電子式直井測斜儀在渤海油田的應用

朱益輝，劉禹銘，蔡玉貴（中海油能源發展工程技術公司，天津 300452）

電子式直井測斜儀在渤海油田的應用

朱益輝，劉禹銘，蔡玉貴
（中海油能源發展工程技術公司，天津 300452）

海上油田鉆井作業過程中對直井段測斜時，傳統單點、多點測斜儀測量滯后，耗時多；MWD雖可以隨鉆測斜但價格昂貴[1]。本文介紹了一種電子式直井測斜儀，測量范圍0-20°，測量精度達±0.1°，有效克服了傳統測斜方式的滯后性，降低了作業成本，在現場應用后效果良好，能夠很好滿足直井現場對井斜測量的要求。

電子式；直井測斜儀；實時

隨著海上石油勘探開發的不斷深入，地層結構越來越復雜，深井、超深井和高溫高壓井不斷增加。隨著鉆井技術的發展和對鉆井要求的提高，各種各樣的測斜儀器相繼出現，如照相式單、多點測斜儀、電子單點測斜儀、電子多點測斜儀、有線隨鉆測斜儀和無線隨鉆測斜儀等[2-3]。目前海上油田直井段作業時，多采用大鐘擺鉆具組合與吊打相結合，起鉆前投單點測斜儀測斜，該模式存在嚴重的滯后性，不能及時根據井斜變化趨勢，調整鉆具組合與鉆進參數，容易導致井斜超標，增加了后期作業的困難。

針對現場作業困難，中海油能源發展工程技術公司研制了一種電子式直井測斜儀，相比于機械式直井測斜儀，該儀器能夠隨鉆測斜和適應高溫高壓環境要求，現場可根據井斜變化及時調整作業參數，提高作業效率，降低作業成本，在海上推廣使用后效果良好。

1　工具介紹

1.1結構介紹

圖1　電子式直井測斜儀井下測斜短節結構

電子式直井測斜儀主要由井下測斜短節與地面解碼設備組成，實現井斜測量及數據分析。

井下測斜短節安裝于短鉆鋌內（見圖1），包含扶正翼、電池總成、溶壓機構與閥芯。扶正翼保證井下儀器在鉆鋌內居中；電池總成為測斜探管與溶壓機構供電；溶壓機構驅動閥芯運動；閥芯內部機構通過改變泥漿流道面積，產生脈沖信號。

地面解碼設備由傳感器、防爆盒與顯示器組成，實現脈沖信號的收集、分析處理及顯示功能，具備一級防爆要求。

1.2工作原理

停泵時，測斜探管內重力加速計傳感器測量井斜并編碼，電池驅動溶壓機構動作，帶動閥芯中蘑菇頭上移至最高點；開泵至立管壓力穩定后，測斜探管向溶壓機構發出指令，控制蘑菇頭的二次順序動作，通過改變泥漿流道面積，按編碼規定的時間間隔產生負壓脈沖，立管壓力傳感器接收脈沖信號，地面設備解碼并顯示井斜數據。

圖2　電子式直井測斜儀測斜曲線

2　現場施工工藝

1）連接地面設備：連接傳感器、防爆盒、顯示器，并檢查電源及信號線路是否正常。

2）地面組裝測斜儀器：激活儀器電池，連接儀器閥芯與扶正翼，將測斜短節裝入8"的短鉆鋌內。

3）組合鉆具組合：測斜儀器本體為1.5m長短鉆鋌，連接至鉆具組合近鉆頭位置。

4）地面測試：

（1）開泵至測量排量2 200L/min，頂驅轉速30r/min，保持2min，激活電池；

（2）停轉停泵，靜止1min，測斜探管測斜，蘑菇頭移動到位；

（3）開泵至測量排量2 200L/min，讀取井斜數據，信號正常，下鉆。

5）正常鉆進過程中測斜：接完立柱開泵至測量排量2 200L/min，讀取井斜數據，開泵至鉆井排量繼續鉆進。

6）起鉆甩儀器，關閉電池。

3　關鍵技術特點

借鑒懸掛式MWD工作原理，巧妙的與井下浮閥結合：電子式直井測斜儀利用重力加速度計傳感器測量井斜數據，將脈沖發生器與浮閥相結合，既實現了脈沖信號的發生，同時實現了浮閥內防噴的功能，簡化了井下工具結構。

創新編碼模式，提高數據傳輸的可靠性：電子式直井測斜儀只傳遞井斜數據，數據傳輸量小，儀器采用一種簡化編碼模式，減少了儀器耗電量，提高了數據傳輸的效率，保證了數據的可靠性。

4　現場應用及效果分析

4.1井身參數及測斜數據

本文選取渤海油田渤中區塊BZ27-2-2井為例，對比分析電子式直井測斜儀的測量數據，井身結構如表1所示。

表1　電子式直井測斜儀技術參數

表2　井身結構表

該井Φ311.2mm井段1 700m，根據以往作業經驗，該井段地層易傾斜，機械鉆速低，為提高作業效率，同時防止井斜超標，本井采用電子式直井測斜儀隨鉆跟蹤井斜，實時監控。井斜隨井深變化曲線如圖3所示：

圖3　BZ27-2-2井井斜隨井深變化曲線

本井段第一趟鉆具組合：Φ311.2mm PDC鉆頭+Φ244.5 mm PDM（直馬達，無扶扶正翼）+Φ203.2mm鉆鋌1根+ Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井測斜儀+Φ203.2mm鉆鋌1根+浮閥接頭+Φ308mm扶正器+Φ203.2mm鉆鋌5根+撓性接頭+Φ203.2mm機械震擊器+Φ127mm加重鉆桿14根+ Φ127mm鉆桿，該鉆具組合為常規鐘擺鉆具組合，具有吊打降斜作用，但不能穩斜，作業過程中為了提高機械鉆速，增加鉆壓，從圖3看出井斜迅速增加，為避免井斜超標，鉆進至2 506m后現場決定起鉆更換鉆具組合。

本井段第二趟鉆具組合：Φ311.2mm PDC鉆頭+Φ244.5 mm PDM（0.75°彎角，305mm扶正翼）+Φ228.6mm短鉆鋌1根+Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井測斜儀+浮閥接頭+Φ203.2mm鉆鋌5根+撓性接頭+Φ203.2mm機械震擊器+ Φ127mm加重鉆桿14根+Φ127mm鉆桿，該鉆具組合為高陡防斜鉆具組合，對鉆壓不敏感，從圖3看出，更換鉆具組合后，井斜有整體下降趨勢。

本次作業過程中在電子式隨鉆測斜儀的監控下，發現井斜增加趨勢，及時更換鉆具組合，既保證了井斜質量要求，又提高了后續作業效率。

4.2數據準確性分析

圖4　隨鉆數據與測井數據對比

從圖4看出，隨鉆測斜儀測量數據與測井數據接近，主要誤差集中于2 400-2 700m之間，該井段為館陶組，作業中存在起下鉆困難，起下鉆過程中頻繁劃眼，改變了原始井斜，導致了兩者差值增加。同時，第二趟鉆具組合中帶彎角馬達影響了鉆柱的居中性，導致測斜數據有一定波動。

4.3提速效果分析

選取鄰井BZ27-2-1井對比，兩井距離較近，地層相似，泥漿相同，鉆具組合相同，對比兩井作業參數。

表3　BZ27-2-1井與BZ27-2-2井參數對比

通過上面兩井對比數據可以明顯看出，在相同井段使用了隨鉆測斜儀的BZ27-2-2井鉆壓可以根據井斜調整，平均機械鉆速高于鄰井BZ27-2-1井。

5　結論及建議

綜合本次作業情況，所測得的井斜數據與測井數據基本吻合，相比于傳統測斜方式具備以下特點：

1）工具結構簡單，入井儀器只是一根短鉆鋌，組合鉆具方便；

2）地面設備均為防爆裝置；

3）實時了解井底井斜，從而及時調整鉆井參數或更改鉆具組合，提高機械鉆速，避免井斜超標；

4）相比于單點測斜儀的滯后性，隨鉆測斜儀具備實時測斜，節約時間，對鉆進過程有了更好的掌控，從而提高效率，節約成本。

[1] 袁磊.電子式隨鉆測斜儀器的研制與應用[J].石油機械，2013，（7）：78-81.

[2] 桂德洙.淺談鉆井測斜儀[D].石油鉆采工藝，1999，（5）：45-49.

[3] 王若.隨鉆測量技術發展史[D].石油儀器，2001，（2）：5-7，15.

Application of Electronic Vertical Inclinometer in Bohai Offshore Oilfield

Zhu Yi-hui，Liu Yu-ming，Cai Yu-gui

We need to measure the inclination of vertical section while drilling at offshore oilfield.The traditional measurement of electronic single/multiple point inclinometer has the disadvantage of lag and time wasting.MWD can measure while drilling but it's expensive.This passage introduces an electronic vertical inclinometer，the measuring range is 0-20 degree and measurement precision can reach plus and minus o.1 degree.The inclinometer overcomes the lagging of traditional inclination survey method effectively.At the same time，save operation cost.Excellent results have been achieved in its practical application.It can well meet the requirements of measuring inclination in vertical wells.

electronic；vertical inclinometer；real time

TE927.9

B

1003-6490（2016）03-0044-02

2016-03-02

中海油能源發展工程技術分公司科研項目《電子式隨鉆直井測斜儀研制》GCJSLZBG-1403。

朱益輝（1965—），男，湖南益陽人，工程師，主要從事鉆完井工具研究工作。