欠平衡钻井MWD信号的下降缘故及应对措施探讨

张　燚（山东省东营市东营区钻井工程技术公司定向井公司,山东　东营　257000）

欠平衡钻井MWD信号的下降缘故及应对措施探讨

张燚
（山东省东营市东营区钻井工程技术公司定向井公司,山东东营257000）

摘要：欠平衡钻井技术一种提高勘探开发效益的钻井新技术，在油、气、田勘探开发方面进行了技术钻研和现场试验，并取得了显著效益。在充气欠平衡钻进中，随钻测量设备MWD在井下发射的钻井液脉冲在传播过程中衰减的程度很大，使得地面检测设备难以对井眼轨迹进行检测和控制。通过分析排除影响压力波信号传输的因素，可以通过模拟建立充气欠平衡钻井MWD信号传输模型，提出解决方案并进行现场试验。实验结果证实：改变注气方式将气液充分混合后对信号传输有一定的改进作用，可以提升MWD的有效测量距离；地面传感器的安装位置对信号接收不会造成影响。

关键词：充气欠平衡钻井；MWD；解决方法

EM-MWD技术主要用于油田、气田等勘探同时的井下数据传输，该技术载体为电磁波，传统技术会因为井下地质条件复杂、倾斜角过多、介质类型复杂以及钻井方式的不同而导致数据传输受到影响，对工作效率有明显的负作用。而EM-MWD技术能够确保在钻井同时，以钻杆、井壁等载体作为信号传输通道无限制辐射，信号传输效果极佳。该技术对钻井液没有较高要求，且信号优劣与钻井液的含气量没有相关性，泥浆属性也不会对其造成影响，因此，该技术能够有效应用于欠平衡钻井工程，发展前景明朗。

1　分析充气欠平衡钻井信号衰减因素

一般而言，气体具备可压缩性，因此在充气时，两相界面间有大量且高频率的动量交换现象，该问题也是目前欠平衡钻井出现的首要技术难题[1]。MWD信号于井下发射，但随着信号的反弹、传递，到达地面之后，很难检测到较为强烈的信号源，因此可知，衰减明显，同时，传统的钻井液脉冲测量工具也无法在此类条件下使用，大部分工程会选用电磁波工具，然而该技术的信号测量范围有限，无法精确处理深度较大的单位，且技术复杂、所需成本过高。针对上述问题，本文研究在常规情况下的充气使用问题，建立充气欠平衡钻，钻柱充气后，内部持气率有所提升，那么钻井液的脉冲发射速度会相应降低，相对应的衰减系数前期递增，后期会有所递减。

2　欠平衡钻井解决MWD信号衰减应对措施

通过研究简单的钻井MWD信号传输模型，并了解信号发射原理，包括传输、分散、折射以及接收等问题，分析影响信号并导致衰减的原因，针对性地提出相应技术措施[2]。主要有两点：第一，调整钻井设备的注气方法，第二，优化、提升地表信号接收设备的功能。具体方案如下：

（1）优化MWD信号的地面接收仪器安装。钻井液主要通过钻井设备仪器提供能量，载体多为泥浆，钻井液进入设备后，通过立管、水龙带进入钻杆中，从而达到使钻头冷却、清洗污垢、润滑设备以及输送岩心等作用。一般而言，MWD接受设备（地面段）的安装位置为立管中部，当设备注气后，第二阶段即水龙带，有较大几率出现气塞现象，上文提到，空气压缩性较强，因此当MWD信号经过气塞后，受到压缩空气的影响，就会产生明显的衰减，立管上的接收设备所收到的信号较弱，影响工程正常运作。因此，优化MWD信号接收设备，将该设备放置于水龙带前端，调整其距离，或直接安装于钻杆保护带，这样就能够有效避免水龙带中出现气塞，影响信号的有效传输。

（2）扩大钻井下信号频率调节范围。在欠平衡钻井工作过程中，地层的不同也会导致MWD信号传输效果有所差异，例如地层差异会影响电阻率高低，钻井设备工作频率提升，若与此同时电阻率过低，那么信号的传输就会受到严重影响，直接导致可测量深度不足等问题。为了避免该问题，可采用调整地层电阻率的方式，以动态方法在宽频内操作，保证信号载频合适，从而降低数据传输过程中的流失、接收信号的滞后，确保工程测量的准确性。此外，还可以通过在地表与地下空间中额外安装信号增强设备起到信号中转、加强的作用，也能够有效提升其精确度。

2.1 仪器的电源因素

由于电池组的内容量有限，电磁波所需要的发射功率巨大，并且对工作环境的温度有明确要求，所以可充式电池无法完全用取代涡轮发电机[3]。以流体力学为依据，流体的流速及叶轮的角度决定涡轮的转速，那么叶轮角度的设计合理程度十分重要，其必须配合中国钻井现场往复泵所能承受的流体流速。并且，涡轮发电机的安装强度也是需要确保的，以适应复合钻井时带来的强烈震动感。

2.2传感器灵敏度的接受性

由电磁波传播中存在的反射、衍射等现象引起的多个电磁波先后到达地表此种现象，是受地层的非均匀性影响的，因此相位、幅值等的叠加此种问题会在任一不确定的点出现。通过钻柱传达上来的信号电流和钻柱上信号电流幅射出的横电场波和横磁场波，都可以在接收信号的灵敏度提高之后，被接受传感器直接接收。

3　结论

通过模拟建立充气欠平衡钻井MWD信号传输模型，以及钻井液脉冲衰减系数和传播速度，归纳出影响信号传输的主要因素是钻柱内持气率，降低持气率是解决随钻测量问题的根本方法。可以通过调整地面接收器安装位置和改变注气方式来作为基本的解决方案，通过现场试验得出地面接收器安装位置对信号传输不会产生影响，变更气液两相充分混合的注气方式可减小压力波信号的下降情况，可在一定程度上改进MWD信号传输，在充气条件下可有效提升MWD信号的精准测量距离。就现状来看，欠平衡钻井技术是国内外各油田都重视的发展方向之一，各方在积极主动地在技术上钻研。电磁波随钻测量系统随着技术的不断进步未来将取代泥浆脉冲随钻测量系统的使用，为了满足欠平衡钻井数据采集的需求，科学地为现场实时监测控制“欠平衡”技术提供依据。

参考文献：

[1]魏纳,孟英峰,李皋等.液基全过程欠平衡钻井停止循环连续气侵井筒瞬态流动[J].中国石油大学学报（自然科学版）,2012,36(06).

[2]史怀忠,李根生,王学杰等.水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术[J].石油勘探与开发,2010,37(01).

[3]李士斌,窦同伟,董德仁等.欠平衡钻井井底岩石的应力状态[J].石油学报,2011,32(02).