楊 帆 羅 麗

(1.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心 陜西 西安 710077;2.中國石油集團測井有限公司塔里木事業(yè)部 新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

隨鉆測量信號的好壞直接影響到井下測量數(shù)據(jù)的獲取［1］。在鉆井的實際情況中，當變化的外部環(huán)境不能滿足儀器的正常工作條件時，就會使泥漿脈沖信號的產生和傳輸受到各種干擾和影響。在塔中油田志留系的一口水平井施工中，中油測井公司的隨鉆測井隊伍在服務時出現(xiàn)了儀器信號強度弱、不能正常解碼的現(xiàn)象，由于該隊伍剛進入塔里木的隨鉆市場不久，梳理分析服務過程中的儀器異常情況，可為以后更好的工作打下基礎。

1 工作原理

本次所使用的隨鉆測量系統(tǒng)是從美國APS 公司引進的，其井下信號傳輸部分采用旋轉閥式脈沖發(fā)生器(Rotary Pulser)，旋轉閥由轉子和定子組成，轉子有四個葉輪，定子中有四個泥漿流通孔道如圖1 所示，轉子的四個葉輪與定子的四個泥漿流通孔道對齊時為關閉狀態(tài)，反之則為打開狀態(tài)。當脈沖器的控制電路驅動轉子轉動時，泥漿流通孔道的面積發(fā)生變化，當通道面積增大時，泥漿流動暢通，鉆柱內的泥漿壓力(立管壓力)減小;當通道面積減小時，泥漿流動受阻，立管壓力增大，轉子連續(xù)轉動則形成連續(xù)的正弦壓力波動。井下測量的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后正是以這種連續(xù)波動的方式傳送至地面，地面系統(tǒng)對泥漿脈沖檢波、解碼即可還原井下測量的數(shù)據(jù)。該脈沖發(fā)生器的優(yōu)點是能耗小，數(shù)據(jù)傳輸效率高［2］。

圖1 APS 公司的旋轉閥式脈沖發(fā)生器

2 現(xiàn)場出現(xiàn)的問題

該地區(qū)志留系地層復雜多變，軟硬交錯，可鉆性較差。為了保護油氣層，在水平段更換為油基泥漿，前期鉆進時托壓嚴重，且穩(wěn)斜效果差，頻繁調整井眼軌跡。第二趟鉆至4 687 m 時，單根打完，劃眼后準備測斜，發(fā)現(xiàn)儀器沒有信號，隨鉆工程師與井隊溝通后決定循環(huán)泥漿，3 h 后，儀器恢復正常，信號較弱但可以成功解碼測斜。由于此時的井斜與上一單根差別太大(經(jīng)過復測仍然保持不變)，甲方對所測數(shù)據(jù)有懷疑，要求投多點進行驗證，遂起鉆。

在起出儀器后，發(fā)現(xiàn)泥漿脈沖發(fā)生器的定子中卡有石塊狀物體，隨鉆工程師隨即對儀器進行了相關測試，確認儀器沒有損壞，各項參數(shù)也處于正常狀態(tài)。甲方人員對“石塊”進行了化驗分析，判斷其為電解石，與井場相關人員溝通后，確定是錄井人員在鉆前向泥漿中添加的。同時，經(jīng)過仔細觀察，隨鉆工程師發(fā)現(xiàn)該電解石上存在一處明顯的光滑切面，如圖2 所示，根據(jù)脈沖發(fā)生器的工作原理，可以斷定該光滑切面是由轉子相對于定子的轉動剪切而成。在剪切作用完成前，轉子不能正常轉動，使脈沖器不能產生信號;剪切完成后，電解石被完全卡在定子中，轉子恢復正常轉動，儀器重新開始工作。

圖2 儀器中取出的電解石

由于電解石只能夠溶解于水，與油不發(fā)生反應。在更換為油基泥漿后，錄井人員加入的電解石沒能溶解，導致脈沖發(fā)生器被堵塞，是造成此次儀器信號弱，甚至不能解碼的直接原因。

第三趟鉆在14 時鉆進時，地面設備接收的泥漿脈沖信號非常弱，如圖3 所示，幾乎不能抓住信號同步頭，儀器不能正常解碼，現(xiàn)場測量人員與井隊協(xié)商后決定循環(huán)泥漿，17 時開始鉆進，此時，地面設備所接收到的脈沖信號有一定的增強，但仍然偏弱，儀器偶爾正常解碼但不連續(xù)，以至于井下的工具面上傳也不連續(xù)，造成定向困難。

第二天凌晨1 點，地面設備所接收到的脈沖信號有了明顯增強，如圖4 所示，儀器可以連續(xù)正常解碼，井下的工具面及測井等數(shù)據(jù)均能連續(xù)穩(wěn)定的上傳。

圖3 剛開始鉆進時的泥漿脈沖信號

圖4 循環(huán)11 小時后的泥漿脈沖信號

圖5 井口測試時的泥漿脈沖信號

在此次下鉆前，考慮到泥漿脈沖信號的衰減因素，隨鉆工程師已將脈沖發(fā)生器定子與轉子之間的間隙調小，以期獲得更強的原始信號，在井口開泵測試時，原始信號的壓差可達到2 MPa，如圖5 所示。經(jīng)過分析，我們認為本次儀器解碼異常的主要原因是，地層情況復雜使泥漿在井筒分布不均勻，形成了多個界面，導致泥漿脈沖在傳輸?shù)倪^程中衰減的更為劇烈，地面設備接收到的脈沖信號很弱，不能正常解碼。

3 原因分析與總結

1)隨鉆測量地面系統(tǒng)接收到的脈沖信號的強度由兩個因素決定:一是井下的脈沖發(fā)生器產生的初始脈沖大小，另一個是脈沖信號在傳輸過程中的衰減程度。在一趟鉆中，泵的流量一般波動不大，旋轉閥定子與轉子之間的間隙固定，所以初始脈沖的大小也基本穩(wěn)定，地面系統(tǒng)接收的脈沖信號強度主要取決于后者。

2)旋轉閥式脈沖器產生的泥漿脈沖信號在理想狀態(tài)下是標準的正弦波形，但在實際的傳輸過程中會受到許多因素的影響，除了井眼深度、空氣包之外［3］，主要與鉆柱的尺寸、材料特性，信號頻率及泥漿性能有關。在目前的常規(guī)鉆井作業(yè)中，信號頻率與泥漿性能是主要的可控因素，并對信號的衰減有著顯著的影響。研究表明［4、5］，相比于泥漿性能，信號頻率的變化對泥漿脈沖信號的影響更大，信號的頻率越高，泥漿脈沖信號在傳輸過程中就衰減更嚴重。而就實際中應用的有限的脈沖類型來講，信號頻率的影響也是有限的。

3)泥漿性能是由地質、油藏和工程的需要決定的。通常情況下，要求泥漿性能保持穩(wěn)定，但在地層狀況復雜或井筒條件變化時(比如氣侵、高壓層、易垮易漏層段)，泥漿性能會被動的或人為的發(fā)生變化。泥漿密度與泥漿脈沖信號的衰減基本無關［6］，而泥漿的粘度、泥漿中的固相含量和氣泡對衰減有較大影響。氣泡的存在會影響泥漿的壓縮性，同時也會增大泥漿的粘度，使泥漿脈沖信號沿鉆柱傳輸時受到的摩阻變大，從而大幅減小信號的強度;固相含量對泥漿的密度影響較大，對其壓縮性的影響相對較小，但異常固相(如井口落物，加入藥劑未攪拌均勻)的存在，有可能堵塞脈沖生器內腔，影響轉子的滿程運轉，從而降低初始脈沖的強度。

4)在隨鉆儀器的實際使用中發(fā)現(xiàn)，當泥漿中含氣泡較多，或泥漿性能差，含砂或雜質較多時，會出現(xiàn)脈沖信號強度減弱和雜波的現(xiàn)象，此時，可調節(jié)地面系統(tǒng)的信號檢測門限和放大值，或者采用循環(huán)泥漿的方法加以解決。如果都不湊效，則需要仔細排查，從根本上解決問題。

5)現(xiàn)場測量人員要積極與甲方及井隊工程人員溝通交流，對可能影響儀器性能和精度的干擾因素［7、8］(比如泵的噪聲等)進行風險識別，并采取相應的預防措施，盡可能減少或避免發(fā)生故障的可能性;此外，現(xiàn)場測量人員要認真負責，嚴格按照操作規(guī)范操作，在下鉆、鉆進、測斜等各個環(huán)節(jié)密切關注儀器的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常時及時溝通協(xié)作，提高服務效率。

4 結束語

隨鉆測量過程中，儀器的工作環(huán)境特別是泥漿的性能發(fā)生變化時，都會使隨鉆測量信號受到影響。在現(xiàn)場施工中，應時刻注意分析可能影響隨鉆測量信號的各種因素，掌握這些因素并找出相應的解決方案在生產中具有重要的意義。

［1］劉新平，房 軍，金有海.隨鉆測井數(shù)據(jù)傳輸技術應用現(xiàn)狀及展望［J］.測井技術，2008，32(3):249 -253.

［2］APS Technology，Inc.APS 公司技術交流［D］.2010.

［3］李 健，劉琳莉，吳華強，等.淺析無線隨鉆儀脈沖信號信噪比［J］.石油儀器，2001，15(5):50 -52.

［4］石在虹，劉修善.井筒中鉆井信息的傳輸動態(tài)分析［J］.天然氣工業(yè)，2002，22(5):68 -71.

［5］王 翔，王瑞和，紀國棟.井筒內鉆井液連續(xù)脈沖信號傳輸頻率相關摩阻模型［J］.石油學報，2009，30(3):444 -449.［6］劉修善.鉆井液脈沖沿井筒傳輸?shù)亩嘞嗔髂M技術［J］.石油學報，2006，27(4):115 -118.

［7］劉 偉，任凌云，劉洪亮.鉆井液脈沖信號傳輸影響因素分析［J］.石油鉆探技術，2010，38(1):101 -103.

［8］史建剛.LWD 地質導向無線隨鉆測量儀器現(xiàn)場使用問題探討［J］.鉆采工藝，2008，31(2):143 -145.