YST-48R型MWD儀器的Bt值異常分析與判斷

喬傳尚

(山東科瑞國(guó)際油氣工程有限公司 山東東營(yíng))

YST-48R型MWD儀器的Bt值異常分析與判斷

喬傳尚

(山東科瑞國(guó)際油氣工程有限公司 山東東營(yíng))

針對(duì)YST-48R型MWD(Measurement While Drilling)測(cè)斜儀的地磁強(qiáng)度Btotal值(簡(jiǎn)稱“Bt值”)在測(cè)量過程中出現(xiàn)異常的問題,通過對(duì)測(cè)量時(shí)的環(huán)境因素進(jìn)行分析,找出了使Bt值產(chǎn)異常的因素,總結(jié)了各個(gè)因素對(duì)Bt值的不同影響,以及對(duì)Bt值出現(xiàn)異常時(shí)的定性判斷方法。為MWD工程師在今后的測(cè)量過程中,對(duì)YST-48R型MWD的Bt值出現(xiàn)異常,提供了判別方法和依據(jù)。

MWD;Bt值;無磁鉆鋌;鉆井液;磁干擾

0 引 言

MWD技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使我們?cè)谲壽E測(cè)量方面有了更好的測(cè)量工具,彌補(bǔ)了單點(diǎn)測(cè)斜儀的效率低、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、測(cè)量參數(shù)少的缺點(diǎn),也比有線隨鉆測(cè)斜儀更加簡(jiǎn)單、靈活,效率更高。但是MWD和單點(diǎn)測(cè)斜儀、有線隨鉆測(cè)斜儀一樣,都屬于磁性測(cè)量?jī)x器,其測(cè)量的精度都受測(cè)量條件和環(huán)境因素的影響。MWD的測(cè)量精度直接影響到井眼軌跡的控制、中靶率以及與鄰井的防碰問題,所以MWD工程師要具備對(duì)影響MWD測(cè)量精度的因素的分析和判斷能力。北京海藍(lán)公司生產(chǎn)的YST-48R型MWD的測(cè)量精度準(zhǔn)確與否,主要是通過地磁強(qiáng)度Bt值來判斷的。本文以YST-48R型MWD為例,介紹了在Bt值出現(xiàn)異常時(shí),通過對(duì)測(cè)量環(huán)境的分析,找出影響B(tài)t值因素的方法,以便采取相應(yīng)的措施,來保證MWD的測(cè)量精度,為MWD工程師對(duì)測(cè)量精度的判斷提供依據(jù)和方法。

1 YST-48R MWD儀器定向探管工作原理[1]

YST-48R MWD測(cè)斜儀是利用當(dāng)?shù)匾阎闹亓?chǎng)和地磁場(chǎng)做為基準(zhǔn)定義方向參數(shù),并利用定向探管坐標(biāo)系與基準(zhǔn)的相互關(guān)系計(jì)算出方向參數(shù),因此需要建立探管測(cè)量頭坐標(biāo)系是很自然的。測(cè)量頭坐標(biāo)系如圖1。X、Y、Z、O直角坐標(biāo)系的XOZ平面與T形槽定位面平行,而Z軸平行于測(cè)量頭軸向。三個(gè)加速度計(jì)Gx、Gy、Gz和三個(gè)磁通門Bx、By、Bz的敏感軸分別平行于OX、OY、OZ。因此,前者可以感受重力場(chǎng)的重力加速度在三個(gè)方向上的分量,后者感受地磁場(chǎng)在三個(gè)方向上的分量。然后在通過一系列的電路轉(zhuǎn)換和計(jì)算,解算出工具面、井斜、方位、Bt等參數(shù)的值。

圖1 測(cè)量頭坐標(biāo)系示意圖

2 導(dǎo)致Bt值異常的因素

圖2 磁場(chǎng)分布示意圖

由MWD儀器工作原理可知,磁通門Bx、By、Bz測(cè)出來的是地磁場(chǎng)中X,Y,Z軸三個(gè)不同方向的地磁場(chǎng)分量值,由磁場(chǎng)分布示意圖[2]如圖2可知Bt=(Bx2+By2+Bz2)1/2。儀器是否受到磁干擾是通過Bt值來判定的,Bt值在無磁干擾的情況下的值為1,但在實(shí)際施工過程中很難做到無任何磁干擾,所以各個(gè)儀器廠家都給定了Bt值的誤差范圍,YST-48R MWD的Bt值范圍是1±0.10。Bt值在此范圍內(nèi)可認(rèn)為儀器工作狀態(tài)正常,測(cè)出的數(shù)據(jù)值是可信的,否則,Bt值超出此范圍說明儀器的工作狀態(tài)是非正常的,此時(shí)測(cè)量出的數(shù)據(jù)是不可信的。造成這種情況的原因可歸納為2個(gè),一是儀器本身出現(xiàn)故障;二是儀器受到外界磁干擾。外界磁干擾源主要有:鉆井液、地層中的鐵礦物、底部鉆具組合、鄰井、無磁鉆鋌被磁化等。

2.1 鉆井液

鉆井液對(duì)磁性儀器的影響主要是因?yàn)殂@井液有一定的磁性,會(huì)產(chǎn)生干擾磁場(chǎng),從而影響B(tài)t值。鉆井液中的磁性來源主要分為三部分,一是基漿本身會(huì)有磁性;二是加重材料如重晶石、鈦鐵礦等會(huì)產(chǎn)生磁性干擾;三是鉆柱和套管磨損產(chǎn)生的鐵屑會(huì)產(chǎn)生磁性干擾。鉆井液產(chǎn)生的磁干擾存在于儀器周圍,對(duì)磁通門Bx、By、Bz值都會(huì)產(chǎn)生影響,從而影響測(cè)出的方位角的準(zhǔn)確性。鉆井液磁干擾導(dǎo)致對(duì)方位角的測(cè)量誤差如圖3所示[3]。

圖3 橫軸磁場(chǎng)上1%的誤差(刻度誤差)造成的方位誤差圖

2.2 地層中的鐵礦物

地層中的鐵礦物對(duì)磁性儀器的影響也是很大的,在有鐵礦物存在的地區(qū)使用YST-48R測(cè)量時(shí),如果發(fā)現(xiàn)Bt值出突然出現(xiàn)異常,就要考濾鐵礦物的影響因素,比如在贛西、湘東地區(qū)分布有赤鐵礦;在東北、華北地區(qū)分布有磁鐵礦;在河北、山西、安徽、云南、內(nèi)蒙古等地均有鐵礦[4];長(zhǎng)垣的上侏羅系、四川盆地下三迭系飛仙關(guān)組和侏羅系上沙溪廟組等都含有磁性層[5]。鐵礦物對(duì)YST-48R的影響有明顯的特征,一般都是在地層的交界處Bt值突然出現(xiàn)較大的異常,從返出的巖屑成分中可以發(fā)現(xiàn)磁性礦物含量有明顯增加,穿越這個(gè)層位后,Bt值就會(huì)正常。

2.3 鉆 柱

鉆柱都是由合金鋼材制成的,能產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾磁場(chǎng),尤其是鉆鋌、穩(wěn)定器、動(dòng)力鉆具和短鉆鋌等離MWD儀器較近的工具,產(chǎn)生的磁干擾極大,而且鉆柱的磁干擾是一直存在于整個(gè)MWD測(cè)量過程中的。如果無磁鉆鋌的長(zhǎng)度不夠,或是對(duì)磁干擾的屏蔽能力不強(qiáng),那么鉆柱產(chǎn)生的磁干擾就直接影響MWD的測(cè)量,使Bt值出現(xiàn)異常,此時(shí)測(cè)量出的方位角、磁性工具面、地磁傾角等值都不夠準(zhǔn)確。

2.4 鄰井套管

鄰井套管的磁干擾在叢式井中表現(xiàn)尤為突出,叢式井中各井口間的距離比較近,陸上叢式井各井口間距離一般3 m～5 m,海上平臺(tái)各井口之間距離更小,海上平臺(tái)結(jié)構(gòu)一般為5×7、5×8、4×9的叢式平臺(tái)結(jié)構(gòu)[6],井距1.5 m×1.7 m,4×9海上叢式平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖4。MWD探管在井下離磁性物體3m則磁干擾無明顯影響[7],在叢式井鉆進(jìn)過程中,當(dāng)與鄰井的距離小于3 m時(shí),出現(xiàn)Bt值異常,就要考濾鄰井套管的磁干擾因素了,另外這也是與鄰井防碰的一個(gè)前兆,此時(shí)要采取相應(yīng)措施,以避免事故發(fā)生。

圖4 4×9海上叢式平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 無磁鉆鋌磁化

目前制作無磁鉆鋌的材料主要有蒙乃爾合金、鉻鎳合金、鉻錳為基礎(chǔ)的奧氏體合金、敏銅合金、SMF無磁鋼等[8],合格的無磁鉆鋌能屏蔽磁干擾,為磁性測(cè)量?jī)x器提供一個(gè)無磁干擾的測(cè)量環(huán)境,保證了磁性測(cè)量?jī)x器測(cè)到的數(shù)據(jù)為真實(shí)大地磁場(chǎng)信息。無磁鉆鋌在使用過程中,其屏蔽磁干擾的能力也會(huì)逐漸下降,當(dāng)無磁鉆鋌的相對(duì)磁導(dǎo)率(磁導(dǎo)率是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量,通常把某種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率的比值叫做該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率)大于1.010時(shí)[9],就不能更好的屏蔽磁干擾了,如果長(zhǎng)時(shí)間使用相對(duì)磁導(dǎo)率大于1.010的無磁鉆鋌,無磁鉆鋌就會(huì)被磁化,此時(shí)無磁鉆鋌非但不能屏蔽磁干擾,而且本身也會(huì)產(chǎn)生磁干擾,從而使Bt值產(chǎn)生異常。

3 Bt值異常的判斷方法

Bt值出現(xiàn)異常時(shí)首先要判斷是來自儀器橫向的磁干擾還是來自軸向的磁干擾,由MWD工作原理可知,Bz表示探管檢測(cè)到的軸向的磁場(chǎng)分量,Bx、By表示探管檢測(cè)到的橫向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量,由此可知如果Bz出現(xiàn)異常說明磁干擾來自儀器軸向,如Bx、By值異常則說明磁干擾來自儀器橫向。

由公式1[10]計(jì)算出真實(shí)的儀器軸向磁通門傳感器分量Bz_calc,然后將Bz_calc的值與MWD儀器實(shí)測(cè)出的軸向磁通門傳感器分量Bz比較,如果兩數(shù)據(jù)吻合,說明Bt值異常是由于儀器橫向受到磁干擾引起的,此時(shí)就要分析與鄰井套管的距離是否過近、所鉆地層中是否含有鐵礦物等;如果兩數(shù)據(jù)差別較大,說明儀器軸向也受到磁干擾,此時(shí)要考濾無磁鉆鋌是否被磁化、無磁鉆鋌長(zhǎng)度是否合適、鉆井液中是否含有磁性物質(zhì)等。

式中,Bz_calc為真實(shí)的軸向磁通門傳感器的分量;Btotal_actual為井口本地真實(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度;Dip為本地的磁力線傾角;AZI為實(shí)測(cè)方位角;INC為實(shí)測(cè)井斜角。

4 應(yīng)用實(shí)例

在延長(zhǎng)油田鐵53-13井施工過程中,該井是叢式井組中的第3口井,在井深1 125 m時(shí),Bt值開始出現(xiàn)異常,測(cè)量數(shù)據(jù)如表1。Bt值出現(xiàn)異常之后,通過公式1的計(jì)算,判斷出是儀器橫向受到磁干擾,因?yàn)槭菂彩骄?所以當(dāng)時(shí)首先考慮到的原因是鄰井套管的干擾,但是從防碰圖上來看,該井與鄰井的距離8.43 m,這個(gè)距離是安全距離,不會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生影響,然后就對(duì)返出的巖屑進(jìn)行分析,該層位并不含有鐵礦物,排除了地層鐵礦物產(chǎn)生磁干擾的可能。將鉆具起到井深1 100 m,重新測(cè)量,發(fā)現(xiàn)Bt值正常,由此說明儀器本身沒有故障。最后,又重新從鄰井套管著手分析,因?yàn)樵摼M的前2口井是由其他公司提供的定向技術(shù)服務(wù),防碰圖也是他們畫的,當(dāng)時(shí)懷疑防碰圖有錯(cuò)誤,于是就按上2口井的電測(cè)數(shù)據(jù),重新畫防碰圖,新畫的防碰圖與原防碰圖相差很大,原防碰圖數(shù)據(jù)確實(shí)有誤,從新防碰圖上看,該井與鄰井距離只有0.93 m,采用重力工具面,對(duì)井身軌跡進(jìn)行防碰調(diào)整后,Bt值恢復(fù)正常,由此可見井深1 125 m時(shí)出現(xiàn)的Bt值異常是由于鄰井套管產(chǎn)生磁干擾引起的,正確判斷導(dǎo)致Bt值異常的原因,在鉆井施工過程中十分重要,尤其是在防碰方面能給技術(shù)人員提供很好的幫助。

表1 Bt值異常時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與建議

為了避免MWD儀器的Bt值出現(xiàn)異常,以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,在日常施工過程中,工程技術(shù)人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)在鉆井液中不要使用含有磁性物質(zhì)的材料,如果必須使用時(shí),應(yīng)告知MWD工程師,在測(cè)斜前將井內(nèi)含有磁性物質(zhì)的鉆井液置換出來,以避免鉆井液磁干擾對(duì)MWD的影響。

(2)要正確選擇和使用無磁鉆鋌,在不同地區(qū)、不同的井斜角和方位角時(shí),要選用不同長(zhǎng)度的無磁鉆鋌。在日常施工中,要對(duì)無磁鉆鋌進(jìn)行定期的檢測(cè),對(duì)相對(duì)磁導(dǎo)率不在合格范圍內(nèi)的無磁鉆鋌,要進(jìn)行更換,不能再作為無磁鉆鋌使用,可以作為普通鉆鋌使用。

(3)MWD工程師要在施工前,對(duì)地層中是否含有磁性物質(zhì)要有一定的了解,以便當(dāng)Bt值在該地層中出現(xiàn)異常時(shí),能及時(shí)的做出判斷。

(4)MWD工程師要掌握鄰井資料,并在施工中做好防碰掃描,以避開鄰井套管的磁干擾對(duì)MWD儀器的影響。

[1] YST-48R泥漿脈沖隨鉆測(cè)斜儀使用說明書.北京海藍(lán)公司,2009(資料)

[2] 王清江,毛建華,韓貴金,等.定向鉆井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009

[3] Torgeir Torkildsen,谷 凱,嚴(yán)新新.鉆井液對(duì)MWD磁性方位和井眼位置的影響[C].SPE/IADC 87169

[4] 第二篇礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/2d265e3f5727a5e9856a616f.html.2010-12-01

[5] 磁異常的解釋推斷與磁力勘探的應(yīng)用[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/2a44e8c24028915f804dc27a.html.2010-12-01

[6] 魏 剛,張春琳,邵明仁.小井距密集叢式定向井防碰技術(shù)[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,20(2)

[7] 李根奎,陳小元.江蘇油田實(shí)鉆井眼軌跡誤差因素初探[J].小型油氣藏,2008;13(3)

[8] 李誠(chéng)銘.新編石油鉆井工程實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)知識(shí)出版社,2006

[9] ANSI/API規(guī)范7-1,旋轉(zhuǎn)鉆柱構(gòu)件規(guī)范[S].美國(guó)石油協(xié)會(huì),2006

[10] 王明哲,陸 斌,于躍軍.Sperry-Sun MWD軸向磁干擾的解決方法及應(yīng)用[J].石油儀器,2008;22(2)

Measurement and analysis of abnrmal Bt value of YST-48R MWD.

Qiao Chuanshang.

In view of some problems of unnormal Bt(field strength of Earth magnetism)value when YST-48R MWD is used factors of unmormal Bt value are foumd.Influence of various factors on Bt value is summed up by analysing environmental factors.For the MWD engineers,this article provides them with a method to analyze the Bt value of the YST-48R in their future measurement.

MWD;Bt value;non-magnetic drill collar;drilling fluid;magnetic influence

TE271

B

1004-9134(2011)04-0023-03

喬傳尚,男,1981年生,鉆井工程師,2003年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè),現(xiàn)在山東科瑞國(guó)際油氣工程有限公司從事定向井工作。郵編:257067

2011-03-24編輯劉雅銘)

PI,2011,25(4):23～25

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