MWD磁干擾的判斷和矯正

商森 連世鑫

中石化西北油田分公司石油工程監督中心 新疆 巴音郭楞 841600

目前鉆井工藝多以定向井為主。軌跡控制的隨鉆測量（MWD）也成了鉆井中常用的工具，用來獲取井斜、方位等。不同的MWD儀器有著不同的測量精度，這不僅與儀器的質量有關系，還與MWD測量時所處的外在環境因素（如磁場強度）有著直接的關系。因此，在鉆進過程中如何時MWD、隨鉆地質導向（LWD）等磁性傳感器不受外在磁性的干擾，就成了工作中經常面對的問題。我們這里對如何辨別MWD受到磁性的干擾和收到干擾時，如何矯正做了簡單的闡述[1]。

1 MWD 磁干擾的原因分析

MWD受到的磁干擾有很多種情況：（1）無磁環境不夠或無磁環境被磁化；（2）地層巖性中含磁性礦物，如玄武巖；（3）鉆井液中含磁性添加劑；（4）地層存在鐵質工具干擾，如鄰井套管，大型從式井組的表套，井下落魚等等[2]。

2 MWD 磁干擾的判斷方法

現在最簡單的判斷是否存在磁干擾的方法，是把本地的磁場強度大小和井下儀器測量得出磁場強度相比較，如果兩者數值接近，則說明無磁干擾；如果差別較大，說明井下存在磁干擾。大部分磁干擾來自鄰井套管、儀器本身出現問題、無磁環境受到破壞。用這種比較簡單的方法在平時來判斷是否有磁干擾，一般可滿足鉆井需要[3]。

首先地球磁場是一個矢量，MWD的工作原理，是通過探管內的磁力傳感器測量得三個方向（用X、Y、Z表示3個方向）在磁場中的強度。測得的磁場強度用Bx、By、Bz表示，Bt表示當地的磁場強度。他們3者的關系圖1和圖2。

圖1 MWD磁通門傳感器測量方向示意圖

圖2 X、Y、Z軸地磁場強度示意圖

圖1中，X、Y軸分別代表探管的徑向方向，而Z軸則代表探管的軸向方向。

圖2根據矢量的平行司邊行法則有：

Boxy =（Bx2+ By2）1/2

式中：Bx、By為探管在磁場徑向方向得強度；Bz為探管在磁場軸向方向的強度。不難發現Boxy不僅是Bx和By的矢量和而且還是Bt的分量。

經計算得到的Boxy是探管在磁場中的徑向合力，當受到磁場干擾，Boxy就會出現變化。Bz則反應著探管在磁場中軸向方向的變化，如果探管的無磁環境受到破壞，鉆具被磁化，鉆具上下的就會出現磁干擾，Bz的值就會出現變化。因此在定向鉆井過程中，在穩斜井段，上下測點的井斜角和方位角應基本一致，若出現當前測點的Boxy和Bz較大偏差說明有磁性干擾，具體分2種情況：

（1）當鉆井鉆進至穩斜段時，在之前的Boxy和Bz都是正常測得的結果的情況下，最新測得的Boxy和Bz出現變化。如果Boxy數值相近，而Bz差別很多大，則說明軸向方向的磁性干擾很嚴重，有可能是無磁環境不足，無磁鉆具被磁化、無磁鉆具破損等。如果Bz數值相近，而Boxy差別很多則說明，怎么說明干擾來自探管的徑向方向，比如，別如儀器損壞、玄武巖底層、或者鄰近套管干擾等[4]。

（2）若沒有之前測點得Boxy和Bz數據，可以根據設計中磁場強度和地磁傾角，和隨便一個測點的井斜方位，通過公式計算出Boxy和Bz，然后在和異常測點所測出的Boxy還有Bz進行比較來得到我們想要的結果。

依據圖3通過公式推導總磁場強 Bt如圖 2所示：

圖3 井眼方向與磁場方向夾角示意圖

上述過程是在有井眼數據和知道該井的磁場強度的情況下，計算出Boxy和Bz，來分和測得的數值比較爾得干擾結果得。

在直井段時：

不論是直井段還是穩斜段，都可以用此法，計算并且判斷干擾源。

3 矯正磁干擾

MWD得工作需要一個穩定的無磁環境，由無磁承壓、無磁懸掛、無磁鉆鋌、無磁變徑接頭等提供。在實際鉆進過程中無磁鉆具在地磁作用下緩慢磁化。通過Russell研究發現，當無磁鉆具長度大于3.05m時，徑向磁干擾可忽略不計。無磁鉆具大都是鉻鎳合金制成的，除次之外還有鉻錳、敏銅等材質無磁鉆具，由于材質不均，局部會出現剩磁和感應磁，俗稱磁熱點[5]。

3.1 校正徑向磁干擾

VanDongen曾提出通過旋轉360°鉆具，通過比較來確定是否存在徑向干擾。如圖4，當鉆具在同一位置時，測量儀器沿鉆具方向旋轉，若無徑向磁干擾，測得隨機2個Bx和By讀數滿足公式Bx2+By2=H，H是定值；有徑向磁干擾時，磁熱點對徑向干擾是定值，鉆具相對探管固定，可得到（Bx-Mx）2+（By-My）2=H。把Bx，By放在直角坐標系中，可得在徑向干擾下，Bx，By關系為偏心圓。

圖4 測量儀器鉆具內受徑向干擾示意圖

矯正徑向磁干擾后的磁通門讀數為：

3.2 軸向磁干擾的解決方法

MWD測量數據是否準確，參考以下指標：三個重力加速度計的矢量和、三個磁通門傳感器的矢 量和。依據測量數據求取矢量和，若測量值在0.997～1.003 G內，說明重力分量準確，若數值與當地地磁場強度誤差在-0.02～0.02以內，說明磁力分量準確。

井身軌跡參數由下式求得

上式中，gx、gy、gz和Bx、By、Bz分別為重力分量和磁場分量ФG為重力工具面角，ФM為磁力工具面角。φ為方位角。

哈里伯頓公司的MWD提供了一種校正軸向磁干擾的短鉆鋌測量方式，在實際施工過程中，若無磁鉆具長度不滿足儀器需求，可選擇短鉆鋌測量方式，以期能夠校正軸向磁干擾引起的方位角不準確的問題。

具體測量方法如下：利用設計中當地磁場強度Bt、磁傾角θ、測得的三個重力分量和它們之間的幾何關系來計算軸向磁力分量Bzc，將上述數據代入下式（9）得到9初始軸向磁力分量Bzc；將計算得到的初始磁力分量 Bzc 代入式（10）中，會得到新的方位角φc ，而此次的φc 也是不準確的，繼續將其代入式（9）計算得到新的Bzc，然后在代入式（10）；當連續兩次計算得到的φc 相差較小時，可以認為就是真實φc，循環迭代結束。

4 實例分析

某定向鉆井過程中，在施工穩斜段時，上段井眼測得井斜角、方位角基本一致，沒有太大變化，所測得的Boxy和Bz值也基本一致，Bz=-0.340，Boxy=0.814說明儀器正常無磁干擾發生。但是當鉆進至3156m時，所測得方位角突然減小較多，由于在此之前一直以復合方式進行鉆進，方位角不應該發生如此大變化，故重新復測，結果依然一樣，認為存在磁干擾。對比測得的Bz和Boxy值，其中，Bz=-0.342，Boxy=1.124發現Boxy發生較大變化，存在徑向磁干擾。在確認防碰和鉆井液不存在問題后，認為地層原因引起的磁干擾，與地質錄井進行了確認，經過鄰井對比及巖屑分析，確認進入玄武巖地層。

5 結束語

（1）M磁場的干擾會極大的影響到MWD測斜儀，測得數據會和真實值有狠大的差別，造成很嚴重的后果，我們要盡力避免這種情況的發生。

（2）本文的定性和定量兩個方面的分析結果，可以為現場施工人員提供判斷是否存在磁干擾以及磁干擾來源的手段。

（3）引起MWD磁干擾的因素很多，在進行軸向磁干擾校正時，需要首先進行判斷磁干擾的來源，確定徑向不存在磁干擾，才能夠采用文中的方法。

（4）由于無磁環境不夠，而引起的軸向磁干擾問題，利用短鉆鋌測量方式能夠有效的進行校正，其結果具有一定的可靠性。