，

(1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院 黑龍江 大慶 163453;2. 大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院 黑龍江 大慶 163413 )

淺析FEWD隨鉆測(cè)量?jī)x器常見(jiàn)故障及預(yù)防措施*

陶麗杰1，高立軍2

(1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院 黑龍江 大慶 163453;2. 大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院 黑龍江 大慶 163413 )

FEWD隨鉆測(cè)量?jī)x器是國(guó)際上90年代以來(lái)廣泛應(yīng)用于石油鉆探領(lǐng)域的隨鉆測(cè)量?jī)x器。它是在MWD隨鉆測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種隨鉆井眼軌跡和地層參數(shù)以及工程參數(shù)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的先進(jìn)裝備。針對(duì)FEWD現(xiàn)場(chǎng)使用中常見(jiàn)故障進(jìn)行了原因分析,提出了主要預(yù)防及保護(hù)措施。通過(guò)嚴(yán)格技術(shù)措施,規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程,改善儀器使用環(huán)境，加強(qiáng)協(xié)作方有效溝通等預(yù)防及保護(hù)措施，能有效地降低儀器故障率，提高儀器應(yīng)用水平和使用效率，對(duì)降低鉆井成本和提高油田開發(fā)效益具有重要意義。

FEWD; 測(cè)量?jī)x器; 常見(jiàn)故障;使用效率

0 引 言

近年來(lái), 隨著水平井技術(shù)的發(fā)展和完善, FEWD無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器已經(jīng)在水平井開發(fā)特別是薄層、邊沿等復(fù)雜油藏方面成效顯著, 成為油田勘探開發(fā)的重要手段。FEWD 系統(tǒng)由地面設(shè)備和井下工具串兩部分組成。地面設(shè)備主要是具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能的INSITE數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，井下工具串分為脈沖信號(hào)單元和井下測(cè)量單元2部分，主要包括脈沖發(fā)生器(PUSLER)、定向探管(PCD)、中央控制器(HCIM)、自然伽馬測(cè)井傳感器(DGR)、電阻率測(cè)井傳感器(EWR-PHASE 4)。該儀器自引進(jìn)以來(lái)，累計(jì)施工800余口水平井，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但在現(xiàn)場(chǎng)施工中, 由于儀器高頻率使用，施工環(huán)境不達(dá)標(biāo)，部分配件質(zhì)量差，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不規(guī)范等多種因素的影響，導(dǎo)致儀器故障率增加, 降低了儀器使用效率，影響了施工進(jìn)度，增加了鉆井成本。

1 FEWD現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)故障及原因分析

依據(jù)FEWD[1]基本結(jié)構(gòu)組成,綜合分析FEWD的實(shí)際應(yīng)用情況, 現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)故障主要包括PUSLER脈沖器故障、EWR電阻率短節(jié)故障、DGR 自然伽馬短節(jié)故障、HCIM 短節(jié)故障, 以及井下儀器各短節(jié)上的耐磨套磨損等。

1.1 PUSLER脈沖器故障

脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)是FEWD測(cè)量?jī)x能否正常工作的重要條件, 脈沖器故障的直觀表現(xiàn)就是不能檢測(cè)到脈沖信號(hào)或者無(wú)法正常解碼。統(tǒng)計(jì)分析脈沖器故障主要包括定/轉(zhuǎn)子角度、限流環(huán)尺寸選擇不匹配，脈沖器外圍件質(zhì)量不合格，鉆井液性能不能滿足儀器施工要求，脈沖信號(hào)受到外界因素干擾。

1)定/轉(zhuǎn)子角度、限流環(huán)尺寸選擇不匹配

定子的選擇決定了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速影響脈沖器的正常工作[2]。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過(guò)高，極易燒壞探管，縮短脈沖器壽命。如果轉(zhuǎn)速過(guò)低，使脈沖器的推力不夠，致使儀器沒(méi)信號(hào)。對(duì)于一定的泥漿排量，脈沖信號(hào)強(qiáng)度隨限流環(huán)內(nèi)徑的減小而增大[3]。隨著脈沖信號(hào)強(qiáng)度的增大，脈沖發(fā)生器所承受的負(fù)荷也相應(yīng)增加。實(shí)際使用中，脈沖發(fā)生器所承受的負(fù)荷應(yīng)在保證一定的脈沖信號(hào)強(qiáng)度的情況下，仍能正常工作。

2)脈沖器外圍件質(zhì)量不合格

脈沖發(fā)生器國(guó)產(chǎn)外圍件主要包括蘑菇頭、轉(zhuǎn)子等，由于國(guó)產(chǎn)件質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致儀器無(wú)信號(hào)或儀器有效使用時(shí)間減少。轉(zhuǎn)子偏磨主要現(xiàn)象為儀器井下工作一段時(shí)間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸降低，最終表現(xiàn)為無(wú)壓力脈沖信號(hào)[4]。蘑菇頭承受力的大小影響脈沖器的工作情況和信號(hào)的強(qiáng)弱，蘑菇頭損壞將直接導(dǎo)致脈沖器的膠囊破裂，造成儀器無(wú)信號(hào)，泥漿進(jìn)入脈沖器內(nèi)部，致使脈沖器內(nèi)部部件嚴(yán)重?fù)p壞。

3)鉆井液性能不能滿足儀器施工要求

由于脈沖器在井下是與鉆井液直接接觸的，因此鉆井液性能達(dá)不到儀器使用要求，將直接損壞脈沖器或?qū)е旅}沖信號(hào)減弱[5]。鉆井液中雜質(zhì)多，如石粉袋子、鉆井泵凡爾膠皮、鐵絲等雜物進(jìn)入儀器堵住脈沖器致使脈沖器損壞；鉆工誤操作導(dǎo)致手工具、鉗牙等小金屬物件掉入井內(nèi)，擊碎脈沖器部件致使儀器無(wú)信號(hào)；鉆井液含砂量和有害固相含量高，使脈沖器本體及外圍件受到嚴(yán)重沖蝕，導(dǎo)致儀器信號(hào)減弱或無(wú)信號(hào)；鉆井液粘度高，脈沖信號(hào)阻尼增大，無(wú)法傳到地面，致使地面無(wú)法檢測(cè)到脈沖信號(hào)。

4)脈沖信號(hào)受到外界因素干擾

脈沖信號(hào)受到外界因素干擾主要分為鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和地面工作環(huán)境對(duì)脈沖信號(hào)的干擾兩部分[6]。鉆井液循環(huán)系統(tǒng)主要表現(xiàn)為泥漿泵工作狀況不好、上水有問(wèn)題，易損件質(zhì)量問(wèn)題、空氣包壓力不足等產(chǎn)生較大的噪音，泵沖的頻率與脈沖頻率接近，泵壓突變，鉆具震動(dòng)，鉆井液中加入藥劑或含有大量氣泡等，就會(huì)干擾信號(hào)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響信號(hào)檢測(cè)。地面工作環(huán)境的干擾主要是受地面數(shù)據(jù)線屏蔽性能的影響，地面數(shù)據(jù)線在接收到壓力傳感器的信號(hào)后，在向主機(jī)傳輸?shù)倪^(guò)程中往往會(huì)受到變頻電機(jī)、供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)等信號(hào)的干擾，導(dǎo)致波形雜亂，不能解碼[7]。

1.2 EWR電阻率短節(jié)故障

EWR電阻率短節(jié)殼體的耐磨帶磨損較快，四個(gè)發(fā)射級(jí)與兩個(gè)接收級(jí)天線部位是最易破損、斷裂或者有泥漿滲入的，故障主要表現(xiàn)為測(cè)量值為0 Ω·m或2 000 Ω·m，都是EWR接收板損壞，導(dǎo)致儀器不能接收到發(fā)射的電磁波，或不能對(duì)接收到的電磁波參數(shù)進(jìn)行正確處理，從而導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)異常，儀器不能正常工作。

損壞原因主要是：儀器超排量使用，沖蝕厲害；井眼與儀器尺寸不匹配，儀器擺動(dòng)和震動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致發(fā)射極部位和井壁接觸面積過(guò)大，從而損壞儀器；運(yùn)輸過(guò)程中由于嚴(yán)重的顛簸振動(dòng)對(duì)儀器造成的損傷；高造斜率井段導(dǎo)致儀器天線部位應(yīng)力集中，造成儀器損壞。

1.3 DGR自然伽馬短節(jié)故障

DGR傳感器是由兩個(gè)帶獨(dú)立電路而且相對(duì)的蓋格-米勒管組成。該設(shè)計(jì)可以提供兩套獨(dú)立的伽馬測(cè)量數(shù)據(jù)，儀器在實(shí)時(shí)傳輸時(shí)的計(jì)算數(shù)值為BANK A和BANK B的平均值。一旦兩者之一發(fā)生故障，另一個(gè)可以提供校正的伽瑪測(cè)量。DGR自然伽馬傳感器主要是在施工中故障表現(xiàn)為上傳無(wú)效的原始測(cè)量COUNTS值為0或255，或者DGR的實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)突然降至前段測(cè)量數(shù)據(jù)的一半。

原因主要是鉆井過(guò)程中鉆具振動(dòng)過(guò)大，0值是儀器內(nèi)部接觸不良或閃爍計(jì)數(shù)管損壞，255值是儀器上傳通路出現(xiàn)故障。其原因主要是鉆井過(guò)程中鉆具振動(dòng)過(guò)大。DGR的實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)突然降至前段測(cè)量數(shù)據(jù)的一半。

1.4 HCIM短節(jié)故障

HCIM短節(jié)故障主要表現(xiàn)為下總線NO RESPONSE無(wú)響應(yīng)或死機(jī)，井下儀器不能正常工作。分析認(rèn)為，其原因主要有：CIMHANGER嚴(yán)重沖蝕或阻抗不夠，下總線通訊中斷；鋰電池電量非正常耗盡，導(dǎo)致HCIM下總線死機(jī)。

1.5 井下儀器耐磨套磨損

為保護(hù)鉆鋌內(nèi)傳感器的安全, 在各個(gè)傳感器部位的鉆鋌上設(shè)計(jì)了數(shù)個(gè)耐磨套, 對(duì)保護(hù)儀器起了重要作用, 但阻礙了環(huán)空鉆井液的上返。如果井眼不暢通, 排量小, 攜砂不好,井眼曲率變化率高, 鉆壓大等因素的作用, 會(huì)導(dǎo)致井下儀器的耐磨套磨損速度加快，耐磨套外徑變小，從而使儀器本體磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致儀器無(wú)法正常工作。主要原因是鉆具振動(dòng)大、鉆井液含砂量高、井眼曲率大。

2 主要預(yù)防及保護(hù)措施

2.1 脈沖器故障預(yù)防及解決措施

針對(duì)脈沖器現(xiàn)場(chǎng)使用中常見(jiàn)的故障現(xiàn)象及原因分析，主要采取了以下預(yù)防措施，以解決脈沖器無(wú)信號(hào)問(wèn)題。

1)正確選擇定/轉(zhuǎn)子角度、限流環(huán)尺寸

施工前及時(shí)了解施工井信息，根據(jù)井眼尺寸、井深、泥漿排量等，依據(jù)350/650/1200系統(tǒng)定子選擇表選擇合適的定子才能使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速，使脈沖器工作在最佳狀態(tài)，以產(chǎn)生最佳的脈沖信號(hào)。

1200系統(tǒng)定子選擇表如圖1所示。

圖1 1200系統(tǒng)定子選擇表

2)提高脈沖器外圍件質(zhì)量

脈沖器外圍件質(zhì)量直接影響脈沖器信號(hào)強(qiáng)弱及脈沖器使用壽命，在進(jìn)行脈沖器安裝前，必須嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，加強(qiáng)外圍件質(zhì)量的把控。一是根據(jù)原裝進(jìn)口外圍件的材質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)外圍件材質(zhì)及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行有效檢測(cè)檢驗(yàn)，對(duì)于不符合要求的外圍件堅(jiān)決不能使用；二是加強(qiáng)時(shí)效統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)外圍件使用情況進(jìn)行有效分析，制定不同批次、不同外圍件的維修保養(yǎng)周期，以保障脈沖器處于最佳工作狀態(tài)。

3)提高鉆井液性能

鉆井液對(duì)脈沖器易損件的沖蝕與鉆井液中含砂量的平方和鉆井液流動(dòng)速度(排量)成正比，因此，控制鉆井液中的含砂量和固相含量是減小易損件沖蝕的關(guān)鍵?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)井隊(duì)固控設(shè)備的巡查監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行隨鉆儀器施工技術(shù)要求，提高鉆井液4級(jí)凈化設(shè)備的使用率，有效控制鉆井液含砂量在0.5%以內(nèi)，減少對(duì)脈沖器的沖蝕。同時(shí)，應(yīng)降低有害固相和塑性粘度，以降低脈沖信號(hào)的衰減幅度。

4)減小外界因素對(duì)信號(hào)的干擾

根據(jù)產(chǎn)生脈沖信號(hào)干擾的因素，一是檢查泥漿中是否氣泡過(guò)多，如果氣泡含量過(guò)多，應(yīng)加入一定量的消泡劑，以減小氣泡對(duì)脈沖信號(hào)的衰減；二是觀察水龍帶是否跳動(dòng)，空氣包壓力是否達(dá)到立管壓力的30%～40%，檢查泵的噪音是否過(guò)大，如果出現(xiàn)以上現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)檢修泥漿泵，充足空氣包壓力，以減小泵噪對(duì)脈沖信號(hào)的影響。三是避免地面電信號(hào)的干擾，數(shù)據(jù)線應(yīng)避免與電力線，其他信號(hào)線等交叉、并行，遠(yuǎn)離有干擾的線路；儀器房擺放遠(yuǎn)離其他井上帶電設(shè)備，工作機(jī)配備ups并遠(yuǎn)離高頻設(shè)備，保證供電電源、地面設(shè)備主機(jī)、傳感器等接地良好，減少干擾。

2.2 井下測(cè)量單元故障預(yù)防及解決措施

1)嚴(yán)格控制造斜率，保證井眼暢通

嚴(yán)格控制造斜率是保證井眼暢通，減小井下鉆具振動(dòng)的關(guān)鍵，嚴(yán)格執(zhí)行短起下及劃眼技術(shù)是井眼清潔，減少井底沉砂的保障。

嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)造斜率在25°/100 m以下,科學(xué)、合理地選擇動(dòng)力鉆具，嚴(yán)格控制實(shí)際造斜率在儀器要求范圍內(nèi)。建議在FEWD現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，測(cè)量人員和工程人員密切配合，優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)、精確軌跡控制，保證井眼平滑，避免因局部的高造斜率井段導(dǎo)致儀器應(yīng)力集中, 造成儀器損壞。同時(shí)，鉆進(jìn)中司鉆應(yīng)送鉆均勻，避免因鉆壓突變引起井下儀器劇烈振動(dòng)，造成電阻率、伽馬、中控等井下傳感器元器件損壞,導(dǎo)致測(cè)量值錯(cuò)誤。

嚴(yán)格執(zhí)行短起下及劃眼技術(shù)，每鉆完一個(gè)單根至少正、倒劃眼一次，每鉆完一柱鉆桿再進(jìn)行正、倒劃眼一次，若震動(dòng)篩返砂較多需增加劃眼次數(shù)。每鉆進(jìn)150 m或不超過(guò)24 h短起下一次，并遵循“兩短一長(zhǎng)”原則，長(zhǎng)短起倒劃眼至井斜40°井段，短起下鉆后至少循環(huán)一周再恢復(fù)鉆進(jìn)。短起下及劃眼技術(shù)確保了井眼暢通,減少了井底沉砂，避免了因小井眼或臺(tái)肩的出現(xiàn)及井眼沉砂對(duì)儀器電阻率天線的嚴(yán)重沖蝕及對(duì)耐磨套的過(guò)度磨損,很好的保護(hù)了儀器。

2)嚴(yán)格技術(shù)措施，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作

完善儀器操作規(guī)程，并要求施工人員嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。強(qiáng)化技術(shù)措施，使現(xiàn)場(chǎng)施工做到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，杜絕不規(guī)范作業(yè)，減小因吊裝、運(yùn)輸、井口安裝等因素造成電阻率天線損壞、伽馬通訊中斷、中控短節(jié)無(wú)響應(yīng)等儀器故障，降低儀器作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行儀器的安裝、拆卸以及下井施工。在吊裝過(guò)程中, 使用雙吊帶吊裝儀器, 不要從儀器中間的薄弱環(huán)節(jié)吊儀器，在井場(chǎng)應(yīng)將儀器放置在安全的地方，防止磕碰損壞儀器，尤其電阻率短節(jié)不得與于鐵質(zhì)物體接觸。在運(yùn)輸過(guò)程中, 要放置墊木或輪胎,控制車輛的行駛速度,防止儀器在運(yùn)輸過(guò)程中因嚴(yán)重顛簸而損壞。

FEWD 上下部使用保護(hù)接頭, 配、卸鉆具時(shí), 規(guī)范操作, 防止損壞鉆具。上扣前仔細(xì)檢查臺(tái)階面和絲扣無(wú)損傷，涂勻潤(rùn)滑脂，用手上緊后再用大鉗按照上扣扭矩標(biāo)準(zhǔn)緊扣，防止粘扣、松扣、鉆具刺漏等事故發(fā)生。

現(xiàn)場(chǎng)人員要及時(shí)認(rèn)真記錄儀器原始數(shù)據(jù), 準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)儀器工作時(shí)間、工作狀況, 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象要分析原因，采取有效措施及時(shí)解決、匯報(bào)。

3 取得效果

2016年自采取以上預(yù)防及保護(hù)措施以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)操作、車間維修以及各協(xié)作方都能嚴(yán)格執(zhí)行FEWD測(cè)量?jī)x器技術(shù)要求，使該儀器的使用走上了科學(xué)、規(guī)范的軌道。

2016年儀器故障率較2015年降低了52.2%，F(xiàn)EWD主要短節(jié)故障次數(shù)見(jiàn)表1。

因儀器故障導(dǎo)致平均單井延誤時(shí)間由2015年的24.36 h/口井降低為11.42 h/口井，極大地提高了儀器的使用效率，降低了鉆井成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)改善儀器工作環(huán)境，嚴(yán)格控制造斜率，提高鉆井液性能，降低鉆井液含砂量、有害固相，減少儀器的沖蝕和疲勞損壞。

表1 FEWD主要短節(jié)故障次數(shù)對(duì)比

2)加強(qiáng)維修與現(xiàn)場(chǎng)操作人員的閉環(huán)管理，提高維修人員和操作人員的技能水平, 規(guī)范操作,精細(xì)維修，防止人為失誤，減少或避免發(fā)生故障的可能性。

3)根據(jù)施工井設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)不同工況，合理選用MWD與FEWD分段施工,既能減少儀器發(fā)生故障的幾率，提高施工效率，又能降低鉆井成本。

4)建立風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)機(jī)制，加強(qiáng)與甲方和各施工方的橫向協(xié)調(diào)和技術(shù)交流，嚴(yán)格執(zhí)行FEWD測(cè)量?jī)x器技術(shù)要求，提高儀器使用效率，為甲方提供更好的技術(shù)服務(wù)。

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AnalysisonCommonFaultsandPrecautionaryMeasuresofFEWD

TAOLijie1，GAOLijun2

(1.ProductionEngineeringResearchInstituteofDaqingOilfieldCo.Ltd，Daqing，Heilongjiang163453，China; 2.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstituteofDaqingDrilling&ExplorationEngineeringCorporation，Daqing，Heilongjiang163413，China)

As a kind of wireless logging while drilling equipment, FEWD is widely used in the field of oil drilling since 1990s. FEWD, which is based on MWD, is a kind of advanced equipment to measure drilling trajectory, formation parameters and engineering parameters at the same time. This paper analyzes the causes of common faults of the using of FEWD in the field, and presents main precautionary and protective measures. By strict technical measures, regulating the operation rules of the field, improving the use environment of the equipment, strengthening the effective communication between the cooperators and other measures, the fault rage can be reduced effectively and the service efficiency and level of the equipment can be improved, Which is of great significance to reduce drilling cost and improve oilfield development benefit.

FEWD; measuring instrument; common fault; service efficiency

黑龍江省青年科學(xué)基金“旋轉(zhuǎn)振動(dòng)鉆具的共振碎巖鉆孔機(jī)理研究”(項(xiàng)目編號(hào)：QC2012C022)

陶麗杰，女，1981年生，工程師，2008年畢業(yè)于東北石油大學(xué)鉆井工程專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事鉆井工程設(shè)計(jì)及理論研究工作。E-mail：39474382@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2017)05-0094-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.024

2017-05-11編輯高紅霞)