國產LWD地質導向測量技術及應用

杜石嶺

摘 ?要：文章簡要介紹了國產LWD的基本工作原理，分析了國產LWD在技術上的優勢，并對該儀器在施工過程中的地質曲線進行了分析和闡述，提出了相應的結論。結果表明，國產LWD隨鉆測井曲線完全滿足地質導向要求，能夠對當前鉆遇的地層提供相對可靠的預測，有效判斷鉆頭在地層中的位置，在指導水平井軌跡調整，保證油層鉆遇率方面起到了很大的作用。

關鍵詞：鉆井;LWD;電磁波;地質導向

中圖分類號：TE24915 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0002-02

1 ?國產LWD測量系統概述

?國產LWD（型號：SL-6000）是勝利偉業自主研制的國產正脈沖隨鉆地質導向系統，其主要功能可實時提供工程和地質參數，實現對鉆進地層巖性測量、評價。該系統井下儀器由井斜方位儀、泥漿壓力脈沖發生器、中央控制器、電磁波電阻率測井儀和自然伽馬測井儀等部分組成。井下儀器采集數據后，由中央控制器完成編碼，發送至脈沖發生器，脈沖發生器產生攜帶這些編碼的泥漿脈沖信號，并通過泥漿通道傳輸至地面。現場地質人員可根據實鉆地質參數，通過與先期鉆探資料對比、分析，進行地質導向，以獲取穿行于油層中的最佳軌跡。

利用國產LWD無線隨鉆測量系統的測量技術，配合水平井鉆井工藝技術，形成隨鉆中測井、地質導向，最大限度的保證井眼軌跡在油層中最佳位置穿行的綜合性技術。國產LWD除了可以提供井斜、方位等井身軌跡數據外，還可以提供自然伽瑪（DGR）、電阻率（EWR）等地質參數的隨鉆測量數據。井下傳感器測量的數據，編碼后由脈沖信號發生器，以正脈沖的方式，通過泥漿通道傳至地面。國產LWD主要應用了自然伽瑪（DGR）和電阻率測井曲線，利用自然伽瑪和電阻率隨鉆測井曲線配合，可以劃分巖性并確定地層界面，進行地層物性的初步評價。而且由于其探測深度分別為30 mm和700～1 000 mm，故水平井鉆進時，根據曲線變化可以預告地層變化，實現地質導向鉆進。事實證明，這一特性對指導水平段的軌跡控制具有重要的意義。

2 ?國產LWD技術特點及應用優勢

2.1 ?電阻率電磁波技術

?電磁波電阻率測井是由繞在鉆鋌上的發射天線發射高頻電磁波，電磁波經過井眼和地層傳播，被鉆鋌上設置在一定距離的兩接收天線所接收，測量兩個接收器探測到的電磁波的幅度衰減和電磁波傳播時延造成的相位偏移，這兩個物理量與井眼附近地層的電阻率有關，求得該地層的視電阻率曲線，在地面解釋軟件的協助下得到不同探測深度的地層真電阻率曲線。

由于原始信號頻率比較高，電路處理比較復雜，故采用了超外差式接收處理電路。設發射信號為A*sin（ωt），則近接收線圈收到的信號為a*sin（ωt + φ1），遠接收線圈收到的信號為b*sin（ωt + φ2） ，其中ω = 2*PI*2 MHz，選取本征頻率為1.998 MHz，頻率差為α=2 kHz，本征信號表示為c*sin（（ω-α）*t）。則通過混頻，近接收信號生成：

ac*sin（（2ω-α）t+φ1）ac*sin（αt+φ1）（1）

通過低通濾波器濾除高頻信號便得到2 K的差頻信號，原始信號的相位沒有發生改變的傳遞了過來。

同樣的遠接受信號通過電路形成信號：

bc*sin（αt+φ2） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（1）（2）兩路信號通過過零比較產生一個門寬信號，通過計數的方法測量該門寬的寬度從而得到信號的相位差，而根據這兩個信號的幅度比ac/bc=a/b，也得到了接受原始信號的幅度比。

各個發射線圈依次向地層發射2 MHz的正弦電磁波，每發射一次電磁波，接收板采集記錄一次相位差和幅度比，對稱的天線產生的兩個相位差和幅度比求取平均值作為反應該深度電阻率的測量值，故最后產生3個不同探測深度的相位差數據。

2.2 ?國產LWD的技術優勢

2.2.1 ?國產LWD電磁波測井深度高于感應儀器測井深度

電磁波測井和感應測井是都是測量地層曲線的重要方法。低頻感應測井是利用感應電動勢探測地層的電阻率，電磁波測井是利用電場強度的衰減獲得一個穿透深度，其公式如下：

ds=

式中：ds為電磁波傳播深度;w為角頻率;？滓為電導率;？滋為磁導率。

通過理論計算得出：電磁波傳播儀器的橫向測量深度是感應測量儀器的兩倍左右。

?在理論計算的基礎上，我們又用不同直徑、不同厚度、電阻率不同的圓環體對儀器的橫向測量深度進行了實際測量。

通過把感應儀器和電磁波傳播儀器放到測試塊中進行對比，證實了電磁波傳播儀器的橫向測量深度是感應測量儀器的兩倍左右。

理論計算和實際檢驗表明：電磁波傳播儀器的橫向測量深度大大高于感應測量儀器的橫向測量深度。

2.2.2 ?國產LWD傳感器測點離鉆頭更近

該系統的關鍵部件原理與FEWD相同，但在儀器結構上做了相應的改進，國產LWD把電磁波電阻率接收電路和中控電路短接、電磁波電阻率發射電路和自然伽馬電路短接，這樣有效減少井下儀器總體長度近1.25 m，從而也使儀器的測量點離鉆頭更近。

2.2.3 ?國產LWD變換傳感器鉤載方式

?進口的鉤載傳感器不是真正意義上的傳感器，只是裝在死繩上的卡瓦開關其原理如下：卡瓦開關由彎曲彈性鋼板、直鋼板、觸點開關、信號傳輸電纜等組成。工作時，將卡瓦開關用定位螺桿固定在大繩的死端，調節定位螺桿的力度，使大繩在吃上負荷的情況下，直鋼板與觸點開關間的間隙約為半毫米厚。這樣，大繩在吃上負荷的情況下，將彎曲彈性鋼板向靠著大繩的一端拉，從而使被鋼板擠壓進去的觸點開關彈出，這時開關斷開，輸出電阻為無窮大，計算機記錄為鉆具沒座上卡瓦。當鉆具座上卡瓦，大繩上的負荷消失，彎曲彈性鋼板在外力沒有足夠大的情況下，產生復原性彎曲，從而將直鋼板向背向大繩的一端推，直鋼板擠壓觸點開關，觸點開關接通，計算機記錄為鉆具座上卡瓦。

卡瓦開關裝在死繩上，在活動鉆具或起下鉆時，由于死繩的震動，極易將卡瓦開關甩脫而造成損壞，影響施工且價格昂貴。針對這一情況，集思廣益，充分立足國內條件，適當修改工作軟件，采用國內容易購買的國產壓力傳感器作為鉤載傳感器，和指重表一起安裝于大繩負載液壓感應器上，可以真正意義上檢測大鉤負荷，監視鉆具工作狀態，比卡瓦開關更加經濟，使用方便且數據準確。

3 ?國產LWD在江蘇水平井的應用分析

3.1 ?國產LWD在周41平1井的應用

3.1.1 ?施工簡介

?本井在井深1 043 m下入MWD，儀器工作時間為134 h，定向段儀器工作性能穩定至井深1 850 m下入國產LWD地質導向系統，各傳感器偏移量： 定向傳感器16.22 m、電阻率 11.74 m、伽馬9.39 m。儀器到底井深為1 850 m，鉆至1 909 m，起鉆至1 810 m復測，復測結果與鉆井時測量結果一致，井底數據出圖與實測結果一致。現場地質人員對該儀器隨鉆曲線提出質疑，要求更換GELWD進行地質導向施工直至完井。

?施工完井后我們又用國產LWD進行復測對比，國產LWD圖中可嚴格分析出井深1 779 m處是層界面，而GE LWD層界面顯示模糊。

通過對比分析結論為：在GR顯示明顯的砂層中，電磁波電阻率顯示明顯，雙感應電阻率顯示不明顯，10英寸的電磁波電阻率數值與感應的數值基本相同，GR兩套儀器測量數值對應良好。

3.1.2 ?地質導向曲線分析

?根據周41平1井施工的原始資料分析國產LWD、GE LWD及電纜測井曲線，可得出如下結論：①在40 in、20 in和10 in的三條電阻率中，10 in的電磁波電阻率數值與感應的數值基本相同。40 in和20 in的電阻率因探測深度大，其數值要遠高于感應電阻率數值。②在江蘇油田用電磁波電阻率LWD尋找目的層時，因40 in和20 in的電阻率數值高于感應電阻率數值，隨鉆上傳這兩個數值不好對比。

3.2 ?國產LWD在陳3平24井的應用

3.2.1 ?施工簡介

?該井定向段使用普通MWD進行定向施工，至井 深2 434.26 m，起鉆下入國產LWD系統，此時井斜為78.93 °，各傳感器偏移量：定向傳感器16.26 m、EWR 11.34 m、DGR9.14 m。全井電磁波電阻率采用40英寸和10英寸兩種曲線上傳，鉆頭鉆至2 450 m，40英寸電阻率由6 ohmm升值10 ohmm，伽馬從80 API降至50 API經過現場地質師對比分析鄰井地質資料發現已進入油層。據地質設計該井過斷層進入目的層，斷層的位置深度存在不確定性，設計A靶點井深2 661.32 m，垂深2 081.1 m，實鉆中，井深2 450 m，垂深2 450.8 m的時候就開始進入油層，當時的井斜78.4 °。地質提示該油層較厚，地質要求根據設計慢慢增斜入窗，根據隨鉆測井曲線由于進入了油層，實際施工中采取緩慢增斜，井斜增到86 °左右穩斜鉆進，井深2 685 m以后由于深電阻率由 ? ? ? ? ? ? ? ?10 ohmm降至2 ohmm，伽馬從50 API升至90 API，迅速降斜，由于該目的層存在不確定性等原因，井斜降到80 °左右仍無油氣顯示，接地質通知完鉆。

3.2.2 ?地質導向曲線分析

?實時傳輸的電阻率數據有兩種，深相位（40 in）電阻率及淺相位（10 in）電阻率。因為發射極與接收級距離不同，所以兩種數據有著不同的探測深度，深相位電阻率比淺相位電阻率有著更大的探測范圍。盡管其探測深度與地層電阻率并不存在著線性關系，但其總體趨勢仍是隨地層電阻的增加而增加的。實鉆過程中，結合伽馬值的變化趨勢，深淺相位電阻率曲線大幅度的分離趨勢更可以看作是進入油層的重要標志。

4 ?認識與建議

①國產LWD在江蘇已成功施工4口水平井，4口水平井的隨鉆測井曲線與電纜測井曲線完全吻合，根據現場應用數據，該儀器達到了進口LWD性能指標，完全滿足地質導向施工要求。

②在江蘇油田用國產LWD電磁波電阻率尋找目的層時，應選用10 in和40 in的電阻率隨鉆上傳。這樣40 in的電阻率能早探測到目的層， 10 in的電阻率與感應電阻率數值對比來控制目的層上下邊界。

③在江蘇油田用電磁波電阻率LWD尋找2.0 m左右的薄層時，盡量選用近鉆頭LWD。因近鉆頭LWD的GR和電阻率的測量點距鉆頭約2.0 m，而普通LWD的 GR和電阻率的測量點距鉆頭約10.0 m。這樣就能得到更準確的井斜數據和更早的地層GR和電阻率，作出更準確的判斷。

參考文獻：

[1] 劉玉榜，劉華，賀昌華.FEWD地質導向鉆井技術及其應用[J].鉆采工

藝，2006，（3）.

[2] SL 6000-LWD，隨鉆測井系統手冊[S].

[3] 史曉鋒，李錚，蔡志權.隨鉆電磁波傳播電阻率測量工具探測深度研究 ? [J].測井技術，2002，（2）.

[4] 付瑜.FEWD地質導向測量技術及應用[J].機械，2013，（4）.