BHI-MWD無線隨鉆測斜儀在頁巖氣的應用

摘要：BH I-MWD無線隨鉆測斜儀的結構、工作原理、適應工況和信號干擾因素及解決方法。BHI-MWD無線隨鉆測斜儀在四川長寧頁巖氣定向井施工中的應用。

關鍵詞：定向井 BHI-MWD無線隨鉆測斜儀 鉆井液參數 鉆井泵

在四川長寧頁巖氣寧209H-35-5x井的石油鉆井中，為了快速獲取目標油層的埋深、厚度及分布范圍，提高鉆效，在本井采用BHI-MWD 無線隨鉆測斜儀監控井眼軌跡，提高井身質量和鉆井速度，確保準確中靶，為后期水平段ATC施工創造良好條件。本井一、二、三開井眼尺寸444.5mm、406.4mm、311.1mm，使用1200 BHI-MWD，為了確保脈沖發生器正常工作，所以對鉆井液質量和泥漿泵有較高的要求。本文會對施工中遇到的一些問題進行展開，來說明儀器信號影響因素和故障分析。

1 BHI-MWD的簡要介紹

1.1 結構

MWD無線隨鉆測量儀器是由地面部分（地面數據處理系統、安全箱、DDU司鉆讀數器、 泥漿壓力傳感器、泵沖傳感器）、井下部分（MEP/PCD探管、流筒總成、脈沖發生器、無磁短節等）及輔助工具、設備組成。

1.2 工作原理

BH-MWD靠井下轉子提供動力。轉子與內軸藕合，軸底端連接一發電機，為探管供電：上端連接一液壓泵，為脈沖發生器提供能量。泥漿在魚頸總成和限流環與蘑菇頭形成的環形空內流動，當有信號傳遞時，蘑菇頭升起，停—下，然后回到原位，短時的蘑菇頭伸長就產生了正壓力脈沖。地面上采用泥漿壓力傳感器檢測來自井下儀器的泥漿脈沖信息，并傳輸到地面，地面數據處理系統進行處理，井下儀器所測量的井斜角、方位角和工具面數據可以顯示在地面數據處理系統和司鉆讀數器上，定向井工程師通過顯示出來的數據就能夠知道井眼的軌跡。

2 信號傳輸質量的主要影響因素

2.1信號傳輸方式

目前MWD信號傳輸一般分為連續波、正脈沖、負脈沖、電磁波等傳世方式。BHⅡ-MWD的的信號傳輸原理是利用井下儀器串DSP定向探管配合帶有耦合發電機的脈沖發射器，把采集到的井下測量參數通過泥漿產生正脈沖信號發送到地面經過泥漿壓力傳感器把感受到的壓力信號轉換成電信號，然后經過地面數據處理儀對信號進行處理解碼成我們所需要的井眼軌跡參數。

2.2儀器自身對信號的影響

儀器本身對信號的造成的解碼故障，一般是井下儀器串的配比不合適，造成信號幅值異常的弱小使地面儀器不能正常的解碼，或者是泥漿性能要求突然變化或者井深太深造成信號衰減嚴重，從而使儀器的波形信號受鉆具的活動而受較大影響。

在通常情況下儀器工程師在上井施工之前都會根據掌握的井隊設備參數如：設計井深、排量、鉆挺內徑、鉆頭類型信息來選擇合適的轉子、定子、孔板等的大小，是儀器能獲得正常的信號幅值，合適的轉子轉速，和蘑菇頭合適的承載壓力。

還有一種情況就是地面儀器接電電壓太高或者因為漏電設施異常變化將造成儀器基礎幅值異常，從而造成儀器解碼故障。如果沒有及時發現此種故障原因將會造成很隱形的麻煩。

2.3信號因外部條件受干擾

2.3.1 井深

井深越大，信號從井底傳至地面的距離就越大，信號的衰減就越大。因此，在深井測量時，根據現場情況適當提高鉆井液排量，以提高信號強度。

2.3.2鉆井液影響

（1）在有微珠的泥漿中工作。

泥漿中含有微珠，會卡在下軸承套和定子之間，阻礙轉子轉動。對于帶護蓋的轉子，還

會卡在轉子護蓋和HOS或沖管的間隙間，導致轉子更難轉動。

（2）在有堵漏材料的泥漿中施工

包括中、細核桃殼、各種纖維材料、編織袋、密封材料等。這些材料有可能發生堵死定子、卡死轉子、纏死蘑菇頭、阻止蘑菇頭伸縮等現象，導致儀器不工作。

（3）泥漿的固相含量高、塑性粘度高

泥漿固相含量高，會導致大量固體物在轉子的磁芯里面堆積，最終容易導致轉子受阻。塑性粘度高，信號衰減厲害，在深井中難以工作。

（4）泥漿比重大于12 PPG（1.45g/cm^3）

泥漿比重高，信號衰減幅度大，在深井中會導致信號檢測困難。

2.3.3鉆井泵

泵在許多方面都可能影響儀器的信號質量。例如：刺漏、密封不嚴、上水不好等。要求及時檢查泵的上水情況，若有問題應及時修理。在無特殊情況下，嚴禁頻繁開、停泵或交叉換泵，消除干擾信號，確保測量精度。

2.3.4 單彎螺桿噪聲

通常情況下，單彎螺桿的噪聲頻率要比儀器的頻率低很多，是可以被忽略的。但當單彎螺桿突然降速或停止轉動時，鉆頭扭矩會劇增，同時立管壓力會增大，導致MWD失去同步信號，無法獲取正確的測量數據。因此，在鉆進時盡量要平穩加壓，減少壓力突變，確保井眼數據測量的準確性。

2.3.5鉆頭水眼特別小

鉆頭水眼特別小，會導致立管壓力很高，這種情況下如果泵上水又不好時，泥漿泵上水時的瞬間會產生很高的壓力信號，高噪音信號往往會覆蓋掉有用信號而導致地面檢測不到信號。

2.3.6泥漿存在氣侵

對于高壓油氣層，泥漿往往會受到氣侵。受到氣侵的泥漿，對信號的衰減特別厲，這時需要在泥漿中加入除泡劑，充分循環泥漿，直到氣侵排除。

2.3.7嚴重井漏

輕微井漏時，儀器能檢測到信號。嚴重井漏時，儀器檢測信號困難，且井下儀器不安全，

故嚴重井漏時儀器不能下井。

2.3.8赤鐵礦

赤鐵礦作為泥漿加重劑，泥漿比重很高，會增加信號的衰減量，在深井、超深井中施工會影響信號的傳輸，導致信號檢測困難。

3 寧209H35-5X井施工心得及儀器使用情況

寧209H35-5X井由于是大井眼水平井，為保證井下MWD儀器工作正常，所以對鉆井設備和鉆井液系統要求很高。全井MWD儀器信號不穩定，解碼能力很弱，原因在于一二三開井眼為444.5mm、406.4mm、311.1mm尺寸，需使用1200脈沖發生器。1200脈沖發生器無法適應該鉆井隊的泵和泥漿性能。

一二開初期，由于井段較淺，信號衰減的不是很明顯，處理儀對信號同步頭還可以進行識別。隨著井深的增加，儀器解碼能力更加弱。為了保證定向任務的順利進行，不能僅僅用掃波的方法進行施工，需找出原因，調整參數，使儀器正常穩定。首先從儀器自身出發，觀察儀器轉子轉速，在確定不是因轉子偏磨導致信號減弱。起鉆檢查儀器沒有任何問題，在調整了蘑菇頭和限流環的間距，使信號幅值加強，缺還是不能達到自主解碼能力，就需要考慮井隊設備對儀器的影響。首先觀察了空氣包壓力在規定范圍，其次觀察水龍帶無明顯跳動，排除了空氣包出問題的可能性。同時得知井隊沒有加重、加藥，對泥漿比重沒有進行調整，排除了鉆井液性能對儀器的影響。詢問到該井隊是用雙泵打鉆，與技術員核實了泵的情況后得知，其中一個泵的上水不是很好。因為雙泵打鉆，倘若雙泵參數不一致，會使泵入的鉆井液排量不穩定，最終導致信號不好。找到了信號不好的一個原因，與井隊溝通后，進行單泵95沖打鉆。此時儀器信號仍舊不強，解碼能力還是不好。無奈只能雙泵繼續打鉆，開雙泵65沖后，調整柴油機轉速，從1250轉調至1050轉后，儀器解碼能力恢復。

經過寧209H35-5X井的施工，發現1200MWD的施工環境比650MWD的施工參數要更加嚴苛，在遇到特殊工況，要適當調整參數，使儀器可以正常工作。

參考文獻

[1]石油儀器;2002年07期

[2] 劉國衛.MWD無線隨鉆測斜儀在鉆井中的應用.西部探礦工程，2011.3.

作者簡介：李海楓，1991.01.25，2013年畢業于中國石油大學（華東）電子信息工程專業，工程師，現就職于渤海鉆探定向井公司現場測量工作。