井下隨鉆測量技術研究

羅洪斌

（遼河油田錦州采油廠作業三大隊306隊，遼寧 錦州121209）

隨著渦輪鉆具、螺桿鉆具等井下動力鉆具的誕生，使隨鉆測量儀有了生命力，隨鉆測量儀的實際應用給定向鉆井工藝帶來了一次新的飛躍，隨鉆測量儀對于井下鉆具是一個實時監視系統，它能隨時給定向鉆井工作者提供井斜、方位，工具面方向和井底溫度等參數。使定向鉆井工作者隨時都能了解井下鉆具的去向和工作姿態，便于控制井眼軌跡。這樣鉆出的井眼，軌跡圓滑、井身質量好，減少了因井身質量差而造成的鉆井事故。而且，由于實現了實時控制，大大減少了定向造斜的時間。因地層和其它原因所造成的軌跡偏移，也很容易被糾正到正確的軌跡上來.

1 隨鉆測量儀的結構和原理

隨鉆測量儀由地面儀器和井下儀器兩部分組成.地面儀器包括計算機、打印終端和司鉆讀出器.井下儀器包括磁通門傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、脈沖多路調制器、電墩驅動器等有關的電子線路。

工作時，井下儀器中的三個相互垂直安裝的重力加速度計把井下儀器當時的物理姿態相對于重力的變化，從三個互相垂直的方向轉換成電信號:井下儀器的三個磁通門傳感器，也同時把井下儀器的這一物理姿態相對于地磁場的變化，從三個相互垂直的方向轉換成電信號;溫度傳感器把當時井下儀器工作的環境溫度轉換成電信號。這些電信號經它們相應的電子線路放大整理后，由脈沖多路調制器收集起來，并把這些電壓信號按比例地轉換成時間脈沖，按一定時序把它們送到電纜驅動器，經單芯愷裝電纜送到地面儀器/電子計算機。

地而儀器/電子計算機的電源系統有一個信號分離電路，由它分離出數據脈沖，并把這些數據脈沖送到接口板.接口板在中央處理機的控制下，采集數據、分離出各個參數、把各參數牡換成數字，送到中央處理機板，按一定的數學模式進行計算，其結果被送到面板顯示部分，供定向井工程師選擇磁性工具面、高邊工具面、井.眼傾角、原始方位、修正方位磁場強度、磁傾角或溫度顯示.

要使儀器能夠實際應用于定向鉆井工作，還必須配備其它的輔助設備，例如井口設備，包括循環頭、電纜側入接頭:再如井底設備，包括彎接頭、斜口管鞋套等.這些都是使儀器正常工作必不可少的設備.

2 隨鉆測量儀的使用

目前，我們國內使用的同類型的隨鉆測量儀已有好幾種，它們的使用方法是大同小異的，特別是井口設備和井底設備總成都是完全可以互換的。對于井下儀器，雖然各廠家的設備不一樣，不能互換，但是使用的方法和儀器的連接是相同的。

2.1 基本術語

定向井工程師和定向井儀器工程師，以及從事定向井工作的工程技術人員，對于一些與工作有直接聯系的專用名詞術語都應有相同的認識、相同的理解和共同的語言，這樣才便于工作。

2.1.1 井眼傾角

在井眼曲線上的某一深度位置，其井軸切線方向與鉛垂線方向之間的夾角就叫做那個深度的井眼傾角(也叫做井斜角或簡稱井斜)。

2.1.2 井眼磁方位角

在井眼曲線上的某一深度，其軸線方向的水平分量與地磁子午線之間的夾角稱為這個深度的井眼磁方位角(也叫磁方位)，以地磁子午線指向地磁南極的方向為0°，按順時針為正來計算磁方位角.

2.1.3 井眼真方位角

在井眼曲線上的某一深度，其軸線方向的水平分量與地理子午線之間的夾角稱為這一深度的井眼真方位角，并以地理子午線指向地理北極的方向為0°，以順時針為正來計算方位角.

2.1.4 高邊

在井眼的某一深度，當鉛垂線穿過井軸時，鉛垂線進入的那邊叫做井眼的重力高邊，鉛垂線穿出井軸的那邊叫做井眼的重力低邊.順井眼鉆進的方向看去，觀察者的左手邊叫做井眼的左邊，觀察者的右手邊叫做井眼的右邊.

2.1.5 工具面

由彎接頭構成的平面被稱為工具面。

2.2 測井前的室內準備工作

為了很好地完成測井任務，上井前必須認真進行準備工作，檢查所有儀器設備，保證所有的儀器設備都處于良好的工作狀態，并根據測井任務帶齊所需設備.

在接受測井任務后，必須及時地與有關單位聯系，收集一些與測井任務有關的資料數據.這是充分做好準備工作、完成測井任務的有力保證，證實以下內容:

2.2.1 井底溫度.各地區的地溫梯度是不一樣的.同一地區不同的井，其地溫梯度有時也差異很大。所以，需要了解井底溫度，以便帶上適用的探管。一般情況下，井底溫度小于125℃可帶10000系列的探管.井底溫度超過125℃時，如果測井時井眼傾角在10℃以內，工作過程中也不超過10℃,帶700系列"熱井眼"探管.如果測井時，井眼傾角大于10℃,則應帶900系列"熱井眼"探管，如果工作過程中，要從 0°定向到 10°以上，則這兩種"熱井眼"探管都應帶上.

2.2.2 測井深度、套管程序和最大井斜角:探管的磁傳感器只有在裸眼中才能測量出準確的方位數據.如果傾角太大，磁性傳感器離上面鋼鉆艇的水平距離太近，影響方位讀值.此時，需要增加無磁鉆艇和儀器加長桿的長度.

2.2.3 泥漿密度和粘度:探管保護筒的破裂壓力為27900磅/英寸2，考慮l0%的安全余量，則探管保護筒的破裂壓力為25110磅/英寸2.靜壓力是由鉆井液等井內流體施加的.利用井內的鉆井液密度和測井深度，可以算出鉆井液在測井深度的靜壓力.這樣，我們就可以確定我們的探管能否在任務井的那個深度工作。例如在某一任務井中，測量井深為23000英尺，實際垂深為5000英尺，泥漿密度為9磅/加侖.查表可得，在測深為23000英尺時的靜壓力為2400磅/英寸2。

鉆井液的粘度表示限礙其自由流動和保留鉆屑的能力:粘度越高，鉆井液自由流動的阻力越大，保留鉆屑的能力也越大.粘度直接影響儀器的下放速度，而且影響鉆井液在井下儀器、循環頭和在電纜上的沖刺速度.

3 目前的研究工作與隨鉆測量儀發展方向

當今的國際的隨鉆測量儀技術已經日趨成熟，但還有一些有待研究和改進的工作要做。

3.1 逐步加大探測深度、采樣密度使之能更真實的反映地層客觀清況。

3.2 多方法集成隨鉆測量儀系統。

3.3 提高信息傳輸能力以強化信氨應用技術。

3.4 開發高強度、耐高溫高壓材料及采用更適應惡劣環境工作的光纖傳感器和專用傳感器設計。

3.5 解決鉆井噪聲及儀器殼體波干擾問題。

3.6 進一步縮小儀器體積，提高儀器整體的耐高壓、耐高溫及抗震性能。

結語

在石油鉆井技術日益發展的今天，井下工作狀況的隨鉆測量發揮著越來越重要的作用。隨鉆測量是一項非常復雜的技術，指導鉆進和定向并把井下信號,實時上傳至地面，在鉆進過程中高效制定方案和改善決策過程。從隨鉆測量(隨鉆測量儀)技術首次在鉆定向井中使用至今，隨鉆測量儀得到長足發展并逐步走向成熟。我們作為從業者要熟練掌握這種技術，使其發揮應有的作用。

[1]呂瑞典編著,高等學校教材油氣開采井下作業及工具,石油工業出版社,2008

[2]高井祥,測量學,中國礦業大學出版社,

1998.

[3]張國良主編,礦山測量學,中國礦業大學出版社,2001.