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        電磁波隨鉆測量技術在煤層氣鉆井中的應用

        2019-09-10 07:22:44張美君
        石油研究 2019年5期
        關鍵詞:定向井煤層氣

        張美君

        摘要:由于電磁波隨鉆測量系統(tǒng)(EM-MWD)的技術特點適合煤層氣定向井作業(yè),因此在國內近幾年煤層氣開發(fā)中得到認可,且廣泛應用。文中對煤層氣鉆井的作業(yè)特點和使用電磁波傳輸?shù)膬?yōu)勢進行了闡述,并對SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)及在煤層氣鉆井中的應用情況進行了介紹。

        關鍵詞:電磁波隨鉆測量;煤層氣;定向井;多分支井

        一、煤層氣鉆井和EM-MWD技術的特點

        1.煤層氣鉆井特點

        目前開采的煤層氣一般埋藏在淺層,垂深在1000米以淺。煤層氣開發(fā)與油田開發(fā)相似,也主要有直井、一般定向井、水平井(含多分枝井)幾種井型,其中長水平段井和多分枝井技術的應用,可以有效增加井眼與煤層的接觸,提高單井的產(chǎn)氣量,因此煤層氣井一般垂深淺,水平段長,水垂比較大[1]。

        由于煤層較脆,鉆井過程中機械鉆速較快,且井眼容易垮塌。鉆速快,單位時間內進尺長,如果每米井深需要傳輸?shù)膮?shù)一定,則鉆速越快單位時間內需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大,對隨鉆測量儀器的傳輸率要求越高。井眼易垮塌,鉆井過程中容易發(fā)生復雜情況,一旦井下發(fā)生復雜情況,將井下儀器起出,然后處理井下復雜情況,可有效減少井下工具落井的損失,因此煤層氣鉆井使用的隨鉆測量儀器要求可打撈。

        2、EM-MWD技術的特點

        EM-MWD技術以電磁波方式傳輸信號,與泥漿脈沖傳輸方式相比,由于傳輸不依賴于泥漿循環(huán),其信號傳輸受泥漿性能影響小,在接單根期間可以傳輸數(shù)據(jù),測斜不額外占用鉆井時間的優(yōu)勢也越明顯,尤其對于機械鉆速越高,建井時間越短的作業(yè)。

        電磁波方式與國內常用泥漿脈沖相比傳輸率較高,國內常用泥漿脈沖的傳輸率一般不到1bps,電磁波傳輸方式可以達到幾bps。傳輸率越高在實際作業(yè)中參考數(shù)據(jù)更新越快,信息延遲時間越短。對于煤層氣淺井作業(yè),電磁波方式的傳輸率,能夠更好的滿足鉆速快對傳輸率要求高的需求。

        二、電磁波隨鉆測量系統(tǒng)

        這里以中國電子科技集團公司第二十二研究所研制了SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)為例介紹電磁波隨鉆測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為井下工具、地面系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)為下座鍵可打撈的結構形式,具備井眼姿態(tài)測量、方位伽馬、環(huán)空壓力測量能力,且為了滿足不同井眼作業(yè)的需求形成了系列化產(chǎn)品,絕緣天線(gap sub)有165/121/101mm等多個尺寸,具備小井眼的作業(yè)能力。

        1、系統(tǒng)組成

        SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要由井下工具與地面系統(tǒng)組成,其中井下工具主要包括絕緣天線、絕緣短節(jié)、發(fā)射機、電池、定向探管、方位伽馬與環(huán)空壓力測量短節(jié)、座鍵短節(jié)、打撈頭、引鞋、弓形扶正器等;地面系統(tǒng)主要包括接收天線、接口箱、筆記本(工控機)、司鉆顯示器、深度跟蹤相關傳感器、工程軟件等。井下工具完成參數(shù)測量和信號發(fā)射。主要測量參數(shù)有井斜、方位、工具面、上下伽馬、環(huán)空壓力。地面系統(tǒng)主要完成電磁波信號的接收、處理、解碼、換算、顯示、深度跟蹤等功能。

        2、系統(tǒng)技術指標

        SEMWD-2000電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要技術指標如表1所示。

        3、系統(tǒng)的技術特點

        SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要有以下技術特點。

        (1)發(fā)射機參數(shù)可調,系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)射功率,可在儀器下井前設置。根據(jù)作業(yè)井的實際情況,選擇系統(tǒng)工作頻率和井下發(fā)射機功率。

        (2)下座鍵、可打撈的結構形式,在井下出現(xiàn)復雜情況時,可用專業(yè)工具將井下儀器起出,便于后續(xù)處理。

        (3)為了煤層氣小井眼的作業(yè)需求,設計了外徑為101mm的絕緣天線;為了保證小井眼時鉆井液的流通面積,儀器扶正器處采取了縮徑的結構形式。

        (4)實現(xiàn)了方位伽馬與環(huán)空壓力測量,方位伽馬在鉆出煤層后,可幫助判斷出的頂層還是底層,便于后續(xù)軌跡的調整;環(huán)空壓力可幫助判斷井下復雜情況。

        (5)地面接口箱具有標準WITS接口,方便數(shù)據(jù)交互。

        (6)系統(tǒng)可用無線傳感器實現(xiàn)深度跟蹤,減少井場布線,方便作業(yè)。

        三、現(xiàn)場應用情況

        在沁水盆地電磁波隨鉆測量系統(tǒng)已廣泛應用,并表現(xiàn)出其技術優(yōu)勢。

        1、方位伽馬的導向作用

        方位伽馬在鉆井過程中可測量井周不同方向自然放射性信息,通過一定算法處理將窗口在不同方向的測量結果分開,在實際水平鉆井中主要關心上下兩個方向,SEMWD-2000B提供上下兩個方向的伽馬測量數(shù)據(jù)。ZX-XXX水平井作業(yè)中穿過煤層夾矸方位伽馬的時間和深度曲線。左側曲線為時間伽馬曲線,右側為深度伽馬曲線,其中黃色為上伽馬,紅色為上伽馬,說明了井眼由下向上穿過煤層夾矸的過程,由煤層進入夾矸上伽馬先變大,由夾矸進入上部煤層,上伽馬先變小。

        2、信號幅度與地層電阻率相關的應用

        電磁波隨鉆測量系統(tǒng)使用的天線為非對稱的偶極天線,天線的輸入阻抗與天線周圍的地層電阻率緊密相關。周圍地層電阻率的大小影響信號的大小,因此在煤層水平段信號的大小的突然變化具有一定的地質導向作用。

        四、結論

        EM-MWD傳輸率高,且信號幅度對地層電阻率敏感可用于判斷軌跡是否要出煤層,上方位伽馬測量信息,可進一步確認鉆進方向與上下底板的關系,兩項技術配合,作業(yè)優(yōu)勢明顯,非常適合煤層氣定向井(水平井、分枝井)的作業(yè),已得到業(yè)界認可。

        參考文獻:

        [1] 杜俊杰,范業(yè)活,韓永國.國內EM-MWD技術發(fā)展現(xiàn)狀及在煤層氣中應用展望[J].中國煤層氣.2014,11(S4):6~10.

        [2]李天祿,范業(yè)活,楊志強.SEMWD-2000電磁波隨鉆測量系統(tǒng)及現(xiàn)場試驗[J].錄井工程.2012,23(S2):64~67.

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