井身轨迹测井技术及其应用

张春红

【摘 要】井身轨迹测井技术可以用于新井钻进过程的监测，确保正确的钻进方向，对老井的井身轨迹复测。根据测量结果，对油藏进行重新描述，或者结合油藏描述确定新的侧钻开窗位置，使老井复活，从而提高油藏的采出程度和采收率。

【关键词】井身轨迹；监测；侧钻

0.引言

随着油田开发的不断深入，人们对一些难以解释的地质现象提出了各种疑问，其中“油井是在油藏的什么位置进入油层”、“如何利用地质报废和工程报废的油水井进行老区的剩余油挖潜”是其中的主要问题之一。在此存在两个技术关键需要解决：一是验证老井眼的实际轨迹，确定井在油藏中的准确位置；二是如何在已下套管井内快速而准确地定向开窗。近几年发展起来的套管井井身轨迹测井技术以测量地球自转角速率分量来确定套管某点方位，不受地磁的影响，可应用于有磁性干扰的丛式井组和存在磁屏蔽的套管、油管、钻杆内进行井眼轨迹测量或定向钻井。

1.系统组成

1.1测井系统构成

井身轨迹测井系统由两大部分组成：动力调谐速率陀螺测井仪和地面测井系统。井下仪由速率陀螺、电路舱、磁定位器、减震器、马龙头等几个部分组成；地面系统分便携式和车载式，二者的功能完全相同，完成对井下仪器的供电、控制和信号解码采集等工作，包括：测井接口、计算机、打印机、测井程序等。

1.2主要技术指标

测量参数：井斜角、方位角、工具面角。

测量范围与精度：

方位角：0°-360°

误差≤±2°（井斜≤50°）

误差≤±3°（井斜≤70°）

井斜角：0°-70°误差≤±0.3°

工具面角：0°-360°误差≤±2°

测量方式：点测

工作温度：-20℃-+125℃

抗冲击强度：50g（1ms）

仪器尺寸：ф45mm×3100mm

耐压：≤70Mpa

1.3与框架陀螺的比较

目前国内用于磁性环境测量方位仪器主要是框架式陀螺仪和速率陀螺仪等。框架式陀螺仪是将陀螺置于内外框架上，利用高速旋转的物体具有定轴性的原理来实现方位测量。这种结构具有以下几个难以克服的缺点：

（1）漂移大。高速旋转的陀螺受摩擦力影响而产生漂移，导致测量结果偏差，这种因漂移而产生的偏差随着时间延长而增大，规律性不强，难以预测和克服。

（2）框架式陀螺自身无测量基准。现场开始测量前须人工确定正北作为基准，造成人为误差，而且现场施工不便。

（3）直径大，难以缩小。由于框架式陀螺测井仪的漂移偏差无法预测和克服，导致井身轨迹测量结果的不稳定，资料应用效果差。另外，因直径大而在现场应用中受到局限。

动力调谐速率陀螺，这种陀螺没有内外框架，将转子悬挂在与驱动电机隔开的弹性支承上，利用动力调谐抵消弹性支承的正弹性力矩，使转子所受到的弹性约束近似为零。因此具有：

（1）漂移小、精度高、体积小，可在钻杆或油管内使用。

（2）工作过程自动寻北，测量前后均无需校北，可以消除人为误差，使用方便。

（3）不受地质和周围环境影响，抗磁性干扰。

由于漂移很小，有效地提高了井身轨迹测量结果的准确性，成为目前老井复测井身轨迹和侧钻井开窗定向的主要技术。两种陀螺的性能对比如表一：

陀螺性能对比

2.结构与测量原理

动力调谐陀螺测井技术的核心部件是惯性测量组件，包括一个动力调谐速率陀螺和两个石英加速度计。组件通过一对轴承支撑在外壳上，其旋转轴与井下仪外壳轴线重合，在扶正器的作用下与井筒轴线平行。动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量；石英加速度计测量地球重力加速度分量。所测信号经采集编码通过电缆送至地面测井系统，经计算机解算可得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数，进一步计算可得出垂深、南北偏移、东西偏移、闭合方位等参数。通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹曲线。

3.选井要求

（1）114通井归通井至测量井段以下20米。

（2）井场作业动力配合吊装测井天地滑轮。

（3）井场有正对井口的且距离不小于20米的平坦场地用于摆放测井车辆，有220伏电源。

4.测井要求

（1）速度：直井段（〈3度〉小于2000米/小时

井斜〈10度： 小于1200米/小时

井斜〉10度：小于900米/小时

井斜〉25度：小于500米/小时

定向座键：速度控制在1500米/小时以内。

（2）测井时间：仪器启动后30秒开始测井，断电后60秒方可起下电缆，陀螺重复起动时间间隔应大于60秒。

（3）电缆：测量时滚筒刹车要可靠，严禁仪器带电滑动。

（4）测量点数：井口10米一点，100-300间隔100米一点，300-600间隔50米一点，600-测量井段下界间隔30米一点。

通常情况下一个点的测量时间约6分钟（仪器供电、稳定1分钟，测量1分钟，断电稳定1分钟，电缆起下3分钟），以2400米井深估算，整个测井过程约测70个点，耗时9个小时。

5.现场资料粗判

现场操作人员可粗略判断所测数据是否正确，并据此判断仪器工作是否正常。当井斜小于1度时，所测方位规律性不强，没有明显的趋势。当井斜大于1度时，方位有明显的变化趋势，通常相邻两点方位变化不超过10度，如明星超出此范围，则仪器很可能工作不正常。另外井斜亦遵循延续变化的规律，一般不会有跳变，特殊情况有这一现象（即“狗腿度”）。

6.实际应用

动力调谐速率陀螺测井仪是一种新型精密陀螺测斜系统，特别适用于有磁性干扰的丛式井、加密井的钻探测量及在完井后的套管内或钻杆内进行测量。

6.1井身轨迹复测

在完井之后（或在钻井的过程中）对井身轨迹的测量，用以描述井眼的空间位置，验证钻井的结果。其主要测量参数为井斜角和方位角。

6.2钻井定向

丛式井组加密或钻井平台打井时，确定正确的钻进方向，避免损伤已完钻井的井身质量。

6.3侧钻井开窗定向

确定正确的开窗方向，避免狗腿度过大，提高井身质量，为后续的测井、射孔等作业提供良好的井眼环境。

6.4生产井防偏磨设计

通过井身轨迹复测，确定井斜和方位变化较大的位置，对应生产管柱增加扶正装置或抗磨副，减小杆管之间的磨损，延长检泵周期。

7.技术评价

虽然井身轨迹测井技术在油田开发过程中起到了举足轻重的作用，但这种测井工艺也存在着它以下三个方面的局限性，致使该项测井工艺不尽完美。

（1）由于这种测井工艺采用点测方式，所以不能得到连续的井身轨迹曲线。

（2）每点测量和起放仪器时，都要重新启动和断电，造成测井时间长。

（3）陀螺测斜仪的抗冲击能力差。