長慶區域鉆井隨鉆測量工具現狀及需求

田逢軍，郝寧，陳琪，王萬慶，丁黎

(1.川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西 西安 710000；2.長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西 西安 710000)

0 引言

隨鉆測量技術最早興起于國外，到1980年Schlumberger公司推出第一支隨鉆測量(MeasureWhileDrilling)工具M1，僅能提供井斜、方位和工具面測量。定向鉆井技術的研發促進了MWD工具的快速發展，使其在數據傳輸速率、穩定性、耐磨性、工作頻率可變、抗振性、體積更小等方面表現逐漸變優異。隨著高斜度井、水平井、 大位移井的增多，隨鉆測量工具與鉆井工具組合形成類似于常規電纜測井，并能夠將實時數據傳輸地面的隨鉆測井(Logging WhileDrilling)技術[1]。 隨鉆測量技術包括地面和地下測量兩部分，井下系統包括供電、測量、信號發生和數據傳輸四部分。井下系統一般由電池或渦輪供電。電池供電有持續供電優勢，但作業時間一般較短；渦輪供電則需要在開泵工作的條件下實現供電，但其適應各種排量和耗電量較大的工作環境。測量部分(MWD)可提供鉆井軌跡的井斜、方位、 工具面等參。MWD工具與某些特殊功能的測量短節組合可測量伽馬、電阻率、鉆壓、扭矩、環空壓力、環空密度、環空溫度等參數。這些數據通過MWD信號傳輸至地面，這些測量短接通常稱MWD外掛儀器。

國內隨鉆測量技術較國外起步較晚，2000年左右國內生產常溫無線隨鉆測量工具，并陸續在油氣田使用，2004年以后大規模使用，測量精度都能滿足鉆井軌跡控制需要，隨鉆技術的發展應用促進了鉆井技術的大飛躍，鉆井速度明顯提高、并且水平井向規模化應用發展。近年來，國內的隨鉆測量工具不斷的發展，高溫高壓工具已經成熟應用。近鉆頭地質測量等方面也有了很大發展，取得了一些成就，但與國外仍有很大差距。主要傳輸速率比較低等。

1 長慶區域主要特點

長慶油田憑致密氣、頁巖油規模開發打破“天花板”— 驅動“三低”油氣田高質量發展，隴東國家級頁巖油示范區建設支撐慶城10億t大油田開發，致密氣是我國最大的致密氣產地，油氣并舉，項目眾多，作業井井型多樣化、垂深變化范圍1 000～4 600 m，平均井溫100 ℃，整體呈現出鉆井成本低、速度快、容錯空間小的特點，隨鉆儀器以國產下座鍵儀器為主，兼顧部分進口儀器及國產上懸掛儀器。常規井提供隨鉆定向服務及工程測量，水平井提供隨鉆定向及伽馬測量；開窗側鉆井提供陀螺服務及小徑儀器隨鉆測量及定向服務；使用的隨鉆測量工具大部分傳輸速率1 bit/s以下。

目前開發的井型水平井占比比較大，大平臺大井叢工廠化鉆井，大偏移距，長水平段取得突破，鉆探長水平段的能力受多種因素影響，技術進步的關鍵是能夠在一趟鉆中精確地鉆進更長井段。這要通過提高定向鉆井工具的可靠性來實現，包括馬達、隨鉆測量和旋轉導向系統(RSS)。

2 主要存在的問題及挑戰

2.1 水平井大規模多層系開發，地質條件不一

為了鉆遇地質“甜點”隨鉆地質調整頻繁等特點。需要隨鉆地質導向工具，隨鉆近鉆頭地質導向工具幫助地質工程師及時研判地層巖性等目的層情況。根據地層鉆遇情況及時調整實鉆提高鉆遇率。

2.2 塌漏矛盾，提前加重等問題突出

超前注水區，為維護井壁穩定及防漏需要，鉆井液比重比較高。氣田 “雙石層”坍塌、劉家溝漏失，油井部分區塊侏羅系漏失嚴重，水平段目的層裂縫或斷層導致井漏嚴重，目的層鉆遇泥易坍塌，部分區塊井溫120～140 ℃；能滿足添加堵漏劑及加大比重下使用。

2.3 投資逐年下降、運營成本升高，經營壓力大

甲方單井勘探投入整體呈下降趨勢；受原材料漲價、人工成本增高、環保需求升級的影響，施工單位整體運營成本大幅度增加；施工難度越來越大，甲方技術需求逐年升高，產品換代升級投入需要資金大；低成本提速提效格局下造成儀器NPT時效幾乎無“容錯空間”。鉆井成本低，儀器方面投入減少，大量儀器超負荷使用。

2.4 全面“激進鉆井”

優選大功率螺桿，大鉆壓、高轉速全面推廣、大排量規模化應用；鉆井參數不斷優化，機械鉆速顯著提高。鉆井周期縮短。隨鉆測量儀器使用頻率高，使用時間長，國產儀器故障率明顯提高，主要體現為高震動、高沖刷帶來的探管夾表損壞、脈沖器機械件提前沖蝕等系列問題。近年來整體故障率較激進參數推廣前增加50%以上，嚴重制約著鉆井后續提速。隨鉆測量工具需適應鉆井環境的變化。

2.5 小井眼，綠色環保鉆井

因綠色開發及環保要求，老井側鉆井及部分井需要小井眼完成，鉆頭尺寸變小，鉆具及隨鉆測量工具外徑也要相應變小。

2.6 進口隨鉆測量儀器“卡”脖子

近年，國產隨鉆測量儀器在不斷的改進，但仍存在功能單一、故障率高，穩定性不足的問題，與進口儀器還存在較大差別。

部分進口儀器存在保養維修周期長、費用高、工具儲備不足等情況。以三大油服為例：借助旋轉導向、近鉆頭工具、LWD等工具壟斷，價格高、合同條款要求嚴，甚至出現過工具作業費用高于鉆機費用的情況。

3 對隨鉆測量儀器的需求

3.1 傳輸速率方面，隨鉆測量工具

不僅要滿足測量鉆井軌跡數據，鉆井地質導向及工程參數儀等外掛工具，需要應用無線隨鉆測量儀器傳輸井下測量數據，國產隨鉆測量工具使用機械脈沖器，傳輸速率在1bit/s以下，傳輸的數據越多，傳輸速度越慢。傳輸速率，數據解碼失真等問題成為攔路虎。

3.2 測井方面

國際項目隨鉆測井逐步成為標配，最新數據顯示，國際上近50%常規測井工作量逐步被隨鉆測井取代，隨鉆測井的前提是高速化的數據傳輸能力，基本達到3～6 bit。國產隨鉆測量工具目前還達不到。

3.3 儀器穩定性、功能性改造方面

國產儀器Tensor通訊協議比較多[2]，具有操作簡便、使用維護費用低、鉆探公司保有量大等特點，但該儀器結構決定了減震效果差、特別是激進鉆井后故障率大幅增加。盡管不斷的改進、改造、抗沖蝕研究等但仍不能滿足需要，為鉆井一趟鉆和提速提效的攔路虎。部分井儀器震動劇烈、相當一部分井需要加入堵漏材料，對儀器抗堵、抗震，穩定性要求比較高。

3.4 小型化、輕量化、無線化及模塊化方面

小井眼鉆井，常規45～48 mm桿徑儀器呈現出壓耗大，抗沖蝕、耐振動性能差的問題，儀器連續故障多次發生。嚴重影響鉆井速度及降本增效。需要φ38～42 mm小徑儀器，開窗側鉆井使用小徑儀器后故障率較常規儀器低75%左右。國內油田現場技術人員普遍不足，單井現場技術服務人員有限，需同時兼DD及MWD。需要儀器輕量化方便拆卸、安裝；隨著信息化進程的推進，儀器地面連接線存在高空臨邊等危險性較大的作業且連接線易夾斷老化等系列問題。因此對儀器地面鏈接無線化改造需求較高；為方便儀器的故障快速診斷，維修及保養，儀器內部核心部件模塊化、批量化生產。用戶單位根據需求，自主進行檢測、更換，減少維修周期、提高儀器作業效率

3.5 外掛工具傳輸方面

油田水平井，大平臺大井叢，長水平段，大偏移距鉆井施工，特別是超低滲油田，頁巖油、致密氣的鉆井開發，儲層薄，儲層不確定性增多，鉆進過程需要地質導向地層識別工具相結合，減少地質循環及等指令，引導鉆頭在目的層中精準鉆進，才能提高鉆遇率，提高鉆井效率。進口工具地質識別效果好，甲方認可度高，但價格高昂。國產工具完成功能性試驗，但商業化應用還需進一步驗證。為防止井下復雜及事故發生，需要使用井下參數儀、工程測量工具等外掛工具，實時檢測鉆頭、鉆具情況。

3.6 隨鉆測量工具所需能量及電池安全問題

由于儀器的超負荷使用，激進參數鉆井，使用外掛的地質導向工具，儀器使用要滿足一趟鉆等提速提效需求，需要電量比較大，單電池使用時間短造成電池原因起下鉆，一般使用雙電池，但電池安全問題也比較突出。近年，電池在井下及地面發生爆炸時有發生，極少數的地面爆炸后對操作人員造成傷害，一方面要電池電量大使用時間長，另一方面電池更安全。使得電池的安全隱患大增，需要更安全的電池。儀器渦輪發電機可以替代電池，使用較為安全，但同時又存在停泵狀態不能測斜的問題。

4 隨鉆測量工具標準問題

現有隨鉆測量儀器標準多以廠家為主，缺少第三方權威機構建立一套整個行業的通用技術標準。各廠家標準不統一；各鉆探公司標準不統一；儀器作業環境要求、電路板使用報廢標準等關鍵條款無第三方理論支撐；鉆探公司提出采購、維修、配件、服務等技術需求無標可依。與隨鉆測量儀器廠家易產生技術“爭論”。仲裁難度大，需要建立隨鉆測量儀器行業標準。

隨鉆測量儀器電池標準目前也不統一，廠家對自己的電池標準保密，出現電池爆炸等安全問題發生，同時低成本鉆井，儀器的超負荷運行都為儀器及電池的安全埋下隱患，建議由第三方權威機構建立隨鉆測量工具電池的參數通用標準及檢測辦法，規范使用標準。保障隨鉆測量工具的健康發展、安全發展。為石油鉆井行業發展做出貢獻。

5 結語

(1)隨鉆測量工具的更新換代迫在眉睫，首先需要高的傳輸速度，高速脈沖發生器。傳輸速率達到3bit/s以上；

(2)國產化的近鉆頭測量工具及地質導向工具需進一步突破，規模化應用，提高地質識別能力；

(3)隨鉆測量工具的高可靠性和穩定性。適應激進鉆井需要，這要求電子元器 件具有耐高溫、耐高壓、大存儲容量、抗磁干擾等特征。能適應復雜條件下的隨鉆測量，如高斜度、薄儲層、小井眼甚至更惡劣環境下的測量；

(4)測量范圍更大、更全面、更精確、可視化。這在探邊和成像技術中運用較多要求較高；

(5)我國的隨鉆測量技術與國外的技術相比還相對比較落后。沒有行業技術標準及檢測機構。不利于該項技術的發展。