國產(chǎn)LWD地質(zhì)導(dǎo)向測量技術(shù)及應(yīng)用

杜石嶺

摘 ?要：文章簡要介紹了國產(chǎn)LWD的基本工作原理，分析了國產(chǎn)LWD在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)該儀器在施工過程中的地質(zhì)曲線進(jìn)行了分析和闡述，提出了相應(yīng)的結(jié)論。結(jié)果表明，國產(chǎn)LWD隨鉆測井曲線完全滿足地質(zhì)導(dǎo)向要求，能夠?qū)Ξ?dāng)前鉆遇的地層提供相對(duì)可靠的預(yù)測，有效判斷鉆頭在地層中的位置，在指導(dǎo)水平井軌跡調(diào)整，保證油層鉆遇率方面起到了很大的作用。

關(guān)鍵詞：鉆井;LWD;電磁波;地質(zhì)導(dǎo)向

中圖分類號(hào)：TE24915 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）03-0002-02

1 ?國產(chǎn)LWD測量系統(tǒng)概述

?國產(chǎn)LWD（型號(hào)：SL-6000）是勝利偉業(yè)自主研制的國產(chǎn)正脈沖隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，其主要功能可實(shí)時(shí)提供工程和地質(zhì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆進(jìn)地層巖性測量、評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)井下儀器由井斜方位儀、泥漿壓力脈沖發(fā)生器、中央控制器、電磁波電阻率測井儀和自然伽馬測井儀等部分組成。井下儀器采集數(shù)據(jù)后，由中央控制器完成編碼，發(fā)送至脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生攜帶這些編碼的泥漿脈沖信號(hào)，并通過泥漿通道傳輸至地面?，F(xiàn)場地質(zhì)人員可根據(jù)實(shí)鉆地質(zhì)參數(shù)，通過與先期鉆探資料對(duì)比、分析，進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，以獲取穿行于油層中的最佳軌跡。

利用國產(chǎn)LWD無線隨鉆測量系統(tǒng)的測量技術(shù)，配合水平井鉆井工藝技術(shù)，形成隨鉆中測井、地質(zhì)導(dǎo)向，最大限度的保證井眼軌跡在油層中最佳位置穿行的綜合性技術(shù)。國產(chǎn)LWD除了可以提供井斜、方位等井身軌跡數(shù)據(jù)外，還可以提供自然伽瑪（DGR）、電阻率（EWR）等地質(zhì)參數(shù)的隨鉆測量數(shù)據(jù)。井下傳感器測量的數(shù)據(jù)，編碼后由脈沖信號(hào)發(fā)生器，以正脈沖的方式，通過泥漿通道傳至地面。國產(chǎn)LWD主要應(yīng)用了自然伽瑪（DGR）和電阻率測井曲線，利用自然伽瑪和電阻率隨鉆測井曲線配合，可以劃分巖性并確定地層界面，進(jìn)行地層物性的初步評(píng)價(jià)。而且由于其探測深度分別為30 mm和700～1 000 mm，故水平井鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)曲線變化可以預(yù)告地層變化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)。事實(shí)證明，這一特性對(duì)指導(dǎo)水平段的軌跡控制具有重要的意義。

2 ?國產(chǎn)LWD技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 ?電阻率電磁波技術(shù)

?電磁波電阻率測井是由繞在鉆鋌上的發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，電磁波經(jīng)過井眼和地層傳播，被鉆鋌上設(shè)置在一定距離的兩接收天線所接收，測量兩個(gè)接收器探測到的電磁波的幅度衰減和電磁波傳播時(shí)延造成的相位偏移，這兩個(gè)物理量與井眼附近地層的電阻率有關(guān)，求得該地層的視電阻率曲線，在地面解釋軟件的協(xié)助下得到不同探測深度的地層真電阻率曲線。

由于原始信號(hào)頻率比較高，電路處理比較復(fù)雜，故采用了超外差式接收處理電路。設(shè)發(fā)射信號(hào)為A*sin（ωt），則近接收線圈收到的信號(hào)為a*sin（ωt + φ1），遠(yuǎn)接收線圈收到的信號(hào)為b*sin（ωt + φ2） ，其中ω = 2*PI*2 MHz，選取本征頻率為1.998 MHz，頻率差為α=2 kHz，本征信號(hào)表示為c*sin（（ω-α）*t）。則通過混頻，近接收信號(hào)生成：

ac*sin（（2ω-α）t+φ1）ac*sin（αt+φ1）（1）

通過低通濾波器濾除高頻信號(hào)便得到2 K的差頻信號(hào)，原始信號(hào)的相位沒有發(fā)生改變的傳遞了過來。

同樣的遠(yuǎn)接受信號(hào)通過電路形成信號(hào)：

bc*sin（αt+φ2） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（1）（2）兩路信號(hào)通過過零比較產(chǎn)生一個(gè)門寬信號(hào)，通過計(jì)數(shù)的方法測量該門寬的寬度從而得到信號(hào)的相位差，而根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)的幅度比ac/bc=a/b，也得到了接受原始信號(hào)的幅度比。

各個(gè)發(fā)射線圈依次向地層發(fā)射2 MHz的正弦電磁波，每發(fā)射一次電磁波，接收板采集記錄一次相位差和幅度比，對(duì)稱的天線產(chǎn)生的兩個(gè)相位差和幅度比求取平均值作為反應(yīng)該深度電阻率的測量值，故最后產(chǎn)生3個(gè)不同探測深度的相位差數(shù)據(jù)。

2.2 ?國產(chǎn)LWD的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.2.1 ?國產(chǎn)LWD電磁波測井深度高于感應(yīng)儀器測井深度

電磁波測井和感應(yīng)測井是都是測量地層曲線的重要方法。低頻感應(yīng)測井是利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)探測地層的電阻率，電磁波測井是利用電場強(qiáng)度的衰減獲得一個(gè)穿透深度，其公式如下：

ds=

式中：ds為電磁波傳播深度;w為角頻率;？滓為電導(dǎo)率;？滋為磁導(dǎo)率。

通過理論計(jì)算得出：電磁波傳播儀器的橫向測量深度是感應(yīng)測量儀器的兩倍左右。

?在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，我們又用不同直徑、不同厚度、電阻率不同的圓環(huán)體對(duì)儀器的橫向測量深度進(jìn)行了實(shí)際測量。

通過把感應(yīng)儀器和電磁波傳播儀器放到測試塊中進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了電磁波傳播儀器的橫向測量深度是感應(yīng)測量儀器的兩倍左右。

理論計(jì)算和實(shí)際檢驗(yàn)表明：電磁波傳播儀器的橫向測量深度大大高于感應(yīng)測量儀器的橫向測量深度。

2.2.2 ?國產(chǎn)LWD傳感器測點(diǎn)離鉆頭更近

該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件原理與FEWD相同，但在儀器結(jié)構(gòu)上做了相應(yīng)的改進(jìn)，國產(chǎn)LWD把電磁波電阻率接收電路和中控電路短接、電磁波電阻率發(fā)射電路和自然伽馬電路短接，這樣有效減少井下儀器總體長度近1.25 m，從而也使儀器的測量點(diǎn)離鉆頭更近。

2.2.3 ?國產(chǎn)LWD變換傳感器鉤載方式

?進(jìn)口的鉤載傳感器不是真正意義上的傳感器，只是裝在死繩上的卡瓦開關(guān)其原理如下：卡瓦開關(guān)由彎曲彈性鋼板、直鋼板、觸點(diǎn)開關(guān)、信號(hào)傳輸電纜等組成。工作時(shí)，將卡瓦開關(guān)用定位螺桿固定在大繩的死端，調(diào)節(jié)定位螺桿的力度，使大繩在吃上負(fù)荷的情況下，直鋼板與觸點(diǎn)開關(guān)間的間隙約為半毫米厚。這樣，大繩在吃上負(fù)荷的情況下，將彎曲彈性鋼板向靠著大繩的一端拉，從而使被鋼板擠壓進(jìn)去的觸點(diǎn)開關(guān)彈出，這時(shí)開關(guān)斷開，輸出電阻為無窮大，計(jì)算機(jī)記錄為鉆具沒座上卡瓦。當(dāng)鉆具座上卡瓦，大繩上的負(fù)荷消失，彎曲彈性鋼板在外力沒有足夠大的情況下，產(chǎn)生復(fù)原性彎曲，從而將直鋼板向背向大繩的一端推，直鋼板擠壓觸點(diǎn)開關(guān)，觸點(diǎn)開關(guān)接通，計(jì)算機(jī)記錄為鉆具座上卡瓦。

卡瓦開關(guān)裝在死繩上，在活動(dòng)鉆具或起下鉆時(shí)，由于死繩的震動(dòng)，極易將卡瓦開關(guān)甩脫而造成損壞，影響施工且價(jià)格昂貴。針對(duì)這一情況，集思廣益，充分立足國內(nèi)條件，適當(dāng)修改工作軟件，采用國內(nèi)容易購買的國產(chǎn)壓力傳感器作為鉤載傳感器，和指重表一起安裝于大繩負(fù)載液壓感應(yīng)器上，可以真正意義上檢測大鉤負(fù)荷，監(jiān)視鉆具工作狀態(tài)，比卡瓦開關(guān)更加經(jīng)濟(jì)，使用方便且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

3 ?國產(chǎn)LWD在江蘇水平井的應(yīng)用分析

3.1 ?國產(chǎn)LWD在周41平1井的應(yīng)用

3.1.1 ?施工簡介

?本井在井深1 043 m下入MWD，儀器工作時(shí)間為134 h，定向段儀器工作性能穩(wěn)定至井深1 850 m下入國產(chǎn)LWD地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，各傳感器偏移量： 定向傳感器16.22 m、電阻率 11.74 m、伽馬9.39 m。儀器到底井深為1 850 m，鉆至1 909 m，起鉆至1 810 m復(fù)測，復(fù)測結(jié)果與鉆井時(shí)測量結(jié)果一致，井底數(shù)據(jù)出圖與實(shí)測結(jié)果一致?，F(xiàn)場地質(zhì)人員對(duì)該儀器隨鉆曲線提出質(zhì)疑，要求更換GELWD進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向施工直至完井。

?施工完井后我們又用國產(chǎn)LWD進(jìn)行復(fù)測對(duì)比，國產(chǎn)LWD圖中可嚴(yán)格分析出井深1 779 m處是層界面，而GE LWD層界面顯示模糊。

通過對(duì)比分析結(jié)論為：在GR顯示明顯的砂層中，電磁波電阻率顯示明顯，雙感應(yīng)電阻率顯示不明顯，10英寸的電磁波電阻率數(shù)值與感應(yīng)的數(shù)值基本相同，GR兩套儀器測量數(shù)值對(duì)應(yīng)良好。

3.1.2 ?地質(zhì)導(dǎo)向曲線分析

?根據(jù)周41平1井施工的原始資料分析國產(chǎn)LWD、GE LWD及電纜測井曲線，可得出如下結(jié)論：①在40 in、20 in和10 in的三條電阻率中，10 in的電磁波電阻率數(shù)值與感應(yīng)的數(shù)值基本相同。40 in和20 in的電阻率因探測深度大，其數(shù)值要遠(yuǎn)高于感應(yīng)電阻率數(shù)值。②在江蘇油田用電磁波電阻率LWD尋找目的層時(shí)，因40 in和20 in的電阻率數(shù)值高于感應(yīng)電阻率數(shù)值，隨鉆上傳這兩個(gè)數(shù)值不好對(duì)比。

3.2 ?國產(chǎn)LWD在陳3平24井的應(yīng)用

3.2.1 ?施工簡介

?該井定向段使用普通MWD進(jìn)行定向施工，至井 深2 434.26 m，起鉆下入國產(chǎn)LWD系統(tǒng)，此時(shí)井斜為78.93 °，各傳感器偏移量：定向傳感器16.26 m、EWR 11.34 m、DGR9.14 m。全井電磁波電阻率采用40英寸和10英寸兩種曲線上傳，鉆頭鉆至2 450 m，40英寸電阻率由6 ohmm升值10 ohmm，伽馬從80 API降至50 API經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)師對(duì)比分析鄰井地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)已進(jìn)入油層。據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)該井過斷層進(jìn)入目的層，斷層的位置深度存在不確定性，設(shè)計(jì)A靶點(diǎn)井深2 661.32 m，垂深2 081.1 m，實(shí)鉆中，井深2 450 m，垂深2 450.8 m的時(shí)候就開始進(jìn)入油層，當(dāng)時(shí)的井斜78.4 °。地質(zhì)提示該油層較厚，地質(zhì)要求根據(jù)設(shè)計(jì)慢慢增斜入窗，根據(jù)隨鉆測井曲線由于進(jìn)入了油層，實(shí)際施工中采取緩慢增斜，井斜增到86 °左右穩(wěn)斜鉆進(jìn)，井深2 685 m以后由于深電阻率由 ? ? ? ? ? ? ? ?10 ohmm降至2 ohmm，伽馬從50 API升至90 API，迅速降斜，由于該目的層存在不確定性等原因，井斜降到80 °左右仍無油氣顯示，接地質(zhì)通知完鉆。

3.2.2 ?地質(zhì)導(dǎo)向曲線分析

?實(shí)時(shí)傳輸?shù)碾娮杪蕯?shù)據(jù)有兩種，深相位（40 in）電阻率及淺相位（10 in）電阻率。因?yàn)榘l(fā)射極與接收級(jí)距離不同，所以兩種數(shù)據(jù)有著不同的探測深度，深相位電阻率比淺相位電阻率有著更大的探測范圍。盡管其探測深度與地層電阻率并不存在著線性關(guān)系，但其總體趨勢(shì)仍是隨地層電阻的增加而增加的。實(shí)鉆過程中，結(jié)合伽馬值的變化趨勢(shì)，深淺相位電阻率曲線大幅度的分離趨勢(shì)更可以看作是進(jìn)入油層的重要標(biāo)志。

4 ?認(rèn)識(shí)與建議

①國產(chǎn)LWD在江蘇已成功施工4口水平井，4口水平井的隨鉆測井曲線與電纜測井曲線完全吻合，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)，該儀器達(dá)到了進(jìn)口LWD性能指標(biāo)，完全滿足地質(zhì)導(dǎo)向施工要求。

②在江蘇油田用國產(chǎn)LWD電磁波電阻率尋找目的層時(shí)，應(yīng)選用10 in和40 in的電阻率隨鉆上傳。這樣40 in的電阻率能早探測到目的層， 10 in的電阻率與感應(yīng)電阻率數(shù)值對(duì)比來控制目的層上下邊界。

③在江蘇油田用電磁波電阻率LWD尋找2.0 m左右的薄層時(shí)，盡量選用近鉆頭LWD。因近鉆頭LWD的GR和電阻率的測量點(diǎn)距鉆頭約2.0 m，而普通LWD的 GR和電阻率的測量點(diǎn)距鉆頭約10.0 m。這樣就能得到更準(zhǔn)確的井斜數(shù)據(jù)和更早的地層GR和電阻率，作出更準(zhǔn)確的判斷。

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