11X2，12X2)，隨即加大鉆頭水眼直徑(14X4)，下鉆到底測試正常后繼續(xù)施工，由此得出結(jié)論:在MWD施工過程中，使用牙輪鉆頭時三個水眼都應(yīng)大于16號，PDC鉆頭四個水眼都應(yīng)大于12號，這樣可以彌補水力參數(shù)的作用，從而確保儀器信號正常。

2.4.6 鉆井液中不得添加玻璃微珠及塑料小球等固體潤滑劑。

因MWD脈沖發(fā)生器精度高，鉆井液中如添加玻璃微珠及塑料小球，或鉆井液中固相含量高，MWD脈沖發(fā)生器的活塞、活塞套就會被固相顆粒卡死，造成儀器無信號，為此而被迫起鉆檢修的事情，發(fā)生過多起。這樣一來，既損壞了儀器，又增加了起下鉆，造成不應(yīng)有的無效勞動和經(jīng)濟損失。

3 余論

3.1 D－Pilot的開、關(guān)泵門限設(shè)置中如果設(shè)置開泵門限為3MPa，那么軟件要等到壓力降低到1.5MPa以下后才會認(rèn)為停泵。事實上軟件是否準(zhǔn)確判斷開、關(guān)泵不影響信號檢測，只要是開泵狀態(tài)，信號就能正常檢測，只是影響循環(huán)時間統(tǒng)計。

3.2 D－Pilot參數(shù)設(shè)置界面的“參數(shù)1”中窗口上半部分和下半部分都有探管參數(shù)，但是上半部分是以前用該機設(shè)置探管時存儲在硬盤上的參數(shù)，這些參數(shù)不能更改，設(shè)置時的計算機可能不是你現(xiàn)在所使用的計算機，所以不能使用那些參數(shù)，不要點擊“選定為當(dāng)前使用的參數(shù)”按鈕應(yīng)用那些參數(shù)。

3.3 DM－LWD的地面設(shè)備的軟件部分如D－Pilot程序在運行中，“測斜數(shù)據(jù)”文件存儲出錯，常有亂碼，而且點擊“測斜數(shù)據(jù)”按鈕后程序偶然會非正常退出。因此這個程序還有待進(jìn)一步的改進(jìn)完善。

3.4 隨鉆測井技術(shù)能及時地發(fā)現(xiàn)地層的變化，從而為認(rèn)識地層提供及時的資料。

3.5 伽瑪傳感器是綜合測量地殼巖層自然放射性元素﹝主要是鈾(U238)、釷(TH232)、鉀(K40)﹞強度的儀器。因此，當(dāng)泥漿中存在這些離子時，將會影響伽瑪值的測量，如果沒有泥漿中相應(yīng)離子含量的數(shù)據(jù)，LWD軟件就不能對測得的伽瑪值進(jìn)行修正，從而導(dǎo)致測得的伽瑪值偏離地層的真實情況。

［1］王延恒.無線隨鉆測量技術(shù)在華北地區(qū)的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2005，27(5):32.

Common Faults Analysis of Dema LWD Equipments

Li Wusheng Kong Fan’gang

The Dema LWD is composed of two parts，the ground and under the shaft equipment which include the power generation and a pulse generator，the MWD measurement system，the battery short section，gamma and resistivity sensor.The paper tries to analyze the common problems and possible solutions in the control of DM－of LWD in well trajectory and to provide a reference to the DM－of LWD construction.

Dema LWD;fault treatment;fault analysis

TE243

A

1672－6758(2012)02－0043－3

李武生，助理工程師，中國石油渤海鉆探定向井技術(shù)服務(wù)分公司，河北·任丘。郵政編碼:062550

Class No.:TE243Document Mark:A

(責(zé)任編輯:宋瑞斌)