定向鉆井中MWD信號質(zhì)量傳遞影響因素分析

中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司 湖南 長沙 410000

引言

MWD(Measurement While Drilling)即隨鉆測量，是一種獲取油田井下測量數(shù)據(jù)信息的重要技術(shù)措施，當(dāng)前在塔河油田應(yīng)用MWD的有大位移水平井、開窗側(cè)鉆水平、大斜度井的定向鉆進(jìn)等作業(yè)中，并在其應(yīng)用中表現(xiàn)出來比較顯著的效果，在很大程度上提升了油氣田在鉆采作業(yè)過程中的工作效率。目前在油田鉆井系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的MWD是鉆井液脈沖技術(shù)，其主要是利用鉆井液的壓力波傳送數(shù)據(jù)信號，這種MWD技術(shù)之所以得到廣泛應(yīng)用主要是由于其操作比較簡單且對油田的正常鉆井工作的負(fù)面影響較小，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，具有較高的可靠性。

1 MWD工作原理

MWD主要分為井下測量系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩大部分。其中井下測量儀器傳感器的數(shù)據(jù)傳輸方式是定向的，井下儀器利用測量短節(jié)對進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)并將井下測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)器，然后再通過脈沖波將測量的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛?。傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)的脈沖信號通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號并傳輸?shù)浇涌谙?，在接口箱?nèi)對信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對信號的降躁，濾波等處理。最后，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和處理后的數(shù)據(jù)信號傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成井斜、方位、工具面等數(shù)據(jù)信息，并顯示在電腦閱讀器上，以更好的指導(dǎo)鉆井工作。

2 工作方式

2.1 壓力正脈沖 壓力正脈沖石油井下發(fā)生器的組成結(jié)構(gòu)主要是安裝有防震裝置的傳感器和脈沖發(fā)生器兩部分。在井下石油鉆井作業(yè)中由脈沖發(fā)生器所發(fā)出來的鉆井液正脈沖與所安裝的感應(yīng)器所發(fā)出來的信號相呼應(yīng)。在渦輪發(fā)電機(jī)能量的供應(yīng)下水力放大器中的活塞就會(huì)推動(dòng)閥門將其打開，石油鉆井液的流通口和其閥門聯(lián)通的同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)壓力正脈沖。

2.2 壓力負(fù)脈沖 壓力負(fù)脈沖石油井下發(fā)生器的主要組成結(jié)構(gòu)是脈沖發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)短節(jié)、電池短節(jié)和測量短節(jié)。壓力負(fù)脈沖發(fā)生裝置可以借助開關(guān)內(nèi)閥將少量的鉆井液通過鉆柱流到井眼的環(huán)空當(dāng)中，從而出現(xiàn)較少量的壓力變化，進(jìn)而產(chǎn)生脈沖。

2.3 連續(xù)壓力波 下面通過回旋式閥門能夠發(fā)出具有連續(xù)特性的壓力波的MWD為例來說明壓力連續(xù)波的工作方式，連續(xù)壓力波的MWD系統(tǒng)由壓力波發(fā)送器+測量短節(jié)探管+電池短節(jié)組成?；匦介y門的主要優(yōu)勢特點(diǎn)是可以產(chǎn)生連續(xù)的壓力波?；匦綁洪y門在其運(yùn)行過程中是垂直于流體狀態(tài)的，所以回旋式壓力閥門的驅(qū)動(dòng)能量是最小的。要想使MWD保持在一個(gè)相對最佳的運(yùn)行狀態(tài)，就需要盡量將壓力脈沖的程度降到最少?；匦介y門是通過發(fā)送調(diào)節(jié)器和雙向電機(jī)來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)作業(yè)的，發(fā)送調(diào)節(jié)器中的傳感器用于控制發(fā)出信號的相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對信號的編碼過程，要想實(shí)現(xiàn)24Hz的頻率信號，回旋式閥門的轉(zhuǎn)子就需要每分鐘旋轉(zhuǎn)144圈，傳輸過程中的信號其幅值保持在0.105～0.350 Mpa之間。MWD系統(tǒng)中的壓力傳感器所采集到的脈沖信號會(huì)通過地表系統(tǒng)被濾波、放大，從而使得信號的相位和脈沖次序得以恢復(fù)，最后通過相敏裝置和對應(yīng)的積分電路系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信號的相位位移和譯碼。

3 信號的干擾分析與處理方法

3.1 泥漿泵的干擾

1)井眼與缸套大小的匹配。在鉆井泵工作平穩(wěn)是缸套的大小即在排量符合鉆進(jìn)要求時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)頻率影響脈沖信號傳遞頻率。

2)泥漿泵的上水與密封。泵的密封與上水不好也會(huì)對脈沖信號傳遞頻率產(chǎn)生干擾，針對泵的密封與上水不好的情況現(xiàn)場一般采取以下情況：①泵上水管線的清理保持暢通，②泵的呼吸包與空氣包的檢查，③上水濾網(wǎng)與立管煙斗的清理，④泵的水平萬向軸的校正，⑤泵的基礎(chǔ)底座的調(diào)平，⑥打開泵檢查缸套、活塞、凡爾體與凡爾座，⑦泵經(jīng)常排空氣，⑧保證4#上水罐有足夠的泥漿液面。

3.2 鉆井液氣泡的干擾 鉆井液中所產(chǎn)生的氣泡在其上升的過程中所受到的壓力會(huì)慢慢變小從而導(dǎo)致破裂現(xiàn)象。破裂的氣泡形成眾多的微小的干擾源，從而增加信號的分辨困難，氣泡產(chǎn)生分析原因?yàn)榭赡苁怯捎阝}離子污染和碳酸根污染而引起的，在現(xiàn)場中主要采取以下方法消泡：①置換部分泥漿，用新漿替換出來的泥漿放在地面罐內(nèi)處理，等完全消泡后再入井循環(huán)；②用兩個(gè)罐作為循環(huán)罐，上水罐液面可盡量保持高一些，另一個(gè)循環(huán)罐作為消泡緩沖罐，使泥漿上水從緩沖循環(huán)罐→上水罐；③將振動(dòng)篩盡量調(diào)低，使形成的泡能夠盡可能少地混入泥漿中，并在出振動(dòng)篩后的泥漿槽面上放上一塊擋板，把槽面上的泡除去一些；④用適量消泡劑來消泡。

3.3 MWD儀器的壓力傳感器安裝不正確 壓力傳感器在鉆井液管線上的安裝位置很重要，特盡可能的將壓力傳感器安裝在立管上，盡量把壓力傳感器水平安裝，另外，通向壓力傳感器的管線盡量減少9OO的彎曲。

3.4 鐵屑的清除 對于因套管開窗側(cè)鉆水平井，如果開窗過程中因泥漿中的鐵屑、磁性物質(zhì)清除不徹底，會(huì)出現(xiàn)卡儀器的現(xiàn)象。因此在開窗側(cè)鉆水平井施工作業(yè)之前必須做好對泥漿中所含有的鐵屑、磁性物質(zhì)等的清理工作。

4 結(jié)語

1)鉆井液脈沖在鉆井液傳遞過程中，大致有泥漿泵、MWD儀器本身、鉆井液氣泡的影響。

2)在開窗側(cè)鉆井的作業(yè)過程當(dāng)中，鐵屑對儀器的不良影響不可忽視，在前期準(zhǔn)備工作中泥漿中鐵屑的清除是定向鉆井施工前的重要工作。

3)鉆井液中所產(chǎn)生的氣泡在其上生的過程當(dāng)中會(huì)由于氣壓的減小而導(dǎo)致發(fā)生破裂現(xiàn)象，從而對信號的傳輸造成一定程度的干擾，必須采取合理的消泡措施。