淺析FEWD隨鉆測量儀器常見故障及預防措施*

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(1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院 黑龍江 大慶 163453;2. 大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院 黑龍江 大慶 163413 )

淺析FEWD隨鉆測量儀器常見故障及預防措施*

陶麗杰1，高立軍2

(1.大慶油田有限責任公司采油工程研究院 黑龍江 大慶 163453;2. 大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院 黑龍江 大慶 163413 )

FEWD隨鉆測量儀器是國際上90年代以來廣泛應用于石油鉆探領域的隨鉆測量儀器。它是在MWD隨鉆測量儀的基礎上發展起來的一種隨鉆井眼軌跡和地層參數以及工程參數同時進行測量的先進裝備。針對FEWD現場使用中常見故障進行了原因分析,提出了主要預防及保護措施。通過嚴格技術措施,規范現場操作規程,改善儀器使用環境，加強協作方有效溝通等預防及保護措施，能有效地降低儀器故障率，提高儀器應用水平和使用效率，對降低鉆井成本和提高油田開發效益具有重要意義。

FEWD; 測量儀器; 常見故障;使用效率

0 引 言

近年來, 隨著水平井技術的發展和完善, FEWD無線隨鉆測量儀器已經在水平井開發特別是薄層、邊沿等復雜油藏方面成效顯著, 成為油田勘探開發的重要手段。FEWD 系統由地面設備和井下工具串兩部分組成。地面設備主要是具有現場數據采集和數據庫管理功能的INSITE數據處理系統，井下工具串分為脈沖信號單元和井下測量單元2部分，主要包括脈沖發生器(PUSLER)、定向探管(PCD)、中央控制器(HCIM)、自然伽馬測井傳感器(DGR)、電阻率測井傳感器(EWR-PHASE 4)。該儀器自引進以來，累計施工800余口水平井，創造了顯著的經濟效益。但在現場施工中, 由于儀器高頻率使用，施工環境不達標，部分配件質量差，現場應用不規范等多種因素的影響，導致儀器故障率增加, 降低了儀器使用效率，影響了施工進度，增加了鉆井成本。

1 FEWD現場常見故障及原因分析

依據FEWD[1]基本結構組成,綜合分析FEWD的實際應用情況, 現場常見故障主要包括PUSLER脈沖器故障、EWR電阻率短節故障、DGR 自然伽馬短節故障、HCIM 短節故障, 以及井下儀器各短節上的耐磨套磨損等。

1.1 PUSLER脈沖器故障

脈沖發生器產生脈沖信號是FEWD測量儀能否正常工作的重要條件, 脈沖器故障的直觀表現就是不能檢測到脈沖信號或者無法正常解碼。統計分析脈沖器故障主要包括定/轉子角度、限流環尺寸選擇不匹配，脈沖器外圍件質量不合格，鉆井液性能不能滿足儀器施工要求，脈沖信號受到外界因素干擾。

1)定/轉子角度、限流環尺寸選擇不匹配

定子的選擇決定了轉子的轉速，轉子的轉速影響脈沖器的正常工作[2]。如果轉子轉速過高，極易燒壞探管，縮短脈沖器壽命。如果轉速過低，使脈沖器的推力不夠，致使儀器沒信號。對于一定的泥漿排量，脈沖信號強度隨限流環內徑的減小而增大[3]。隨著脈沖信號強度的增大，脈沖發生器所承受的負荷也相應增加。實際使用中，脈沖發生器所承受的負荷應在保證一定的脈沖信號強度的情況下，仍能正常工作。

2)脈沖器外圍件質量不合格

脈沖發生器國產外圍件主要包括蘑菇頭、轉子等，由于國產件質量問題導致儀器無信號或儀器有效使用時間減少。轉子偏磨主要現象為儀器井下工作一段時間轉子轉速逐漸降低，最終表現為無壓力脈沖信號[4]。蘑菇頭承受力的大小影響脈沖器的工作情況和信號的強弱，蘑菇頭損壞將直接導致脈沖器的膠囊破裂，造成儀器無信號，泥漿進入脈沖器內部，致使脈沖器內部部件嚴重損壞。

3)鉆井液性能不能滿足儀器施工要求

由于脈沖器在井下是與鉆井液直接接觸的，因此鉆井液性能達不到儀器使用要求，將直接損壞脈沖器或導致脈沖信號減弱[5]。鉆井液中雜質多，如石粉袋子、鉆井泵凡爾膠皮、鐵絲等雜物進入儀器堵住脈沖器致使脈沖器損壞；鉆工誤操作導致手工具、鉗牙等小金屬物件掉入井內，擊碎脈沖器部件致使儀器無信號；鉆井液含砂量和有害固相含量高，使脈沖器本體及外圍件受到嚴重沖蝕，導致儀器信號減弱或無信號；鉆井液粘度高，脈沖信號阻尼增大，無法傳到地面，致使地面無法檢測到脈沖信號。

4)脈沖信號受到外界因素干擾

脈沖信號受到外界因素干擾主要分為鉆井液循環系統和地面工作環境對脈沖信號的干擾兩部分[6]。鉆井液循環系統主要表現為泥漿泵工作狀況不好、上水有問題，易損件質量問題、空氣包壓力不足等產生較大的噪音，泵沖的頻率與脈沖頻率接近，泵壓突變，鉆具震動，鉆井液中加入藥劑或含有大量氣泡等，就會干擾信號強度，嚴重影響信號檢測。地面工作環境的干擾主要是受地面數據線屏蔽性能的影響，地面數據線在接收到壓力傳感器的信號后，在向主機傳輸的過程中往往會受到變頻電機、供電系統電壓波動等信號的干擾，導致波形雜亂，不能解碼[7]。

1.2 EWR電阻率短節故障

EWR電阻率短節殼體的耐磨帶磨損較快，四個發射級與兩個接收級天線部位是最易破損、斷裂或者有泥漿滲入的，故障主要表現為測量值為0 Ω·m或2 000 Ω·m，都是EWR接收板損壞，導致儀器不能接收到發射的電磁波，或不能對接收到的電磁波參數進行正確處理，從而導致測量的數據異常，儀器不能正常工作。

損壞原因主要是：儀器超排量使用，沖蝕厲害；井眼與儀器尺寸不匹配，儀器擺動和震動過大，導致發射極部位和井壁接觸面積過大，從而損壞儀器；運輸過程中由于嚴重的顛簸振動對儀器造成的損傷；高造斜率井段導致儀器天線部位應力集中，造成儀器損壞。

1.3 DGR自然伽馬短節故障

DGR傳感器是由兩個帶獨立電路而且相對的蓋格-米勒管組成。該設計可以提供兩套獨立的伽馬測量數據，儀器在實時傳輸時的計算數值為BANK A和BANK B的平均值。一旦兩者之一發生故障，另一個可以提供校正的伽瑪測量。DGR自然伽馬傳感器主要是在施工中故障表現為上傳無效的原始測量COUNTS值為0或255，或者DGR的實時傳輸數據突然降至前段測量數據的一半。

原因主要是鉆井過程中鉆具振動過大，0值是儀器內部接觸不良或閃爍計數管損壞，255值是儀器上傳通路出現故障。其原因主要是鉆井過程中鉆具振動過大。DGR的實時傳輸數據突然降至前段測量數據的一半。

1.4 HCIM短節故障

HCIM短節故障主要表現為下總線NO RESPONSE無響應或死機，井下儀器不能正常工作。分析認為，其原因主要有：CIMHANGER嚴重沖蝕或阻抗不夠，下總線通訊中斷；鋰電池電量非正常耗盡，導致HCIM下總線死機。

1.5 井下儀器耐磨套磨損

為保護鉆鋌內傳感器的安全, 在各個傳感器部位的鉆鋌上設計了數個耐磨套, 對保護儀器起了重要作用, 但阻礙了環空鉆井液的上返。如果井眼不暢通, 排量小, 攜砂不好,井眼曲率變化率高, 鉆壓大等因素的作用, 會導致井下儀器的耐磨套磨損速度加快，耐磨套外徑變小，從而使儀器本體磨損嚴重，導致儀器無法正常工作。主要原因是鉆具振動大、鉆井液含砂量高、井眼曲率大。

2 主要預防及保護措施

2.1 脈沖器故障預防及解決措施

針對脈沖器現場使用中常見的故障現象及原因分析，主要采取了以下預防措施，以解決脈沖器無信號問題。

1)正確選擇定/轉子角度、限流環尺寸

施工前及時了解施工井信息，根據井眼尺寸、井深、泥漿排量等，依據350/650/1200系統定子選擇表選擇合適的定子才能使轉子的轉速達到最佳轉速，使脈沖器工作在最佳狀態，以產生最佳的脈沖信號。

1200系統定子選擇表如圖1所示。

圖1 1200系統定子選擇表

2)提高脈沖器外圍件質量

脈沖器外圍件質量直接影響脈沖器信號強弱及脈沖器使用壽命，在進行脈沖器安裝前，必須嚴格執行技術規范，加強外圍件質量的把控。一是根據原裝進口外圍件的材質及技術指標要求，對外圍件材質及技術指標進行有效檢測檢驗，對于不符合要求的外圍件堅決不能使用；二是加強時效統計分析，根據外圍件使用情況進行有效分析，制定不同批次、不同外圍件的維修保養周期，以保障脈沖器處于最佳工作狀態。

3)提高鉆井液性能

鉆井液對脈沖器易損件的沖蝕與鉆井液中含砂量的平方和鉆井液流動速度(排量)成正比，因此，控制鉆井液中的含砂量和固相含量是減小易損件沖蝕的關鍵。現場應加強井隊固控設備的巡查監督，嚴格執行隨鉆儀器施工技術要求，提高鉆井液4級凈化設備的使用率，有效控制鉆井液含砂量在0.5%以內，減少對脈沖器的沖蝕。同時，應降低有害固相和塑性粘度，以降低脈沖信號的衰減幅度。

4)減小外界因素對信號的干擾

根據產生脈沖信號干擾的因素，一是檢查泥漿中是否氣泡過多，如果氣泡含量過多，應加入一定量的消泡劑，以減小氣泡對脈沖信號的衰減；二是觀察水龍帶是否跳動，空氣包壓力是否達到立管壓力的30%～40%，檢查泵的噪音是否過大，如果出現以上現象時應及時檢修泥漿泵，充足空氣包壓力，以減小泵噪對脈沖信號的影響。三是避免地面電信號的干擾，數據線應避免與電力線，其他信號線等交叉、并行，遠離有干擾的線路；儀器房擺放遠離其他井上帶電設備，工作機配備ups并遠離高頻設備，保證供電電源、地面設備主機、傳感器等接地良好，減少干擾。

2.2 井下測量單元故障預防及解決措施

1)嚴格控制造斜率，保證井眼暢通

嚴格控制造斜率是保證井眼暢通，減小井下鉆具振動的關鍵，嚴格執行短起下及劃眼技術是井眼清潔，減少井底沉砂的保障。

嚴格控制設計造斜率在25°/100 m以下,科學、合理地選擇動力鉆具，嚴格控制實際造斜率在儀器要求范圍內。建議在FEWD現場應用中，測量人員和工程人員密切配合，優化鉆具組合、優選鉆進參數、精確軌跡控制，保證井眼平滑，避免因局部的高造斜率井段導致儀器應力集中, 造成儀器損壞。同時，鉆進中司鉆應送鉆均勻，避免因鉆壓突變引起井下儀器劇烈振動，造成電阻率、伽馬、中控等井下傳感器元器件損壞,導致測量值錯誤。

嚴格執行短起下及劃眼技術，每鉆完一個單根至少正、倒劃眼一次，每鉆完一柱鉆桿再進行正、倒劃眼一次，若震動篩返砂較多需增加劃眼次數。每鉆進150 m或不超過24 h短起下一次，并遵循“兩短一長”原則，長短起倒劃眼至井斜40°井段，短起下鉆后至少循環一周再恢復鉆進。短起下及劃眼技術確保了井眼暢通,減少了井底沉砂，避免了因小井眼或臺肩的出現及井眼沉砂對儀器電阻率天線的嚴重沖蝕及對耐磨套的過度磨損,很好的保護了儀器。

2)嚴格技術措施，規范現場操作

完善儀器操作規程，并要求施工人員嚴格執行操作規程。強化技術措施，使現場施工做到標準化、規范化，杜絕不規范作業，減小因吊裝、運輸、井口安裝等因素造成電阻率天線損壞、伽馬通訊中斷、中控短節無響應等儀器故障，降低儀器作業風險。

按標準進行儀器的安裝、拆卸以及下井施工。在吊裝過程中, 使用雙吊帶吊裝儀器, 不要從儀器中間的薄弱環節吊儀器，在井場應將儀器放置在安全的地方，防止磕碰損壞儀器，尤其電阻率短節不得與于鐵質物體接觸。在運輸過程中, 要放置墊木或輪胎,控制車輛的行駛速度,防止儀器在運輸過程中因嚴重顛簸而損壞。

FEWD 上下部使用保護接頭, 配、卸鉆具時, 規范操作, 防止損壞鉆具。上扣前仔細檢查臺階面和絲扣無損傷，涂勻潤滑脂，用手上緊后再用大鉗按照上扣扭矩標準緊扣，防止粘扣、松扣、鉆具刺漏等事故發生。

現場人員要及時認真記錄儀器原始數據, 準確統計儀器工作時間、工作狀況, 對現場出現的故障現象要分析原因，采取有效措施及時解決、匯報。

3 取得效果

2016年自采取以上預防及保護措施以來，現場操作、車間維修以及各協作方都能嚴格執行FEWD測量儀器技術要求，使該儀器的使用走上了科學、規范的軌道。

2016年儀器故障率較2015年降低了52.2%，FEWD主要短節故障次數見表1。

因儀器故障導致平均單井延誤時間由2015年的24.36 h/口井降低為11.42 h/口井，極大地提高了儀器的使用效率，降低了鉆井成本。

4 結束語

1)改善儀器工作環境，嚴格控制造斜率，提高鉆井液性能，降低鉆井液含砂量、有害固相，減少儀器的沖蝕和疲勞損壞。

表1 FEWD主要短節故障次數對比

2)加強維修與現場操作人員的閉環管理，提高維修人員和操作人員的技能水平, 規范操作,精細維修，防止人為失誤，減少或避免發生故障的可能性。

3)根據施工井設計要求和現場不同工況，合理選用MWD與FEWD分段施工,既能減少儀器發生故障的幾率，提高施工效率，又能降低鉆井成本。

4)建立風險共擔機制，加強與甲方和各施工方的橫向協調和技術交流，嚴格執行FEWD測量儀器技術要求，提高儀器使用效率，為甲方提供更好的技術服務。

[1] 高立軍,王廣新,李瑞營. FEWD 在南224-平311 井中的應用[J]. 西部探礦工程,2008,20(6):70-73.

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AnalysisonCommonFaultsandPrecautionaryMeasuresofFEWD

TAOLijie1，GAOLijun2

(1.ProductionEngineeringResearchInstituteofDaqingOilfieldCo.Ltd，Daqing，Heilongjiang163453，China; 2.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstituteofDaqingDrilling&ExplorationEngineeringCorporation，Daqing，Heilongjiang163413，China)

As a kind of wireless logging while drilling equipment, FEWD is widely used in the field of oil drilling since 1990s. FEWD, which is based on MWD, is a kind of advanced equipment to measure drilling trajectory, formation parameters and engineering parameters at the same time. This paper analyzes the causes of common faults of the using of FEWD in the field, and presents main precautionary and protective measures. By strict technical measures, regulating the operation rules of the field, improving the use environment of the equipment, strengthening the effective communication between the cooperators and other measures, the fault rage can be reduced effectively and the service efficiency and level of the equipment can be improved, Which is of great significance to reduce drilling cost and improve oilfield development benefit.

FEWD; measuring instrument; common fault; service efficiency

黑龍江省青年科學基金“旋轉振動鉆具的共振碎巖鉆孔機理研究”(項目編號：QC2012C022)

陶麗杰，女，1981年生，工程師，2008年畢業于東北石油大學鉆井工程專業，碩士學位，現主要從事鉆井工程設計及理論研究工作。E-mail：39474382@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2017)05-0094-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.024

2017-05-11編輯高紅霞)