李啟翠，史文專

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 上海 200335；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

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·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

電子式隨鉆直井測(cè)斜儀在海上油氣田的應(yīng)用

李啟翠1，史文專2

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 上海 200335；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

直井鉆井作業(yè)過程中，常規(guī)起鉆前投多點(diǎn)測(cè)斜儀或測(cè)井絞車?yán)瓎吸c(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)井斜的方式存在嚴(yán)重的滯后性，容易導(dǎo)致井斜超出設(shè)計(jì)要求，因此針對(duì)此類問題，利用電子式隨鉆直井測(cè)斜儀來實(shí)時(shí)監(jiān)控井斜變化。對(duì)東海油氣田中NB區(qū)塊1井使用電子式隨鉆測(cè)斜儀，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，隨鉆測(cè)斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能及時(shí)有效的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高作業(yè)效率，同時(shí)顯著降低測(cè)井成本。

直井；電子式測(cè)斜儀；隨鉆測(cè)斜；脈沖

0 引 言

在油氣田的勘探開發(fā)過程中，通過鉆多口探井(直井)來確定油氣藏是否存在，圈定油氣藏邊界，并對(duì)油氣藏進(jìn)行工業(yè)評(píng)價(jià)，取得油氣開發(fā)所需要的地質(zhì)資料。通常，由于地質(zhì)條件、鉆具組合、鉆進(jìn)參數(shù)等原因，井斜會(huì)自然增加，井深數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致地質(zhì)資料不真實(shí)，甚至錯(cuò)過油氣層的發(fā)現(xiàn)。在直井鉆井作業(yè)過程中，多采用大鐘擺鉆具組合與輕壓吊打相結(jié)合的方式來防斜打直，同時(shí)在起鉆前投單點(diǎn)測(cè)斜儀，但該方法無法實(shí)時(shí)監(jiān)控井斜變化，存在嚴(yán)重的滯后性[1,2]。目前MWD[3]雖能實(shí)時(shí)監(jiān)控井斜變化，但價(jià)格昂貴。針對(duì)上述儀器或工具存在的不足，電子式隨鉆直井測(cè)斜儀不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控井斜，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，提高作業(yè)效率，防止井斜超標(biāo)，同時(shí)價(jià)格便宜，顯著降低鉆井作業(yè)成本[4，5]。

1 儀器組成結(jié)構(gòu)

電子式隨鉆直井測(cè)斜儀主要由井下儀器與地面設(shè)備兩部分組成，實(shí)現(xiàn)井斜測(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)解碼功能。

1.1 井下測(cè)量傳輸系統(tǒng)

井下儀器由扶正翼、電池總成、液壓機(jī)構(gòu)與閥芯組成，如圖1所示。扶正翼保證井下儀器居中，保護(hù)儀器串；電池總成為測(cè)斜探管和液壓機(jī)構(gòu)供電；測(cè)斜探管內(nèi)安裝傳感器測(cè)量井斜并對(duì)井斜編碼，液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)；閥芯蘑菇頭動(dòng)作，改變泥漿流道面積，產(chǎn)生降壓脈沖信號(hào)。井下儀器串裝配在一根短鉆鋌內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)操作方便，對(duì)儀器保護(hù)性好。

圖1 井下儀器示意圖

1.2 地面信息接收處理系統(tǒng)

地面解碼設(shè)備由傳感器、防爆盒與顯示器組成，如圖2所示。傳感器安裝于1502由壬錐頭內(nèi)，通過由壬與高壓立管連接，接收脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)；防爆盒內(nèi)安裝電源適配器與脈沖信號(hào)處理器，電源適配器將電源由220 V交流轉(zhuǎn)換為24 V直流，給顯示器供電，脈沖信號(hào)處理器將信號(hào)處理后發(fā)送至顯示器；顯示器顯示測(cè)量井斜。地面解碼設(shè)備實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的收集、分析處理及顯示功能，具備一級(jí)防爆要求。

圖2 地面設(shè)備組成圖

2 工作原理及技術(shù)參數(shù)

開泵開轉(zhuǎn)激活井下儀器電池；停泵時(shí)，測(cè)斜探管內(nèi)井斜傳感器測(cè)量測(cè)點(diǎn)井斜數(shù)據(jù)并編碼，閥芯蘑菇頭在液壓機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)至頂端；開泵后，蘑菇頭在泥漿推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，改變流道面積，產(chǎn)生降壓脈沖，液壓機(jī)構(gòu)控制蘑菇頭下行速度，產(chǎn)生不同脈沖信號(hào)，地面立管壓力傳感器接收脈沖信號(hào)，地面設(shè)備解碼并顯示井斜數(shù)據(jù)，根據(jù)作業(yè)需要可以實(shí)時(shí)測(cè)斜。

儀器主要技術(shù)參數(shù)

測(cè)斜范圍： 0°～20°

測(cè)斜誤差： ± 0.1°

地面讀取井斜誤差： ± 0.1°

傳感器壓力范圍： 250～15 000 psi

電池壽命： ≥ 3 mon

電源電壓： 7.8 V

脈沖幅值： 100 psi

最高工作溫度： ≥ 165 ℃

工作排量范圍： 750～4 500 L/min

工具筒抗壓值： 15 000 psi

測(cè)量解碼時(shí)間： < 1 min

脈沖傳輸模式： 降壓

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

東海油氣田上部地層疏松，煤層發(fā)育，井壁穩(wěn)定性差，且易發(fā)生失返性漏失。為提高鉆井作業(yè)時(shí)效，降低作業(yè)成本，預(yù)防井眼復(fù)雜情況的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)通常采用大排量、大鉆壓、海水開路鉆進(jìn)，盡可能縮短裸眼暴露時(shí)間，快速鉆過上部地層，并盡快完成下套管、固井作業(yè)。為實(shí)時(shí)監(jiān)控上部地層在大鉆壓參數(shù)下井斜變化情況，2014年10月至2015年6月，將電子式隨鉆直井測(cè)斜儀器在東海油氣田多口直井中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用?，F(xiàn)以東海油氣田中NB區(qū)塊1井為例，該井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 東海油氣田中NB區(qū)塊1井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

該井Φ444.5 mm井眼采用海水開路鉆進(jìn)，為縮短裸眼浸泡時(shí)間，降低井下發(fā)生復(fù)雜情況的概率，需使用大鉆壓參數(shù)提高機(jī)械鉆速，快速通過該段地層；同時(shí)本井地質(zhì)設(shè)計(jì)提示該段地層傾角較大，如使用大鉆壓參數(shù)鉆進(jìn)，極易造成井斜迅速增加。綜合以上因素，決定采用電子式隨鉆直井測(cè)斜儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控井斜變化，為后續(xù)作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

連接傳感器、防爆盒、顯示器，并檢查電源及信號(hào)線路是否正常；設(shè)置井下探管，激活儀器電池，記錄電池電量；連接閥芯、探管、扶正器，組合井下儀器。

鉆具組合：Φ444.5 mm PDC鉆頭+Φ339.7 mm馬達(dá)(0.5°)+Φ203.3 mm直井測(cè)斜儀+Φ203.3 mm浮閥(不帶眼閥芯+承托環(huán))+Φ444.5 mm扶正器+Φ203.3 mm鉆鋌×8根+Φ203.3 mm(撓性短節(jié)+震擊器)+配合接頭+Φ139.7 mm加重鉆桿×17根+Φ139.7 mm鉆桿。

測(cè)斜過程：每鉆完一柱后，按正常流程接立柱；接完立柱提出卡瓦，平穩(wěn)快速地開泵至測(cè)量排量2 000 L/min～2 500 L/min；保持鉆柱靜止，在顯示器上輸入測(cè)深，讀取井斜數(shù)據(jù)；測(cè)斜結(jié)束，增加排量至鉆井排量繼續(xù)鉆進(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)斜曲線如圖3所示，藍(lán)色曲線代表時(shí)間泵壓曲線，綠色曲線表示地面儀器解碼出的脈沖強(qiáng)度。

對(duì)比地面解碼數(shù)據(jù)與井下探管記錄數(shù)據(jù)，如圖4所示，可以看出地面數(shù)據(jù)與探管數(shù)據(jù)基本相同，儀器數(shù)據(jù)傳輸解碼準(zhǔn)確率高。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)斜曲線

圖4 地面解碼數(shù)據(jù)與探管記錄數(shù)據(jù)對(duì)比圖

該井Φ444.5 mm井眼中測(cè)完后，起鉆前投測(cè)單點(diǎn)測(cè)量井深1 945 m處井斜為3°，測(cè)斜儀測(cè)量井深1 948.16 m處井斜為2.9°，數(shù)據(jù)相近；三開組合MWD下鉆復(fù)測(cè)井斜，MWD測(cè)量井深1 000 m處井斜1.4°，測(cè)斜儀測(cè)量井深985.71 m處井斜為1.4°，說明測(cè)斜儀測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。綜上，測(cè)斜儀測(cè)量及傳輸解碼準(zhǔn)確率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)電子式隨鉆直井測(cè)斜儀在東海油氣田中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井斜變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握了上部地層對(duì)鉆井參數(shù)的敏感性，為后續(xù)作業(yè)提供了數(shù)據(jù)支持；

2)電子式隨鉆直井測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)操作方便，測(cè)斜時(shí)間短，測(cè)量及傳輸解碼準(zhǔn)確率高，測(cè)斜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；

3)相比于單點(diǎn)測(cè)斜儀的滯后性，隨鉆測(cè)斜儀具備實(shí)時(shí)測(cè)斜，對(duì)鉆井過程有了更好的掌控，從而提高效率，節(jié)約成本。

[1] 袁 磊.電子式隨鉆測(cè)斜儀器的研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2013，41(7):78-81.

[2] 蔡文軍，王 平.機(jī)械式無線隨鉆測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)原理及性能特點(diǎn)[J].石油機(jī)械，2005，33(9):49-50.

[3] 于永剛，楊國輝，譙世均，等.MWD導(dǎo)向系統(tǒng)防斜打直技術(shù)在東9井的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2005，28(1):15-17.

[4] 韓玉璽，李進(jìn)付，蔡文軍.機(jī)械式無線隨鉆測(cè)斜儀在深井超深井中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].鉆采工藝，2007，30(3):21-22.

[5] 王 若.隨鉆測(cè)井技術(shù)發(fā)展史[J].石油儀器，2001，15(2):5-7，15.

Application of the Electronic Inclinometer for Vertical Well While Drilling in Offshore Oilfield

LI Qicui1，SHI Wenzhuan2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.Ltd.,Shanghai200335,China；2.ShanghaiBranchofCNOOCCo.Ltd.,Shanghai200335China)

While drilling vertical wells, before conventionally pulling out of hole, the way of measuring well deviation by sending multipoint inclinometer or using logging winch to pull single-point inclinometer usually lags seriously. It leads to the well deviation beyond the design. So the electronic inclinometer for vertical well while drilling is used to monitor the change of well deviation real-timely. Taking the Ningbo block 1 well of the east China sea for example, the field application shows that the measuring data is accurate, which can provides on-site guidance timely and effectively, improves the working efficiency, and reduces the logging cost markedly.

vertical well; electronic inclinometer; measurement while drilling; pulse

李啟翠，女，1986年生，助理工程師，2014年獲長江大學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)在從事海上鉆完井設(shè)計(jì)工作。E-mail：liqicui@163.com

TE271

A

2096-0077(2016)05-0041-03

2016-03-17 編輯：高紅霞)