C型MWD隨鉆測(cè)斜儀常見故障分析

趙久平

（吐哈油田公司工程技術(shù)研究院，新疆鄯善838202）

近年來，吐哈油田產(chǎn)量下滑嚴(yán)峻，增產(chǎn)措施的激勵(lì)，使得隨鉆跟蹤業(yè)務(wù)量變大，提速井、定向井、水平井的增加越多，儀器串種類單一，無(wú)線隨鉆儀器服役時(shí)間就相應(yīng)地隨之增長(zhǎng)。三塘湖盆地構(gòu)造復(fù)雜，局部圈閉多而小，相互連通性差，儲(chǔ)層橫向變化大，軌跡控制精度要求高；儲(chǔ)層砂巖巖性變化大，標(biāo)志層少，隨鉆測(cè)量信息的相對(duì)滯后，給井眼軌跡的預(yù)測(cè)和調(diào)整增加了難度，提高油層鉆遇率難度大，而C型MWD隨鉆儀器在三塘湖盆地應(yīng)用效果表明：該儀器脈沖器信號(hào)穩(wěn)定可靠、故障率低、周期壽命長(zhǎng)、受鉆井液含砂量、堵漏顆粒影響較小，在深井水平井中適應(yīng)性較強(qiáng)，尤其是漏失井中應(yīng)用前景廣泛，為了更大限度地減少鉆井周期，故對(duì)隨鉆儀器在使用過程中遇到的常見故障進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，提供參考。

截止2019年年底所鉆井中無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀使用3種類型：A型（鉆具內(nèi)正壓式）、B型（鉆具內(nèi)負(fù)壓式）、C型（鉆具內(nèi)正壓式）（圖1），主要區(qū)別還在脈沖器的構(gòu)造。

圖1 C型MWD儀器正常運(yùn)行狀態(tài)

1 無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀器串的基本情況

1.1 基本特點(diǎn)

A型：座鍵式（儀器串坐于鉆具內(nèi)），用泥漿泵無(wú)法改變儀器串的工作模式，無(wú)法省電；對(duì)泵的排量要求不高，泥漿中固相或氣相較少時(shí)，儀器抗干擾能力強(qiáng)；全測(cè)量測(cè)量精度不高。鉆具內(nèi)間歇性、有規(guī)律的卸壓，部分鉆井液流過儀器限流腔回到鉆具內(nèi)，壓力波動(dòng)從正?！觥抵琳?循環(huán))。儀器串連接形式（鉆具自上而下）：打撈頭+自然伽馬測(cè)井+全測(cè)量+主電池+正脈沖器；

B型：懸掛式（儀器串懸掛于鉆具內(nèi)），用泥漿泵可以改變工作模式達(dá)到節(jié)約電量的目的，但本身所帶電池電量較低，無(wú)法配合鉆具完成高效快速一次性鉆完的計(jì)劃。全測(cè)量精度高，自然伽馬、中感應(yīng)電阻率精度較高；對(duì)泵的排量要求較高，泥漿中固相、含砂或氣相較多時(shí)，儀器抗干擾能力弱。鉆具內(nèi)間歇性、有規(guī)律的卸壓，部分鉆井液流過儀器限流閥流出到環(huán)空，壓力波動(dòng)從正常—下降—升至正常(循環(huán))。儀器串連接形式（鉆具自上而下）：負(fù)脈沖器+APC驅(qū)動(dòng)器+主電池+全測(cè)量+自然伽馬電池+自然伽馬測(cè)井+中感應(yīng)電阻率電池+中感應(yīng)電阻率測(cè)井；

C型：座鍵式，用泥漿泵開或關(guān)就可在井下對(duì)儀器串發(fā)指令，改變儀器串工作方式，節(jié)約電量?？晒潭▋x器串方便打井斜超過90°以上水平井的要求，全測(cè)量精度高，自然伽馬精度較高，電池壽命增加，可有效達(dá)到一趟鉆配合井下動(dòng)力鉆具鉆完的計(jì)劃。對(duì)泵的排量要求不高，儀器抗干擾能力強(qiáng)。鉆具內(nèi)間歇性、有規(guī)律的卸壓，部分鉆井液流過儀器限流腔回到鉆具內(nèi)，壓力波動(dòng)從正?！觥抵琳＃ㄑh(huán)）。儀器串連接形式（鉆具自上而下）：打撈頭+自然伽馬測(cè)井+全測(cè)量+主電池+正脈沖器。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)使用情況

C型MWD隨鉆儀器在吐哈油田提速井、定向井中應(yīng)用較多，盡可能地增大鉆井液排量是促進(jìn)優(yōu)快鉆井，保證井下安全的有力手段，而高的排量也會(huì)造成對(duì)儀器更嚴(yán)重的沖刷，因砂卡、磨損、沖刷壞、操作失誤等諸多因素，造成儀器的損壞數(shù)量隨儀器服役時(shí)間的變長(zhǎng)而增多。在三塘湖盆地C型MWD隨鉆儀器被沖蝕、卡堵脈沖發(fā)生器21根次（圖2），沖壞儀器扶正連接器22根次，沖壞儀器外筒、打撈頭、循環(huán)套25根次（圖3）。這些因素中多數(shù)都是無(wú)法避免的外在損失，但儀器本身零部件也或多或少存在著一些問題，重點(diǎn)就三塘湖定向施工中遇到的儀器故障進(jìn)行認(rèn)真分析、歸納，從中掌握了儀器故障存在的一些因素。

圖2 脈沖器沖損情況

圖3 循環(huán)套沖損情況

2三塘湖區(qū)域MWD扶正器故障分析

MWD（隨鉆測(cè)斜儀）扶正器是井下儀器主要模塊單元（定向探管、伽馬探管、電池、脈沖器）的連接扶正部件。MWD十芯座套，中間有十芯插座，用頂絲固定，完成MWD井下儀器主要部件與扶正器的電氣原件連接。十芯插座在井下儀器主要模塊單元端部，與扶正器實(shí)現(xiàn)MWD井下各模塊單元之間的電氣連接。十芯座套的引耳引導(dǎo)十芯座套轉(zhuǎn)動(dòng)滑入扶正器芯桿端頭，輔助實(shí)現(xiàn)扶正器與儀器單元的電氣連接。

2.1 十芯座套故障分析

2.1.1 現(xiàn)狀分析（見表1）

表1 儀器十芯座套故障分析

2.1.2 扶正器芯桿上端頭裂紋和斷開問題檢查分析

針對(duì)MWD十芯座套引耳出現(xiàn)的問題，模擬現(xiàn)場(chǎng) 工況做工裝，反復(fù)拆裝十芯座套和扶正器芯桿、查找十芯座套現(xiàn)場(chǎng)易損壞的原因（圖4），經(jīng)多次操作、探討、思考，決定從扭斷力學(xué)分析著手，研究造成引耳損壞的應(yīng)力產(chǎn)生的根源，針對(duì)受力的扶正器芯桿端頭和十芯座套，對(duì)前期用過的扶正器芯桿和近期購(gòu)入的扶正器芯桿的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行仔細(xì)對(duì)比分析研究。

圖4 十芯芯桿

通過對(duì)前期用過的不同方式造成損壞的50多個(gè)同類扶正器芯桿，與近期損壞的30多個(gè)扶正器芯桿進(jìn)行清潔、電氣通斷測(cè)量，損傷點(diǎn)、面檢查，分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)以下故障現(xiàn)象：

近期井上連接使用后扶正器芯桿端頭幾乎都出現(xiàn)裂紋、或者被扭斷等現(xiàn)象，以前使用的扶正器沒有發(fā)現(xiàn)芯桿端頭有裂紋或斷裂（圖5）。

圖5 斷裂的十芯端頭

出現(xiàn)裂紋或斷裂的位置均在扶正器芯桿端部引耳插槽附近，這些出現(xiàn)裂紋和斷掉一塊的扶正器端頭沒有引耳母端導(dǎo)引槽。

針對(duì)故障分析后的結(jié)果，提出相對(duì)應(yīng)的措施：

（1）在現(xiàn)場(chǎng)連接一次或幾次就出現(xiàn)芯桿端頭、十芯座套引耳變形、裂紋甚至斷掉等現(xiàn)象，主要原因可能是近期扶正器芯桿端頭引耳插入端沒有加工導(dǎo)引槽，連接時(shí)的應(yīng)力不容易分散造成的。

（2）前期使用的扶正器和芯桿（有引耳導(dǎo)引槽）逐漸被新購(gòu)扶正器和芯桿（無(wú)引耳導(dǎo)引槽）替代，導(dǎo)致最近儀器連接問題頻繁出現(xiàn)。

（3）近期出現(xiàn)的新電池下井很快沒電、新修探管下井不正常，也和扶正器芯桿端頭與十芯座套物理連接不正常，導(dǎo)致十芯插座電氣連接不穩(wěn)定有關(guān)。

2.2 扶正器短路故障分析

2.2.1 現(xiàn)狀分析

在蘆4H、馬58-2H井工作人員檢查送上井的新PLMC MWD扶正器，發(fā)現(xiàn)4、6針或2、8針短路情況5起，扶正器短路會(huì)直接導(dǎo)致井下儀器部分不工作，影響儀器整體運(yùn)行。

2.2.2 扶正器芯桿內(nèi)芯電纜短路問題檢查分析

2.2.2.1 室內(nèi)檢查分析

拆下5個(gè)短路扶正器的芯桿，進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)短路。卸掉芯桿頂端固定十芯插座的螺釘，檢測(cè)結(jié)果：沒有短路。把卸掉頂絲的十芯插座抽出芯桿少許，仔細(xì)查看十芯插座，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，十芯插座的定位楞兩邊頂絲接觸的地方出現(xiàn)了2個(gè)尖孔，這兩個(gè)尖孔靠近十芯插座的4、6端或2、8端，直接用萬(wàn)用表測(cè)量尖孔和緊靠的端口，發(fā)現(xiàn)是接通的。

2.2.2.2 操作分析

（1）旋入頂絲，尖的下端穿過塑膠十芯插座本體，接上靠近的端口，聯(lián)通了端口和頂絲，兩個(gè)頂絲同時(shí)接上靠近的端口，上端通過銅的芯桿，把相應(yīng)的兩個(gè)端口短路了。

（2）靠近定位楞的四個(gè)端口，組合短路的有6組。即2、8，4、6，2、4，2、6，8、4，8、6。

（3）芯桿中的電纜如果斷了，應(yīng)從十芯插座根部拆掉熱縮管，焊掉一根，檢查一根。恢復(fù)時(shí)應(yīng)先重穿熱縮管，再依次在原位焊接，熱縮。

2.2.2.3 提出對(duì)策

（1）不選用底部是尖的芯桿上的十芯插座定位頂絲，見圖6，選用底端是平的頂絲，涂抹適應(yīng)的絲扣膠和耐高溫絕緣膠上緊，以防由于上的過緊把十芯插座本體穿孔。

（2）十芯插座不能上下竄，不能左右晃，使用頂絲時(shí)盡量涂抹適應(yīng)的絲扣膠，上緊。

3 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

（1）扶正器芯桿端頭，十芯座套引耳插入位置必須有應(yīng)力發(fā)散槽。十芯插座固定銷釘必須是平頭的。

（2）連接時(shí)應(yīng)輕晃動(dòng)、輕轉(zhuǎn)動(dòng)扶正器，插入儀器單元，再用勾頭扳手上緊。如果插不進(jìn)去，不要硬插，抽出后檢查引耳、芯桿端頭是否傷損?，F(xiàn)場(chǎng)連接時(shí)如果芯桿露出過多，插不進(jìn)去，應(yīng)首先檢查芯桿上的扶正器半圓卡環(huán)，看半圓卡環(huán)公頭是否正確進(jìn)入扶正器端頭。十芯座套引耳尖部盡量不要打磨，否則不容易進(jìn)入芯桿端頭引耳插槽。

（3）彈簧壓縮力調(diào)整：換掉厚的扶正器端頭為薄的端頭可以釋放一部分彈簧壓縮力。增加或減少墊片可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)彈簧壓縮力?？梢圆皇褂脦Э滩鄣陌雸A卡環(huán)，推薦裝配2個(gè)薄的扶正器端頭+2個(gè)墊片組合。

圖6 扶正器的芯桿、十芯插座及定位頂絲