電磁波隨鉆測量技術(shù)在煤層氣鉆井中的應(yīng)用

張美君

摘要：由于電磁波隨鉆測量系統(tǒng)（EM-MWD）的技術(shù)特點(diǎn)適合煤層氣定向井作業(yè)，因此在國內(nèi)近幾年煤層氣開發(fā)中得到認(rèn)可，且廣泛應(yīng)用。文中對(duì)煤層氣鉆井的作業(yè)特點(diǎn)和使用電磁波傳輸?shù)膬?yōu)勢進(jìn)行了闡述，并對(duì)SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)及在煤層氣鉆井中的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：電磁波隨鉆測量;煤層氣;定向井;多分支井

一、煤層氣鉆井和EM-MWD技術(shù)的特點(diǎn)

1.煤層氣鉆井特點(diǎn)

目前開采的煤層氣一般埋藏在淺層，垂深在1000米以淺。煤層氣開發(fā)與油田開發(fā)相似，也主要有直井、一般定向井、水平井（含多分枝井）幾種井型，其中長水平段井和多分枝井技術(shù)的應(yīng)用，可以有效增加井眼與煤層的接觸，提高單井的產(chǎn)氣量，因此煤層氣井一般垂深淺，水平段長，水垂比較大[1]。

由于煤層較脆，鉆井過程中機(jī)械鉆速較快，且井眼容易垮塌。鉆速快，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)尺長，如果每米井深需要傳輸?shù)膮?shù)一定，則鉆速越快單位時(shí)間內(nèi)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，對(duì)隨鉆測量儀器的傳輸率要求越高。井眼易垮塌，鉆井過程中容易發(fā)生復(fù)雜情況，一旦井下發(fā)生復(fù)雜情況，將井下儀器起出，然后處理井下復(fù)雜情況，可有效減少井下工具落井的損失，因此煤層氣鉆井使用的隨鉆測量儀器要求可打撈。

2、EM-MWD技術(shù)的特點(diǎn)

EM-MWD技術(shù)以電磁波方式傳輸信號(hào)，與泥漿脈沖傳輸方式相比，由于傳輸不依賴于泥漿循環(huán)，其信號(hào)傳輸受泥漿性能影響小，在接單根期間可以傳輸數(shù)據(jù)，測斜不額外占用鉆井時(shí)間的優(yōu)勢也越明顯，尤其對(duì)于機(jī)械鉆速越高，建井時(shí)間越短的作業(yè)。

電磁波方式與國內(nèi)常用泥漿脈沖相比傳輸率較高，國內(nèi)常用泥漿脈沖的傳輸率一般不到1bps，電磁波傳輸方式可以達(dá)到幾bps。傳輸率越高在實(shí)際作業(yè)中參考數(shù)據(jù)更新越快，信息延遲時(shí)間越短。對(duì)于煤層氣淺井作業(yè)，電磁波方式的傳輸率，能夠更好的滿足鉆速快對(duì)傳輸率要求高的需求。

二、電磁波隨鉆測量系統(tǒng)

這里以中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所研制了SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)為例介紹電磁波隨鉆測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為井下工具、地面系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)為下座鍵可打撈的結(jié)構(gòu)形式，具備井眼姿態(tài)測量、方位伽馬、環(huán)空壓力測量能力，且為了滿足不同井眼作業(yè)的需求形成了系列化產(chǎn)品，絕緣天線（gap sub）有165/121/101mm等多個(gè)尺寸，具備小井眼的作業(yè)能力。

1、系統(tǒng)組成

SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要由井下工具與地面系統(tǒng)組成，其中井下工具主要包括絕緣天線、絕緣短節(jié)、發(fā)射機(jī)、電池、定向探管、方位伽馬與環(huán)空壓力測量短節(jié)、座鍵短節(jié)、打撈頭、引鞋、弓形扶正器等;地面系統(tǒng)主要包括接收天線、接口箱、筆記本（工控機(jī)）、司鉆顯示器、深度跟蹤相關(guān)傳感器、工程軟件等。井下工具完成參數(shù)測量和信號(hào)發(fā)射。主要測量參數(shù)有井斜、方位、工具面、上下伽馬、環(huán)空壓力。地面系統(tǒng)主要完成電磁波信號(hào)的接收、處理、解碼、換算、顯示、深度跟蹤等功能。

2、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

SEMWD-2000電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

3、系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

SEMWD-2000B電磁波隨鉆測量系統(tǒng)主要有以下技術(shù)特點(diǎn)。

（1）發(fā)射機(jī)參數(shù)可調(diào)，系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)射功率，可在儀器下井前設(shè)置。根據(jù)作業(yè)井的實(shí)際情況，選擇系統(tǒng)工作頻率和井下發(fā)射機(jī)功率。

（2）下座鍵、可打撈的結(jié)構(gòu)形式，在井下出現(xiàn)復(fù)雜情況時(shí)，可用專業(yè)工具將井下儀器起出，便于后續(xù)處理。

（3）為了煤層氣小井眼的作業(yè)需求，設(shè)計(jì)了外徑為101mm的絕緣天線;為了保證小井眼時(shí)鉆井液的流通面積，儀器扶正器處采取了縮徑的結(jié)構(gòu)形式。

（4）實(shí)現(xiàn)了方位伽馬與環(huán)空壓力測量，方位伽馬在鉆出煤層后，可幫助判斷出的頂層還是底層，便于后續(xù)軌跡的調(diào)整;環(huán)空壓力可幫助判斷井下復(fù)雜情況。

（5）地面接口箱具有標(biāo)準(zhǔn)WITS接口，方便數(shù)據(jù)交互。

（6）系統(tǒng)可用無線傳感器實(shí)現(xiàn)深度跟蹤，減少井場布線，方便作業(yè)。

三、現(xiàn)場應(yīng)用情況

在沁水盆地電磁波隨鉆測量系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用，并表現(xiàn)出其技術(shù)優(yōu)勢。

1、方位伽馬的導(dǎo)向作用

方位伽馬在鉆井過程中可測量井周不同方向自然放射性信息，通過一定算法處理將窗口在不同方向的測量結(jié)果分開，在實(shí)際水平鉆井中主要關(guān)心上下兩個(gè)方向，SEMWD-2000B提供上下兩個(gè)方向的伽馬測量數(shù)據(jù)。ZX-XXX水平井作業(yè)中穿過煤層夾矸方位伽馬的時(shí)間和深度曲線。左側(cè)曲線為時(shí)間伽馬曲線，右側(cè)為深度伽馬曲線，其中黃色為上伽馬，紅色為上伽馬，說明了井眼由下向上穿過煤層夾矸的過程，由煤層進(jìn)入夾矸上伽馬先變大，由夾矸進(jìn)入上部煤層，上伽馬先變小。

2、信號(hào)幅度與地層電阻率相關(guān)的應(yīng)用

電磁波隨鉆測量系統(tǒng)使用的天線為非對(duì)稱的偶極天線，天線的輸入阻抗與天線周圍的地層電阻率緊密相關(guān)。周圍地層電阻率的大小影響信號(hào)的大小，因此在煤層水平段信號(hào)的大小的突然變化具有一定的地質(zhì)導(dǎo)向作用。

四、結(jié)論

EM-MWD傳輸率高，且信號(hào)幅度對(duì)地層電阻率敏感可用于判斷軌跡是否要出煤層，上方位伽馬測量信息，可進(jìn)一步確認(rèn)鉆進(jìn)方向與上下底板的關(guān)系，兩項(xiàng)技術(shù)配合，作業(yè)優(yōu)勢明顯，非常適合煤層氣定向井（水平井、分枝井）的作業(yè)，已得到業(yè)界認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜俊杰，范業(yè)活，韓永國.國內(nèi)EM-MWD技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及在煤層氣中應(yīng)用展望[J].中國煤層氣.2014，11（S4）：6～10.

[2]李天祿，范業(yè)活，楊志強(qiáng).SEMWD-2000電磁波隨鉆測量系統(tǒng)及現(xiàn)場試驗(yàn)[J].錄井工程.2012，23（S2）：64～67.