田逢軍，郝寧，陳琪，王萬慶，丁黎

(1.川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西 西安 710000；2.長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710000)

0 引言

隨鉆測量技術(shù)最早興起于國外，到1980年Schlumberger公司推出第一支隨鉆測量(MeasureWhileDrilling)工具M1，僅能提供井斜、方位和工具面測量。定向鉆井技術(shù)的研發(fā)促進了MWD工具的快速發(fā)展，使其在數(shù)據(jù)傳輸速率、穩(wěn)定性、耐磨性、工作頻率可變、抗振性、體積更小等方面表現(xiàn)逐漸變優(yōu)異。隨著高斜度井、水平井、 大位移井的增多，隨鉆測量工具與鉆井工具組合形成類似于常規(guī)電纜測井，并能夠?qū)崟r數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛娴碾S鉆測井(Logging WhileDrilling)技術(shù)[1]。 隨鉆測量技術(shù)包括地面和地下測量兩部分，井下系統(tǒng)包括供電、測量、信號發(fā)生和數(shù)據(jù)傳輸四部分。井下系統(tǒng)一般由電池或渦輪供電。電池供電有持續(xù)供電優(yōu)勢，但作業(yè)時間一般較短；渦輪供電則需要在開泵工作的條件下實現(xiàn)供電，但其適應(yīng)各種排量和耗電量較大的工作環(huán)境。測量部分(MWD)可提供鉆井軌跡的井斜、方位、 工具面等參。MWD工具與某些特殊功能的測量短節(jié)組合可測量伽馬、電阻率、鉆壓、扭矩、環(huán)空壓力、環(huán)空密度、環(huán)空溫度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)通過MWD信號傳輸至地面，這些測量短接通常稱MWD外掛儀器。

國內(nèi)隨鉆測量技術(shù)較國外起步較晚，2000年左右國內(nèi)生產(chǎn)常溫?zé)o線隨鉆測量工具，并陸續(xù)在油氣田使用，2004年以后大規(guī)模使用，測量精度都能滿足鉆井軌跡控制需要，隨鉆技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用促進了鉆井技術(shù)的大飛躍，鉆井速度明顯提高、并且水平井向規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展。近年來，國內(nèi)的隨鉆測量工具不斷的發(fā)展，高溫高壓工具已經(jīng)成熟應(yīng)用。近鉆頭地質(zhì)測量等方面也有了很大發(fā)展，取得了一些成就，但與國外仍有很大差距。主要傳輸速率比較低等。

1 長慶區(qū)域主要特點

長慶油田憑致密氣、頁巖油規(guī)模開發(fā)打破“天花板”— 驅(qū)動“三低”油氣田高質(zhì)量發(fā)展，隴東國家級頁巖油示范區(qū)建設(shè)支撐慶城10億t大油田開發(fā)，致密氣是我國最大的致密氣產(chǎn)地，油氣并舉，項目眾多，作業(yè)井井型多樣化、垂深變化范圍1 000～4 600 m，平均井溫100 ℃，整體呈現(xiàn)出鉆井成本低、速度快、容錯空間小的特點，隨鉆儀器以國產(chǎn)下座鍵儀器為主，兼顧部分進口儀器及國產(chǎn)上懸掛儀器。常規(guī)井提供隨鉆定向服務(wù)及工程測量，水平井提供隨鉆定向及伽馬測量；開窗側(cè)鉆井提供陀螺服務(wù)及小徑儀器隨鉆測量及定向服務(wù)；使用的隨鉆測量工具大部分傳輸速率1 bit/s以下。

目前開發(fā)的井型水平井占比比較大，大平臺大井叢工廠化鉆井，大偏移距，長水平段取得突破，鉆探長水平段的能力受多種因素影響，技術(shù)進步的關(guān)鍵是能夠在一趟鉆中精確地鉆進更長井段。這要通過提高定向鉆井工具的可靠性來實現(xiàn)，包括馬達、隨鉆測量和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)。

2 主要存在的問題及挑戰(zhàn)

2.1 水平井大規(guī)模多層系開發(fā)，地質(zhì)條件不一

為了鉆遇地質(zhì)“甜點”隨鉆地質(zhì)調(diào)整頻繁等特點。需要隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工具，隨鉆近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具幫助地質(zhì)工程師及時研判地層巖性等目的層情況。根據(jù)地層鉆遇情況及時調(diào)整實鉆提高鉆遇率。

2.2 塌漏矛盾，提前加重等問題突出

超前注水區(qū)，為維護井壁穩(wěn)定及防漏需要，鉆井液比重比較高。氣田 “雙石層”坍塌、劉家溝漏失，油井部分區(qū)塊侏羅系漏失嚴(yán)重，水平段目的層裂縫或斷層導(dǎo)致井漏嚴(yán)重，目的層鉆遇泥易坍塌，部分區(qū)塊井溫120～140 ℃；能滿足添加堵漏劑及加大比重下使用。

2.3 投資逐年下降、運營成本升高，經(jīng)營壓力大

甲方單井勘探投入整體呈下降趨勢；受原材料漲價、人工成本增高、環(huán)保需求升級的影響，施工單位整體運營成本大幅度增加；施工難度越來越大，甲方技術(shù)需求逐年升高，產(chǎn)品換代升級投入需要資金大；低成本提速提效格局下造成儀器NPT時效幾乎無“容錯空間”。鉆井成本低，儀器方面投入減少，大量儀器超負荷使用。

2.4 全面“激進鉆井”

優(yōu)選大功率螺桿，大鉆壓、高轉(zhuǎn)速全面推廣、大排量規(guī)模化應(yīng)用；鉆井參數(shù)不斷優(yōu)化，機械鉆速顯著提高。鉆井周期縮短。隨鉆測量儀器使用頻率高，使用時間長，國產(chǎn)儀器故障率明顯提高，主要體現(xiàn)為高震動、高沖刷帶來的探管夾表損壞、脈沖器機械件提前沖蝕等系列問題。近年來整體故障率較激進參數(shù)推廣前增加50%以上，嚴(yán)重制約著鉆井后續(xù)提速。隨鉆測量工具需適應(yīng)鉆井環(huán)境的變化。

2.5 小井眼，綠色環(huán)保鉆井

因綠色開發(fā)及環(huán)保要求，老井側(cè)鉆井及部分井需要小井眼完成，鉆頭尺寸變小，鉆具及隨鉆測量工具外徑也要相應(yīng)變小。

2.6 進口隨鉆測量儀器“卡”脖子

近年，國產(chǎn)隨鉆測量儀器在不斷的改進，但仍存在功能單一、故障率高，穩(wěn)定性不足的問題，與進口儀器還存在較大差別。

部分進口儀器存在保養(yǎng)維修周期長、費用高、工具儲備不足等情況。以三大油服為例：借助旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、近鉆頭工具、LWD等工具壟斷，價格高、合同條款要求嚴(yán)，甚至出現(xiàn)過工具作業(yè)費用高于鉆機費用的情況。

3 對隨鉆測量儀器的需求

3.1 傳輸速率方面，隨鉆測量工具

不僅要滿足測量鉆井軌跡數(shù)據(jù)，鉆井地質(zhì)導(dǎo)向及工程參數(shù)儀等外掛工具，需要應(yīng)用無線隨鉆測量儀器傳輸井下測量數(shù)據(jù)，國產(chǎn)隨鉆測量工具使用機械脈沖器，傳輸速率在1bit/s以下，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越多，傳輸速度越慢。傳輸速率，數(shù)據(jù)解碼失真等問題成為攔路虎。

3.2 測井方面

國際項目隨鉆測井逐步成為標(biāo)配，最新數(shù)據(jù)顯示，國際上近50%常規(guī)測井工作量逐步被隨鉆測井取代，隨鉆測井的前提是高速化的數(shù)據(jù)傳輸能力，基本達到3～6 bit。國產(chǎn)隨鉆測量工具目前還達不到。

3.3 儀器穩(wěn)定性、功能性改造方面

國產(chǎn)儀器Tensor通訊協(xié)議比較多[2]，具有操作簡便、使用維護費用低、鉆探公司保有量大等特點，但該儀器結(jié)構(gòu)決定了減震效果差、特別是激進鉆井后故障率大幅增加。盡管不斷的改進、改造、抗沖蝕研究等但仍不能滿足需要，為鉆井一趟鉆和提速提效的攔路虎。部分井儀器震動劇烈、相當(dāng)一部分井需要加入堵漏材料，對儀器抗堵、抗震，穩(wěn)定性要求比較高。

3.4 小型化、輕量化、無線化及模塊化方面

小井眼鉆井，常規(guī)45～48 mm桿徑儀器呈現(xiàn)出壓耗大，抗沖蝕、耐振動性能差的問題，儀器連續(xù)故障多次發(fā)生。嚴(yán)重影響鉆井速度及降本增效。需要φ38～42 mm小徑儀器，開窗側(cè)鉆井使用小徑儀器后故障率較常規(guī)儀器低75%左右。國內(nèi)油田現(xiàn)場技術(shù)人員普遍不足，單井現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員有限，需同時兼DD及MWD。需要儀器輕量化方便拆卸、安裝；隨著信息化進程的推進，儀器地面連接線存在高空臨邊等危險性較大的作業(yè)且連接線易夾斷老化等系列問題。因此對儀器地面鏈接無線化改造需求較高；為方便儀器的故障快速診斷，維修及保養(yǎng)，儀器內(nèi)部核心部件模塊化、批量化生產(chǎn)。用戶單位根據(jù)需求，自主進行檢測、更換，減少維修周期、提高儀器作業(yè)效率

3.5 外掛工具傳輸方面

油田水平井，大平臺大井叢，長水平段，大偏移距鉆井施工，特別是超低滲油田，頁巖油、致密氣的鉆井開發(fā)，儲層薄，儲層不確定性增多，鉆進過程需要地質(zhì)導(dǎo)向地層識別工具相結(jié)合，減少地質(zhì)循環(huán)及等指令，引導(dǎo)鉆頭在目的層中精準(zhǔn)鉆進，才能提高鉆遇率，提高鉆井效率。進口工具地質(zhì)識別效果好，甲方認可度高，但價格高昂。國產(chǎn)工具完成功能性試驗，但商業(yè)化應(yīng)用還需進一步驗證。為防止井下復(fù)雜及事故發(fā)生，需要使用井下參數(shù)儀、工程測量工具等外掛工具，實時檢測鉆頭、鉆具情況。

3.6 隨鉆測量工具所需能量及電池安全問題

由于儀器的超負荷使用，激進參數(shù)鉆井，使用外掛的地質(zhì)導(dǎo)向工具，儀器使用要滿足一趟鉆等提速提效需求，需要電量比較大，單電池使用時間短造成電池原因起下鉆，一般使用雙電池，但電池安全問題也比較突出。近年，電池在井下及地面發(fā)生爆炸時有發(fā)生，極少數(shù)的地面爆炸后對操作人員造成傷害，一方面要電池電量大使用時間長，另一方面電池更安全。使得電池的安全隱患大增，需要更安全的電池。儀器渦輪發(fā)電機可以替代電池，使用較為安全，但同時又存在停泵狀態(tài)不能測斜的問題。

4 隨鉆測量工具標(biāo)準(zhǔn)問題

現(xiàn)有隨鉆測量儀器標(biāo)準(zhǔn)多以廠家為主，缺少第三方權(quán)威機構(gòu)建立一套整個行業(yè)的通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各廠家標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；各鉆探公司標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；儀器作業(yè)環(huán)境要求、電路板使用報廢標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵條款無第三方理論支撐；鉆探公司提出采購、維修、配件、服務(wù)等技術(shù)需求無標(biāo)可依。與隨鉆測量儀器廠家易產(chǎn)生技術(shù)“爭論”。仲裁難度大，需要建立隨鉆測量儀器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

隨鉆測量儀器電池標(biāo)準(zhǔn)目前也不統(tǒng)一，廠家對自己的電池標(biāo)準(zhǔn)保密，出現(xiàn)電池爆炸等安全問題發(fā)生，同時低成本鉆井，儀器的超負荷運行都為儀器及電池的安全埋下隱患，建議由第三方權(quán)威機構(gòu)建立隨鉆測量工具電池的參數(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)及檢測辦法，規(guī)范使用標(biāo)準(zhǔn)。保障隨鉆測量工具的健康發(fā)展、安全發(fā)展。為石油鉆井行業(yè)發(fā)展做出貢獻。

5 結(jié)語

(1)隨鉆測量工具的更新?lián)Q代迫在眉睫，首先需要高的傳輸速度，高速脈沖發(fā)生器。傳輸速率達到3bit/s以上；

(2)國產(chǎn)化的近鉆頭測量工具及地質(zhì)導(dǎo)向工具需進一步突破，規(guī)?；瘧?yīng)用，提高地質(zhì)識別能力；

(3)隨鉆測量工具的高可靠性和穩(wěn)定性。適應(yīng)激進鉆井需要，這要求電子元器 件具有耐高溫、耐高壓、大存儲容量、抗磁干擾等特征。能適應(yīng)復(fù)雜條件下的隨鉆測量，如高斜度、薄儲層、小井眼甚至更惡劣環(huán)境下的測量；

(4)測量范圍更大、更全面、更精確、可視化。這在探邊和成像技術(shù)中運用較多要求較高；

(5)我國的隨鉆測量技術(shù)與國外的技術(shù)相比還相對比較落后。沒有行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及檢測機構(gòu)。不利于該項技術(shù)的發(fā)展。