楊志堅(jiān) 齊 悅 吳黨輝 張 欣

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413 ）

國(guó)內(nèi)大部分油田的開發(fā)已進(jìn)入中后期，主力油層都已有效開采，僅外圍的薄差油層和稠油油層等難開采的儲(chǔ)量待先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行有效的開采［1-2］。針對(duì)上述難動(dòng)儲(chǔ)量，各大油田普遍采用水平井技術(shù)進(jìn)行開采，而水平井技術(shù)需要使用無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（LWD）［3-6］。大慶油田外圍的薄差油層比較多，每年鉆60 口井左右開采這些油層，由于使用的常規(guī)LWD 的各參數(shù)測(cè)點(diǎn)距井底的距離較遠(yuǎn)，油層的砂巖鉆遇率低，不能對(duì)油層進(jìn)行有效的開采。

近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)具有多參數(shù)近距離測(cè)量的特點(diǎn)，其彌補(bǔ)了常規(guī)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的不足?，F(xiàn)場(chǎng)施工過程中，地質(zhì)導(dǎo)向工程師依據(jù)近距離的地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)及時(shí)地判斷鉆頭與儲(chǔ)層的相對(duì)位置，提高井眼軌跡的控制精度，從而提高油層砂巖鉆遇率。但近鉆頭測(cè)量技術(shù)由斯倫貝謝、哈利伯頓和貝克休斯公司壟斷。為滿足難動(dòng)儲(chǔ)量的有效開發(fā)，近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的研制開發(fā)勢(shì)在必行。

1 DQNBMS-1 的功能特點(diǎn)

DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)具有測(cè)量、傳輸和導(dǎo)向三大功能：測(cè)量近鉆頭方位伽馬、近鉆頭電阻率地質(zhì)參數(shù)和近鉆頭井斜工程參數(shù)，發(fā)射單元模塊把近鉆頭測(cè)量數(shù)據(jù)越過測(cè)傳馬達(dá)傳至接收系統(tǒng)；接收系統(tǒng)把近鉆頭測(cè)量數(shù)據(jù)嵌入到LWD 的中控系統(tǒng)，借助LWD 的脈沖器把近鉆頭數(shù)據(jù)以脈沖的形式傳至地面處理系統(tǒng)；測(cè)傳馬達(dá)作為導(dǎo)向執(zhí)行工具，地面數(shù)據(jù)處理軟件將井下測(cè)量信息進(jìn)行處理并繪制成曲線，地質(zhì)導(dǎo)向工程師據(jù)此進(jìn)行軌跡導(dǎo)向。

該系統(tǒng)可以測(cè)量近鉆頭方位伽馬、電阻率、井斜3 個(gè)參數(shù)，且3 個(gè)參數(shù)的測(cè)點(diǎn)距鉆頭均小于1 m，具有多參數(shù)近距離測(cè)量的特點(diǎn)。

DQNBMS-1 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)判斷巖性及油/氣/ 水界面，便于及時(shí)調(diào)整控制井眼軌跡，以保證鉆頭在油層中穿行，從而提高油層砂巖鉆遇率。

2 DQNBMS-1 的結(jié)構(gòu)特征

DQNBMS-1 系統(tǒng)由地面處理系統(tǒng)和井下工具系統(tǒng)組成。二者通過鉆柱內(nèi)鉆井液通道中的壓力脈沖信號(hào)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)鉆井過程中井下工具狀態(tài)、井下工況以及有關(guān)測(cè)量參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

地面處理系統(tǒng)（圖1）負(fù)責(zé)正脈沖信號(hào)的采集、濾波、解碼、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理等。此外，系統(tǒng)軟件還具有自我診斷、修改井下工具參數(shù)傳輸序列和數(shù)據(jù)傳輸速率及下載井下工具記錄數(shù)據(jù)等功能。

圖1 地面處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

井下工具系統(tǒng)由LWD 系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、測(cè)傳馬達(dá)（含近測(cè)量主測(cè)總成）構(gòu)成，見圖2。LWD 系統(tǒng)由定向短節(jié)和一體化短節(jié)構(gòu)成，定向短節(jié)內(nèi)安裝正脈沖發(fā)生器、探管，一體化短節(jié)內(nèi)安裝電池筒、中控、電阻率系統(tǒng)和伽馬系統(tǒng)。接收短節(jié)內(nèi)安裝接收系統(tǒng)，近測(cè)量主測(cè)總成殼體安裝在馬達(dá)上，其儀器艙內(nèi)安裝各測(cè)量子系統(tǒng)。探管負(fù)責(zé)測(cè)量定向參數(shù)和環(huán)境參數(shù)；電池筒負(fù)責(zé)為井下儀器供電；中控對(duì)DQNBMS-1 系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，使系統(tǒng)按預(yù)定工作模式和DQNBMS-1 系統(tǒng)發(fā)送的指令工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與接收、數(shù)據(jù)編碼，并通過探管內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生鉆井液壓力脈沖信號(hào)；電阻率系統(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)量地層電阻率；伽馬系統(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)量地層伽馬；接收系統(tǒng)負(fù)責(zé)把近鉆頭主控發(fā)送過來(lái)的數(shù)據(jù)嵌入LWD 中控，以實(shí)現(xiàn)近鉆頭數(shù)據(jù)上傳至地面；測(cè)傳馬達(dá)負(fù)責(zé)導(dǎo)向和近鉆頭數(shù)據(jù)的測(cè)量和傳輸；近測(cè)量主控控制3 個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)的電源并對(duì)3 個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)做實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射單元模塊，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給上部的接收系統(tǒng)；電源模塊負(fù)責(zé)為近測(cè)量主測(cè)總成供電；近鉆頭井斜、伽馬和電阻率測(cè)量子系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)測(cè)量鉆頭附近的井斜、伽馬和電阻率。DQNBMS-1 系統(tǒng)對(duì)近測(cè)量主測(cè)總成殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和電路的小型化、低功耗設(shè)計(jì)，巧妙地用近測(cè)量主測(cè)總成殼體替換了常規(guī)的馬達(dá)螺扶，并在有限的空間內(nèi)周向布置各測(cè)量子系統(tǒng)，使參數(shù)測(cè)點(diǎn)更加接近鉆頭，同時(shí)伽馬具有方位測(cè)量功能，可以判斷鉆頭與儲(chǔ)層的相對(duì)位置。

圖2 井下工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 DQNBMS-1 的技術(shù)指標(biāo)

井斜測(cè)點(diǎn)距鉆頭14.74 m，測(cè)量范圍0～180°，精度±0.2°；方位測(cè)點(diǎn)距鉆頭14.74 m，測(cè)量范圍0～360°，精度±1.5°；工具面測(cè)點(diǎn)距鉆頭14.74 m，測(cè)量范圍0～360°，精度±2.8°；伽馬測(cè)點(diǎn)距鉆頭9.66 m，測(cè)量范圍0～380API，精度±3 API，垂直分辨率22.86 cm；電阻率測(cè)點(diǎn)距鉆頭11.54 m，測(cè)量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；近鉆頭井斜測(cè)點(diǎn)距鉆頭0.76 m，測(cè)量范圍0～180°，精度±0.35°；近鉆頭方位伽馬測(cè)點(diǎn)距鉆頭0.74 m，測(cè)量范圍0～280 API，精度±3 API，垂直分辨率20 cm；近鉆頭電阻率測(cè)點(diǎn)距鉆頭0.55 m，測(cè)量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；工作溫度-40～150℃；儀器耐壓140 MPa；連續(xù)工作時(shí)間200 h；最大外徑210 mm；適用井眼尺寸?215.9 mm 至?241.3 mm；造斜能力為中長(zhǎng)半徑。

4 DQNBMS-1 的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

DQNBMS-1 系統(tǒng)在高8-33 平5 井應(yīng)用效果較好。表1 為高8-33 平5 井的井斜記錄數(shù)據(jù)，從表中可以看出近鉆頭井斜與LWD 井斜數(shù)據(jù)基本吻合，趨勢(shì)完全一致，最大誤差點(diǎn)為第4 點(diǎn)，誤差值為0.26°。井斜不完全一致的原因是近鉆頭井斜是在振動(dòng)更加劇烈的環(huán)境下測(cè)得的。

表1 高8-33 平5 井井斜記錄數(shù)據(jù)

從圖3 中可以看出近鉆頭方位伽馬與上部LWD伽馬測(cè)井曲線具有很好的一致性，誤差在±3 API范圍內(nèi)。伽馬值為50～74 API，圖中井段全部位于油層中（小于90 API 可認(rèn)為是油層）。近鉆頭方位伽馬具有方位測(cè)量功能，當(dāng)鉆頭鉆出油層后，由于測(cè)點(diǎn)近，可以很快發(fā)現(xiàn)鉆頭已出油層，這時(shí)可以分別測(cè)量鉆頭上部和鉆頭下部的伽馬值，據(jù)此可以判斷鉆頭是從油層上部或油層下部鉆出，然后立即調(diào)整鉆頭姿態(tài)，使鉆頭重新回到油層并繼續(xù)在油層中鉆進(jìn)。

圖3 高8-33 平5 井伽馬測(cè)井曲線

圖4 為高8-33 平5 井的電阻率測(cè)井曲線，上部的2 條曲線為幅度電阻率，下部的2 條曲線為相位電阻率，從圖中可以看出近鉆頭電阻率與LWD 電阻率數(shù)據(jù)吻合，趨勢(shì)一致。電阻率參數(shù)值全部大于30 Ω·m，故可判斷鉆頭一直在油層中鉆井（大于10 Ω·m 可認(rèn)為是油層）。近鉆頭電阻率數(shù)值稍大，這 是由于測(cè)量地層受鉆井液浸入的時(shí)間長(zhǎng)短不同造成的，近鉆頭電阻率更具真實(shí)性。

圖4 高8-33 平5 井電阻率測(cè)井曲線

2010 年至今，項(xiàng)目組完成了DQNBMS-1 系統(tǒng)的改進(jìn)完善工作和1 套系統(tǒng)的加工，并完成了3 口井的推廣應(yīng)用工作。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，驗(yàn)證了井下工具系統(tǒng)正常運(yùn)行，地面處理系統(tǒng)能夠?qū)ι蟼鲾?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、接收、濾波、解碼、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理，近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)水平段測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，砂巖鉆遇率較同區(qū)塊常規(guī)LWD 所鉆水平井提高了15%。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）研制的DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、工作可靠，具有多參數(shù)測(cè)量、測(cè)點(diǎn)距離近、測(cè)量精度高和測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。該系統(tǒng)的研制成功，推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)促進(jìn)了水平井推廣，提高了薄差油層動(dòng)用程度。

（2）DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的3 個(gè)近鉆頭參數(shù)測(cè)點(diǎn)距鉆頭均小于1 m，有利于提高井眼軌跡控制精度，猶如給鉆頭裝上“眼睛”，可顯著提高砂巖鉆遇率，為水平井尤其是薄差油層水平井的開發(fā)提供技術(shù)保障。

（3）大慶油田的近鉆頭測(cè)量技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展，需盡快在推廣應(yīng)用過程中逐步完善系統(tǒng)，以滿足油田水平井有效開發(fā)的需要。

［1］ 蘇義腦. 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)概況及其在我國(guó)的研究進(jìn)展［A］//蘇義腦，徐鳴雨.鉆井基礎(chǔ)理論研究與前沿技術(shù)開發(fā)新進(jìn)展［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：23-34.

［2］ 李云峰. 敖南油田薄差儲(chǔ)層描述與水平井開發(fā)的可行性及優(yōu)化［J］. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，32（2）： 47-53.

［3］ 蘇義腦，竇修榮. 隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井與錄井工具［J］. 石油鉆采工藝，2005，27（1）：74-78.

［4］ 劉巖松，衡萬(wàn)富，劉斌，等.水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法［J］. 石油鉆采工藝，2007，29（S0）：4-7.

［5］ 蘇義腦，張海，盛利民. 新型正脈沖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)CG MWD 研制與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［A］//蘇義腦，徐鳴雨.鉆井基礎(chǔ)理論研究與前沿技術(shù)開發(fā)新進(jìn)展［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：18-22.

［6］ 李瑞營(yíng)，李文斌，楊決算. LWD 在薄油層階梯水平井中的應(yīng)用技術(shù)［A］//于洪金.大慶鉆井技術(shù)新進(jìn)展（上冊(cè)）［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2005：30-35.