DQNBMS-1型近鉆頭隨鉆測量系統的研制與應用

楊志堅 齊 悅 吳黨輝 張 欣

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163413 ）

國內大部分油田的開發已進入中后期，主力油層都已有效開采，僅外圍的薄差油層和稠油油層等難開采的儲量待先進的技術進行有效的開采［1-2］。針對上述難動儲量，各大油田普遍采用水平井技術進行開采，而水平井技術需要使用無線隨鉆測量系統（LWD）［3-6］。大慶油田外圍的薄差油層比較多，每年鉆60 口井左右開采這些油層，由于使用的常規LWD 的各參數測點距井底的距離較遠，油層的砂巖鉆遇率低，不能對油層進行有效的開采。

近鉆頭隨鉆測量系統具有多參數近距離測量的特點，其彌補了常規隨鉆測量系統的不足?，F場施工過程中，地質導向工程師依據近距離的地質參數和工程參數及時地判斷鉆頭與儲層的相對位置，提高井眼軌跡的控制精度，從而提高油層砂巖鉆遇率。但近鉆頭測量技術由斯倫貝謝、哈利伯頓和貝克休斯公司壟斷。為滿足難動儲量的有效開發，近鉆頭隨鉆測量系統的研制開發勢在必行。

1 DQNBMS-1 的功能特點

DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統具有測量、傳輸和導向三大功能：測量近鉆頭方位伽馬、近鉆頭電阻率地質參數和近鉆頭井斜工程參數，發射單元模塊把近鉆頭測量數據越過測傳馬達傳至接收系統；接收系統把近鉆頭測量數據嵌入到LWD 的中控系統，借助LWD 的脈沖器把近鉆頭數據以脈沖的形式傳至地面處理系統；測傳馬達作為導向執行工具，地面數據處理軟件將井下測量信息進行處理并繪制成曲線，地質導向工程師據此進行軌跡導向。

該系統可以測量近鉆頭方位伽馬、電阻率、井斜3 個參數，且3 個參數的測點距鉆頭均小于1 m，具有多參數近距離測量的特點。

DQNBMS-1 系統可以實時判斷巖性及油/氣/ 水界面，便于及時調整控制井眼軌跡，以保證鉆頭在油層中穿行，從而提高油層砂巖鉆遇率。

2 DQNBMS-1 的結構特征

DQNBMS-1 系統由地面處理系統和井下工具系統組成。二者通過鉆柱內鉆井液通道中的壓力脈沖信號進行通信，實現鉆井過程中井下工具狀態、井下工況以及有關測量參數的實時監測。

地面處理系統（圖1）負責正脈沖信號的采集、濾波、解碼、存儲和數據處理等。此外，系統軟件還具有自我診斷、修改井下工具參數傳輸序列和數據傳輸速率及下載井下工具記錄數據等功能。

圖1 地面處理系統結構簡圖

井下工具系統由LWD 系統、接收系統、測傳馬達（含近測量主測總成）構成，見圖2。LWD 系統由定向短節和一體化短節構成，定向短節內安裝正脈沖發生器、探管，一體化短節內安裝電池筒、中控、電阻率系統和伽馬系統。接收短節內安裝接收系統，近測量主測總成殼體安裝在馬達上，其儀器艙內安裝各測量子系統。探管負責測量定向參數和環境參數；電池筒負責為井下儀器供電；中控對DQNBMS-1 系統進行控制和管理，使系統按預定工作模式和DQNBMS-1 系統發送的指令工作，實現數據采集與接收、數據編碼，并通過探管內的驅動器驅動脈沖發生器產生鉆井液壓力脈沖信號；電阻率系統負責測量地層電阻率；伽馬系統負責測量地層伽馬；接收系統負責把近鉆頭主控發送過來的數據嵌入LWD 中控，以實現近鉆頭數據上傳至地面；測傳馬達負責導向和近鉆頭數據的測量和傳輸；近測量主控控制3 個測量子系統的電源并對3 個測量子系統做實時數據采樣，將實時數據發送給發射單元模塊，然后將數據發送給上部的接收系統；電源模塊負責為近測量主測總成供電；近鉆頭井斜、伽馬和電阻率測量子系統分別負責測量鉆頭附近的井斜、伽馬和電阻率。DQNBMS-1 系統對近測量主測總成殼體結構進行創新設計和電路的小型化、低功耗設計，巧妙地用近測量主測總成殼體替換了常規的馬達螺扶，并在有限的空間內周向布置各測量子系統，使參數測點更加接近鉆頭，同時伽馬具有方位測量功能，可以判斷鉆頭與儲層的相對位置。

圖2 井下工具系統結構簡圖

3 DQNBMS-1 的技術指標

井斜測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～180°，精度±0.2°；方位測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～360°，精度±1.5°；工具面測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～360°，精度±2.8°；伽馬測點距鉆頭9.66 m，測量范圍0～380API，精度±3 API，垂直分辨率22.86 cm；電阻率測點距鉆頭11.54 m，測量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；近鉆頭井斜測點距鉆頭0.76 m，測量范圍0～180°，精度±0.35°；近鉆頭方位伽馬測點距鉆頭0.74 m，測量范圍0～280 API，精度±3 API，垂直分辨率20 cm；近鉆頭電阻率測點距鉆頭0.55 m，測量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；工作溫度-40～150℃；儀器耐壓140 MPa；連續工作時間200 h；最大外徑210 mm；適用井眼尺寸?215.9 mm 至?241.3 mm；造斜能力為中長半徑。

4 DQNBMS-1 的現場應用

DQNBMS-1 系統在高8-33 平5 井應用效果較好。表1 為高8-33 平5 井的井斜記錄數據，從表中可以看出近鉆頭井斜與LWD 井斜數據基本吻合，趨勢完全一致，最大誤差點為第4 點，誤差值為0.26°。井斜不完全一致的原因是近鉆頭井斜是在振動更加劇烈的環境下測得的。

表1 高8-33 平5 井井斜記錄數據

從圖3 中可以看出近鉆頭方位伽馬與上部LWD伽馬測井曲線具有很好的一致性，誤差在±3 API范圍內。伽馬值為50～74 API，圖中井段全部位于油層中（小于90 API 可認為是油層）。近鉆頭方位伽馬具有方位測量功能，當鉆頭鉆出油層后，由于測點近，可以很快發現鉆頭已出油層，這時可以分別測量鉆頭上部和鉆頭下部的伽馬值，據此可以判斷鉆頭是從油層上部或油層下部鉆出，然后立即調整鉆頭姿態，使鉆頭重新回到油層并繼續在油層中鉆進。

圖3 高8-33 平5 井伽馬測井曲線

圖4 為高8-33 平5 井的電阻率測井曲線，上部的2 條曲線為幅度電阻率，下部的2 條曲線為相位電阻率，從圖中可以看出近鉆頭電阻率與LWD 電阻率數據吻合，趨勢一致。電阻率參數值全部大于30 Ω·m，故可判斷鉆頭一直在油層中鉆井（大于10 Ω·m 可認為是油層）。近鉆頭電阻率數值稍大，這 是由于測量地層受鉆井液浸入的時間長短不同造成的，近鉆頭電阻率更具真實性。

圖4 高8-33 平5 井電阻率測井曲線

2010 年至今，項目組完成了DQNBMS-1 系統的改進完善工作和1 套系統的加工，并完成了3 口井的推廣應用工作。通過現場應用，驗證了井下工具系統正常運行，地面處理系統能夠對上傳數據進行實時采集、接收、濾波、解碼、存儲和數據處理，近鉆頭隨鉆測量系統水平段測量數據準確，砂巖鉆遇率較同區塊常規LWD 所鉆水平井提高了15%。

5 結論與認識

（1）研制的DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統設計合理、工作可靠，具有多參數測量、測點距離近、測量精度高和測量數據準確的特點。該系統的研制成功，推動了技術進步，同時促進了水平井推廣，提高了薄差油層動用程度。

（2）DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統的3 個近鉆頭參數測點距鉆頭均小于1 m，有利于提高井眼軌跡控制精度，猶如給鉆頭裝上“眼睛”，可顯著提高砂巖鉆遇率，為水平井尤其是薄差油層水平井的開發提供技術保障。

（3）大慶油田的近鉆頭測量技術已取得了突破性進展，需盡快在推廣應用過程中逐步完善系統，以滿足油田水平井有效開發的需要。

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