桑曉高 蒲小亮 安曉會 白旭峰

中海油田服務股份有限公司 天津 300459

1 引言

隨著海上油氣田勘探開發(fā)的深入，井網(wǎng)密集程度越來越高。以渤海為例，通常叢式井槽口間距不足2米，鄰井套管產生的磁場干擾使得隨鉆磁性測量工具方位測量不準確，無法準確判斷隔水管及淺層直井段的偏斜方向，極有可能引發(fā)井眼碰撞風險。目前渤海地區(qū)一般采用有線陀螺表層定向加復測套管軌跡的作業(yè)模式確保井眼軌跡的準確，時效較低。隨鉆陀螺GyroSphere提供了另外一種解決方案，使井下鉆具具備鉆進的過程中準確測量井眼軌跡的能力，有助于指導更精確的防碰繞障作業(yè)施工，切實有效提高了作業(yè)時效和安全性。

2 GyroSphere 工具介紹

2.1 GyroSphere 工具簡介

斯倫貝謝隨鉆陀螺GyroSphere采用MEMS（微電子機械系統(tǒng)）陀螺測斜技術，顯著提高了陀螺測斜的效率，提高測量準確度，相比較于有線陀螺，可大大減少作業(yè)所需的時間。MEMS技術利用內部的一個微型振動結構來確定行星旋轉的速度，如圖1所示，根據(jù)這個旋轉速度來確定井斜、方位以及工具面方位數(shù)據(jù)。

圖1 GyroSphere工具結構圖

GyroSphere可提供：

（1）靜態(tài)測斜：方位、井斜、靜止慣性工具面

（2）連續(xù)測量 （滑動鉆進）：實時連續(xù)慣性工具面

（3）其他：維度、地球轉速、Total G

2.2 GyroSphere 工具測量步驟

GyroSphere使用鋰電池供電，停泵后工具進入電池供電模式，首先進入30秒的自檢時段，隨后進入測斜采樣時段（每2分鐘測得一個測斜，每組測斜采樣10次，采樣次數(shù)可根據(jù)測斜成功率地面設置調整）。測完后，工具自動停止測斜采樣。

開泵進入MWD渦輪發(fā)電供電模式，工具將自動選擇測斜采樣時得到的測斜數(shù)據(jù)及獲取的10組數(shù)據(jù)中有幾個Good Survey及幾個Bad Survey，通過MWD泥漿脈沖上傳到地面系統(tǒng)。

持續(xù)15分鐘出連續(xù)工具面（注：只有得到好的測斜后，后續(xù)工具面才準確）。在出連續(xù)工具面期間的轉動打鉆會使得后續(xù)測量不準，所以DD在擺好工具面后需要劃線。

表1 GyroSphere工具測量精度

2.3 GyroSphere 工具定向操作步驟

鉆進至造斜點劃眼結束后，上下活動鉆具10米以上充分釋放扭矩；

停泵，卸開頂驅，座卡瓦保持鉆具靜止（根據(jù)現(xiàn)場震動情況，非必須卸開頂驅）；

游車保持靜止，同時平臺所有吊機停止工作（根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況），鉆臺不能有產生震動的操作；

停泵6～21min（首次測斜建議停泵21min，后續(xù)根據(jù)測斜成功率做調整）；

接立柱，提出卡瓦，保持鉆具靜止并開泵；

等待工具上傳測斜數(shù)據(jù)和工具面數(shù)據(jù)；

隨鉆工程師確認測斜和工具面成功后，擺工具面進行滑動作業(yè)，緩慢接觸井底鉆進。

3 現(xiàn)場應用及探究

3.1 應用背景

渤海油田某平臺A29井淺層防碰嚴重，需要提前造斜，進行防碰繞障，但繞障空間極小。作業(yè)井A29占用13#槽口，由于A20井隔水導管鞋在110米處井斜1.28度，向A29井（13#槽口）嚴重偏斜，如圖2所示。導致A29井在138米與A20井最近距離0.25米，分離系數(shù)1.23，繞障空間極小，如圖3所示。且在178米，A29與A24最近距離1.2米，A24井由本井右前方穿至左前方，若初始繞障方位偏大，井斜偏大，則與A24井防碰風險急劇增加。此外，A29在600～900米從A26井、A8井、A27井左下交叉至右下穿過。

圖2 槽口圖

表2 A20井軌跡數(shù)據(jù)

圖3 A29井與鄰井中心距掃描圖

綜上，本井淺層防碰嚴重，需要提前造斜，進行防碰繞障，但繞障空間極小。需要陀螺定向2次，另外陀螺定向前需要拉鉆桿軌跡，為了更好反映軌跡情況，建議測量陀螺軌跡數(shù)據(jù)時盡量測量至井底，從而更好地為防碰繞障作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。由于常規(guī)馬達組合+有線陀螺作業(yè)時測量零長38米左右，繞障盲區(qū)較長，無法準確得到管鞋偏斜情況，通常采用起鉆下入光鉆桿拉鉆桿軌跡的測量方法，針對本井的特殊情況需多次起下鉆。所以使用隨鉆陀螺工具，處理隔水管偏斜，一趟鉆完成本井段作業(yè)。

3.2 作業(yè)過程

3.2.1 鉆具組合

1 6 ” C O N E + 9 - 5 / 8 ” P D M + 8 ” F /V+1 2-1/4”S T B+8-1/4”G y r o S p h e r e+8-1/4”TeleScope+8”NMDC+8”UBHO+ 8”F/J&JAR+X/O+5”HWDP*14。

牙輪鉆頭：江漢 型號：GJT115GC 水眼：3×OPEN

馬達：立林 型號：U7LZ244*7.0-Ⅷ-SF 彎角：1.5° 馬達扶正套：403mm 級數(shù)：4.5級

3.2.2 GyroSphere應用方案

GyroSphere必須跟MWD一起使用，不能單獨使用；

GyroSphere根據(jù)實際情況既可以放在MED上面，也可以放在MWD下面，本井中為了離鉆頭更近放在MWD下方；

需要單獨測量GyroSphere到馬達的角差，并輸入軟件，測量方法同測量MWD到馬達角差的方法一致；

本井鉆具組合中GyroSphere測點零長14.15米；

GyroSphere提供靜態(tài)井斜，靜態(tài)方位和陀螺工具面，不提供連續(xù)井斜和連續(xù)方位。井斜5度之內使用陀螺工具面，5度之上使用重力工具面；

本井在MWD轉換為重力工具面之前使用陀螺工具面進行定向，效果良好；

GyroSphere單個測斜需要2分鐘，為保證定向成功率，本井首次定向測斜時靜止了15分鐘；

測斜完成之后，地面軟件會同時顯示MWD測斜和GyroShpere測斜。

3.2.3 作業(yè)過程組合鉆具，測量角差，下鉆引馬達高邊線；第一次定向：

鉆進至110米，第一次定向：循環(huán)掃稠漿，按引線調整工具面，上下活動鉆具釋放扭矩后上提鉆具至套管內，座卡瓦、卸開頂驅，鉆臺停止一切其他作業(yè)，吊車停止工作；

等待15分鐘，開泵，等待上傳，工具一共測7組測斜數(shù)據(jù)，7組均合格。陀螺測斜MD=91.89米，INC=0.88度，Azi=263.51度，判斷隔水管偏向西南側，遂決定從280度方向繞障；引線與定向誤差20度，朝工具面M300～330度定向9米。后陀螺斜MD=139.62米，Azi=1.04度，方位278.18度，符合預期。

重新模擬軌跡并防碰計算，過A29井防碰后井斜不宜偏大，為避免井斜偏大造成后續(xù)防碰風險，采取小鉆壓、低轉速鉆進至212米，期間未按GyroSphere工程師要求的測斜程序專門測斜，接立柱期間即可測得2組測斜，并且90%以上均是合格測斜，對本井防碰繞障作業(yè)提供了很好數(shù)據(jù)支持。

第二次定向：

鉆進至212米，第二次定向：循環(huán)掃稠漿，按引線調整工具面，上下活動鉆具釋放扭矩后，座卡瓦、不卸頂驅，鉆臺停止一切其他作業(yè)；

根據(jù)已有測斜成功經驗，等待10分鐘，開泵，等待上傳；設計定向方位297度，引線與定向誤差10度，調整工具面至M300定向造斜，后測得方位299～301度，定向精準。

3.3 測量結果分析

通過三種工具測量結果的互相對比，軌跡走向一致，如圖4所示，中心距偏差最大1米以內，測量數(shù)據(jù)基本一致（插入測點對比），如表3所示。尤其是隔水管內的測量，受磁干擾影響，MWD無法測得準確方位，而隨鉆陀螺GyroSphere的測量結果與有線陀螺測斜基本一致，對處理隔水管/直井段偏斜有指導意義。

表3 GyroSphere與MWD及有線陀螺數(shù)據(jù)

圖4 軌跡分析圖

4 作業(yè)經驗及應用展望

4.1 優(yōu)勢分析

4.1.1 實時測量，軌跡更精確

槽口間距2米×1.8米，井間相互磁干擾，MWD測斜儀無法判斷隔水管及淺層直井段的偏斜情況，對淺層防碰繞障造成較大難度，個別井防碰嚴重時，需要下入光鉆桿拉軌跡，起下鉆浪費時效。使用GyroSphere工具可實現(xiàn)實時測量，使上部井段軌跡更精確，有助于指導更精確的防碰繞障施工。

4.1.2 測點距鉆頭近，軌跡控制更精準

相較于有線陀螺的測量零長37米左右，并且需要測量2次角差，且座鍵本身存在一定的角度誤差，綜合定向誤差相對較大；GyroSphere測點距鉆頭14米左右，可以保證更小的角差測量誤差。同時，較短的測斜零長能及時反應出馬達滑動效果及井底軌跡走向，為A29井復雜的防碰繞障提供了很好的支持。

4.1.3 實時工具面，確保定向準確

A29井16英寸井段防碰繞障需要陀螺定向2次，第一次定向在110米，第二次定向在220米。引馬達高邊線下鉆，隨鉆陀螺定向與引線偏差10～20度，在誤差允許范圍內（第一次定向偏差較大，人為引線誤差引起，第二次定向基本無誤差）。隨鉆陀螺定向繞障成功后，MWD測得無磁干擾方位與定向時的理想方位偏差很小，十分精準。

4.1.4 測量及時可靠，確保井下安全

由于本次作業(yè)為GyroSphere工具在渤海首次使用，且第一個定向點太淺（110米），故第一次定向時采取了較為嚴格的防震動措施（鉆臺停止一切作業(yè)，吊車靜止），為陀螺測量提供良好的工作環(huán)境，第一次停泵測斜用了15分鐘；后續(xù)正常鉆進接力柱期間，發(fā)現(xiàn)每次均可測得兩組測斜，并且90%以上為合格測斜，故第二次定向停泵測斜用了10分鐘。相較于有線陀螺定向每次需要1.5小時左右，減少了鉆具靜止時間，保障了井下安全。

4.2 缺點分析

4.2.1 震動敏感

目前GyroSphere工具渤海范圍內僅在該井應用一井次，陀螺定向當天天氣晴好，風平浪靜，整體測量環(huán)境較好。根據(jù)斯倫貝謝以往應用經驗，GyroSphere在惡劣天氣環(huán)境下的測斜成功率較低（測斜不成功時，工具面不可靠，不能以此定向），故針對大風、高浪天氣、平臺震動較大時無法像有線陀螺使用瞄準鏡的方式定向，從而造成現(xiàn)場停工。

4.2.2 測量速度慢

隨鉆陀螺儀測斜時每2分鐘獲得一個測斜，實際操作時每個點需至少取樣3次，相互對比以保證測斜成功率，故隨鉆陀螺測量時需至少保持鉆具靜止7分鐘以上，相對于有線陀螺的快速測量，GyroSphere在長井段測量中時效性不足。

4.2.3 測量間距大

現(xiàn)場測量時平均每30米一個點（即一柱一個點），無法達到有線陀螺每10米一個點的測點密度（或者說10米一個測點時時效性很低，不符合現(xiàn)場實際），故而在淺層井段相對于有線陀螺軌跡精度偏低。

4.3 應用展望

4.3.1 震動敏感隔水管/直井段糾偏

通過實時測斜，提前預斜、精準繞障，發(fā)揮工具一趟鉆處理隔水管/直井段偏斜能力。

4.3.2 震動敏感實時防碰繞障作業(yè)

防碰井段加密測斜，獲取準確的實測數(shù)據(jù)，提高軌跡精度。尤其對于大斜度井、大位移井及深井、超深井等有線陀螺無法測量的井段進行實時測量，從而指導更精準防碰繞障作業(yè)。

4.3.3 震動敏感MWD受干擾的特殊作業(yè)

針對地磁場異常區(qū)域、非非區(qū)的作業(yè)，MWD測量受限或受磁干擾，軌跡誤差較大，可使用隨鉆陀螺工具獲取更精確的軌跡數(shù)據(jù)。

4.3.4 震動敏感直井開窗側鉆

針對直井，特別是深直井開窗側鉆作業(yè)，隨鉆陀螺工具定向精確且不受磁干擾，利用實時工具面，可以消除MWD預留反扭角的誤差，從而實現(xiàn)準確定向。

5 結束語

隨鉆陀螺GyroSphere可以有效規(guī)避磁干擾對測量的影響，實時提供準確的工具面和測量數(shù)據(jù)，在防碰施工、開窗側鉆等特殊作業(yè)時可充分提高作業(yè)時效和安全性。