井下随钻测量技术研究

罗洪斌

（辽河油田锦州采油厂作业三大队306队，辽宁 锦州121209）

随着涡轮钻具、螺杆钻具等井下动力钻具的诞生，使随钻测量仪有了生命力，随钻测量仪的实际应用给定向钻井工艺带来了一次新的飞跃，随钻测量仪对于井下钻具是一个实时监视系统，它能随时给定向钻井工作者提供井斜、方位，工具面方向和井底温度等参数。使定向钻井工作者随时都能了解井下钻具的去向和工作姿态，便于控制井眼轨迹。这样钻出的井眼，轨迹圆滑、井身质量好，减少了因井身质量差而造成的钻井事故。而且，由于实现了实时控制，大大减少了定向造斜的时间。因地层和其它原因所造成的轨迹偏移，也很容易被纠正到正确的轨迹上来.

1 随钻测量仪的结构和原理

随钻测量仪由地面仪器和井下仪器两部分组成.地面仪器包括计算机、打印终端和司钻读出器.井下仪器包括磁通门传感器、加速度传感器、温度传感器、脉冲多路调制器、电墩驱动器等有关的电子线路。

工作时，井下仪器中的三个相互垂直安装的重力加速度计把井下仪器当时的物理姿态相对于重力的变化，从三个互相垂直的方向转换成电信号:井下仪器的三个磁通门传感器，也同时把井下仪器的这一物理姿态相对于地磁场的变化，从三个相互垂直的方向转换成电信号;温度传感器把当时井下仪器工作的环境温度转换成电信号。这些电信号经它们相应的电子线路放大整理后，由脉冲多路调制器收集起来，并把这些电压信号按比例地转换成时间脉冲，按一定时序把它们送到电缆驱动器，经单芯恺装电缆送到地面仪器/电子计算机。

地而仪器/电子计算机的电源系统有一个信号分离电路，由它分离出数据脉冲，并把这些数据脉冲送到接口板.接口板在中央处理机的控制下，采集数据、分离出各个参数、把各参数牡换成数字，送到中央处理机板，按一定的数学模式进行计算，其结果被送到面板显示部分，供定向井工程师选择磁性工具面、高边工具面、井.眼倾角、原始方位、修正方位磁场强度、磁倾角或温度显示.

要使仪器能够实际应用于定向钻井工作，还必须配备其它的辅助设备，例如井口设备，包括循环头、电缆侧入接头:再如井底设备，包括弯接头、斜口管鞋套等.这些都是使仪器正常工作必不可少的设备.

2 随钻测量仪的使用

目前，我们国内使用的同类型的随钻测量仪已有好几种，它们的使用方法是大同小异的，特别是井口设备和井底设备总成都是完全可以互换的。对于井下仪器，虽然各厂家的设备不一样，不能互换，但是使用的方法和仪器的连接是相同的。

2.1 基本术语

定向井工程师和定向井仪器工程师，以及从事定向井工作的工程技术人员，对于一些与工作有直接联系的专用名词术语都应有相同的认识、相同的理解和共同的语言，这样才便于工作。

2.1.1 井眼倾角

在井眼曲线上的某一深度位置，其井轴切线方向与铅垂线方向之间的夹角就叫做那个深度的井眼倾角(也叫做井斜角或简称井斜)。

2.1.2 井眼磁方位角

在井眼曲线上的某一深度，其轴线方向的水平分量与地磁子午线之间的夹角称为这个深度的井眼磁方位角(也叫磁方位)，以地磁子午线指向地磁南极的方向为0°，按顺时针为正来计算磁方位角.

2.1.3 井眼真方位角

在井眼曲线上的某一深度，其轴线方向的水平分量与地理子午线之间的夹角称为这一深度的井眼真方位角，并以地理子午线指向地理北极的方向为0°，以顺时针为正来计算方位角.

2.1.4 高边

在井眼的某一深度，当铅垂线穿过井轴时，铅垂线进入的那边叫做井眼的重力高边，铅垂线穿出井轴的那边叫做井眼的重力低边.顺井眼钻进的方向看去，观察者的左手边叫做井眼的左边，观察者的右手边叫做井眼的右边.

2.1.5 工具面

由弯接头构成的平面被称为工具面。

2.2 测井前的室内准备工作

为了很好地完成测井任务，上井前必须认真进行准备工作，检查所有仪器设备，保证所有的仪器设备都处于良好的工作状态，并根据测井任务带齐所需设备.

在接受测井任务后，必须及时地与有关单位联系，收集一些与测井任务有关的资料数据.这是充分做好准备工作、完成测井任务的有力保证，证实以下内容:

2.2.1 井底温度.各地区的地温梯度是不一样的.同一地区不同的井，其地温梯度有时也差异很大。所以，需要了解井底温度，以便带上适用的探管。一般情况下，井底温度小于125℃可带10000系列的探管.井底温度超过125℃时，如果测井时井眼倾角在10℃以内，工作过程中也不超过10℃,带700系列"热井眼"探管.如果测井时，井眼倾角大于10℃,则应带900系列"热井眼"探管，如果工作过程中，要从 0°定向到 10°以上，则这两种"热井眼"探管都应带上.

2.2.2 测井深度、套管程序和最大井斜角:探管的磁传感器只有在裸眼中才能测量出准确的方位数据.如果倾角太大，磁性传感器离上面钢钻艇的水平距离太近，影响方位读值.此时，需要增加无磁钻艇和仪器加长杆的长度.

2.2.3 泥浆密度和粘度:探管保护筒的破裂压力为27900磅/英寸2，考虑l0%的安全余量，则探管保护筒的破裂压力为25110磅/英寸2.静压力是由钻井液等井内流体施加的.利用井内的钻井液密度和测井深度，可以算出钻井液在测井深度的静压力.这样，我们就可以确定我们的探管能否在任务井的那个深度工作。例如在某一任务井中，测量井深为23000英尺，实际垂深为5000英尺，泥浆密度为9磅/加仑.查表可得，在测深为23000英尺时的静压力为2400磅/英寸2。

钻井液的粘度表示限碍其自由流动和保留钻屑的能力:粘度越高，钻井液自由流动的阻力越大，保留钻屑的能力也越大.粘度直接影响仪器的下放速度，而且影响钻井液在井下仪器、循环头和在电缆上的冲刺速度.

3 目前的研究工作与随钻测量仪发展方向

当今的国际的随钻测量仪技术已经日趋成熟，但还有一些有待研究和改进的工作要做。

3.1 逐步加大探测深度、采样密度使之能更真实的反映地层客观清况。

3.2 多方法集成随钻测量仪系统。

3.3 提高信息传输能力以强化信氨应用技术。

3.4 开发高强度、耐高温高压材料及采用更适应恶劣环境工作的光纤传感器和专用传感器设计。

3.5 解决钻井噪声及仪器壳体波干扰问题。

3.6 进一步缩小仪器体积，提高仪器整体的耐高压、耐高温及抗震性能。

结语

在石油钻井技术日益发展的今天，井下工作状况的随钻测量发挥着越来越重要的作用。随钻测量是一项非常复杂的技术，指导钻进和定向并把井下信号,实时上传至地面，在钻进过程中高效制定方案和改善决策过程。从随钻测量(随钻测量仪)技术首次在钻定向井中使用至今，随钻测量仪得到长足发展并逐步走向成熟。我们作为从业者要熟练掌握这种技术，使其发挥应有的作用。

[1]吕瑞典编著,高等学校教材油气开采井下作业及工具,石油工业出版社,2008

[2]高井祥,测量学,中国矿业大学出版社,

1998.

[3]张国良主编,矿山测量学,中国矿业大学出版社,2001.