DQNBMS-1型近钻头随钻测量系统的研制与应用

2013-12-23杨志坚吴党辉

石油钻采工艺 2013年1期

杨志坚齐悦吴党辉张欣

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413 ）

国内大部分油田的开发已进入中后期，主力油层都已有效开采，仅外围的薄差油层和稠油油层等难开采的储量待先进的技术进行有效的开采［1-2］。针对上述难动储量，各大油田普遍采用水平井技术进行开采，而水平井技术需要使用无线随钻测量系统（LWD）［3-6］。大庆油田外围的薄差油层比较多，每年钻60 口井左右开采这些油层，由于使用的常规LWD 的各参数测点距井底的距离较远，油层的砂岩钻遇率低，不能对油层进行有效的开采。

近钻头随钻测量系统具有多参数近距离测量的特点，其弥补了常规随钻测量系统的不足。现场施工过程中，地质导向工程师依据近距离的地质参数和工程参数及时地判断钻头与储层的相对位置，提高井眼轨迹的控制精度，从而提高油层砂岩钻遇率。但近钻头测量技术由斯伦贝谢、哈利伯顿和贝克休斯公司垄断。为满足难动储量的有效开发，近钻头随钻测量系统的研制开发势在必行。

1 DQNBMS-1 的功能特点

DQNBMS-1 型近钻头随钻测量系统具有测量、传输和导向三大功能：测量近钻头方位伽马、近钻头电阻率地质参数和近钻头井斜工程参数，发射单元模块把近钻头测量数据越过测传马达传至接收系统；接收系统把近钻头测量数据嵌入到LWD 的中控系统，借助LWD 的脉冲器把近钻头数据以脉冲的形式传至地面处理系统；测传马达作为导向执行工具，地面数据处理软件将井下测量信息进行处理并绘制成曲线，地质导向工程师据此进行轨迹导向。

该系统可以测量近钻头方位伽马、电阻率、井斜3 个参数，且3 个参数的测点距钻头均小于1 m，具有多参数近距离测量的特点。

DQNBMS-1 系统可以实时判断岩性及油/气/ 水界面，便于及时调整控制井眼轨迹，以保证钻头在油层中穿行，从而提高油层砂岩钻遇率。

2 DQNBMS-1 的结构特征

DQNBMS-1 系统由地面处理系统和井下工具系统组成。二者通过钻柱内钻井液通道中的压力脉冲信号进行通信，实现钻井过程中井下工具状态、井下工况以及有关测量参数的实时监测。

地面处理系统（图1）负责正脉冲信号的采集、滤波、解码、存储和数据处理等。此外，系统软件还具有自我诊断、修改井下工具参数传输序列和数据传输速率及下载井下工具记录数据等功能。

图1 地面处理系统结构简图

井下工具系统由LWD 系统、接收系统、测传马达（含近测量主测总成）构成，见图2。LWD 系统由定向短节和一体化短节构成，定向短节内安装正脉冲发生器、探管，一体化短节内安装电池筒、中控、电阻率系统和伽马系统。接收短节内安装接收系统，近测量主测总成壳体安装在马达上，其仪器舱内安装各测量子系统。探管负责测量定向参数和环境参数；电池筒负责为井下仪器供电；中控对DQNBMS-1 系统进行控制和管理，使系统按预定工作模式和DQNBMS-1 系统发送的指令工作，实现数据采集与接收、数据编码，并通过探管内的驱动器驱动脉冲发生器产生钻井液压力脉冲信号；电阻率系统负责测量地层电阻率；伽马系统负责测量地层伽马；接收系统负责把近钻头主控发送过来的数据嵌入LWD 中控，以实现近钻头数据上传至地面；测传马达负责导向和近钻头数据的测量和传输；近测量主控控制3 个测量子系统的电源并对3 个测量子系统做实时数据采样，将实时数据发送给发射单元模块，然后将数据发送给上部的接收系统；电源模块负责为近测量主测总成供电；近钻头井斜、伽马和电阻率测量子系统分别负责测量钻头附近的井斜、伽马和电阻率。DQNBMS-1 系统对近测量主测总成壳体结构进行创新设计和电路的小型化、低功耗设计，巧妙地用近测量主测总成壳体替换了常规的马达螺扶，并在有限的空间内周向布置各测量子系统，使参数测点更加接近钻头，同时伽马具有方位测量功能，可以判断钻头与储层的相对位置。

图2 井下工具系统结构简图

3 DQNBMS-1 的技术指标

井斜测点距钻头14.74 m，测量范围0～180°，精度±0.2°；方位测点距钻头14.74 m，测量范围0～360°，精度±1.5°；工具面测点距钻头14.74 m，测量范围0～360°，精度±2.8°；伽马测点距钻头9.66 m，测量范围0～380API，精度±3 API，垂直分辨率22.86 cm；电阻率测点距钻头11.54 m，测量范围0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；近钻头井斜测点距钻头0.76 m，测量范围0～180°，精度±0.35°；近钻头方位伽马测点距钻头0.74 m，测量范围0～280 API，精度±3 API，垂直分辨率20 cm；近钻头电阻率测点距钻头0.55 m，测量范围0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；工作温度-40～150℃；仪器耐压140 MPa；连续工作时间200 h；最大外径210 mm；适用井眼尺寸Ø215.9 mm 至Ø241.3 mm；造斜能力为中长半径。

4 DQNBMS-1 的现场应用

DQNBMS-1 系统在高8-33 平5 井应用效果较好。表1 为高8-33 平5 井的井斜记录数据，从表中可以看出近钻头井斜与LWD 井斜数据基本吻合，趋势完全一致，最大误差点为第4 点，误差值为0.26°。井斜不完全一致的原因是近钻头井斜是在振动更加剧烈的环境下测得的。

表1 高8-33 平5 井井斜记录数据

从图3 中可以看出近钻头方位伽马与上部LWD伽马测井曲线具有很好的一致性，误差在±3 API范围内。伽马值为50～74 API，图中井段全部位于油层中（小于90 API 可认为是油层）。近钻头方位伽马具有方位测量功能，当钻头钻出油层后，由于测点近，可以很快发现钻头已出油层，这时可以分别测量钻头上部和钻头下部的伽马值，据此可以判断钻头是从油层上部或油层下部钻出，然后立即调整钻头姿态，使钻头重新回到油层并继续在油层中钻进。

图3 高8-33 平5 井伽马测井曲线

图4 为高8-33 平5 井的电阻率测井曲线，上部的2 条曲线为幅度电阻率，下部的2 条曲线为相位电阻率，从图中可以看出近钻头电阻率与LWD 电阻率数据吻合，趋势一致。电阻率参数值全部大于30 Ω·m，故可判断钻头一直在油层中钻井（大于10 Ω·m 可认为是油层）。近钻头电阻率数值稍大，这是由于测量地层受钻井液浸入的时间长短不同造成的，近钻头电阻率更具真实性。

图4 高8-33 平5 井电阻率测井曲线

2010 年至今，项目组完成了DQNBMS-1 系统的改进完善工作和1 套系统的加工，并完成了3 口井的推广应用工作。通过现场应用，验证了井下工具系统正常运行，地面处理系统能够对上传数据进行实时采集、接收、滤波、解码、存储和数据处理，近钻头随钻测量系统水平段测量数据准确，砂岩钻遇率较同区块常规LWD 所钻水平井提高了15%。