国产LWD地质导向测量技术及应用

杜石岭

摘  要：文章简要介绍了国产LWD的基本工作原理，分析了国产LWD在技术上的优势，并对该仪器在施工过程中的地质曲线进行了分析和阐述，提出了相应的结论。结果表明，国产LWD随钻测井曲线完全满足地质导向要求，能够对当前钻遇的地层提供相对可靠的预测，有效判断钻头在地层中的位置，在指导水平井轨迹调整，保证油层钻遇率方面起到了很大的作用。

关键词：钻井;LWD;电磁波;地质导向

中图分类号：TE24915     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）03-0002-02

1  国产LWD测量系统概述

 国产LWD（型号：SL-6000）是胜利伟业自主研制的国产正脉冲随钻地质导向系统，其主要功能可实时提供工程和地质参数，实现对钻进地层岩性测量、评价。该系统井下仪器由井斜方位仪、泥浆压力脉冲发生器、中央控制器、电磁波电阻率测井仪和自然伽马测井仪等部分组成。井下仪器采集数据后，由中央控制器完成编码，发送至脉冲发生器，脉冲发生器产生携带这些编码的泥浆脉冲信号，并通过泥浆通道传输至地面。现场地质人员可根据实钻地质参数，通过与先期钻探资料对比、分析，进行地质导向，以获取穿行于油层中的最佳轨迹。

利用国产LWD无线随钻测量系统的测量技术，配合水平井钻井工艺技术，形成随钻中测井、地质导向，最大限度的保证井眼轨迹在油层中最佳位置穿行的综合性技术。国产LWD除了可以提供井斜、方位等井身轨迹数据外，还可以提供自然伽玛（DGR）、电阻率（EWR）等地质参数的随钻测量数据。井下传感器测量的数据，编码后由脉冲信号发生器，以正脉冲的方式，通过泥浆通道传至地面。国产LWD主要应用了自然伽玛（DGR）和电阻率测井曲线，利用自然伽玛和电阻率随钻测井曲线配合，可以划分岩性并确定地层界面，进行地层物性的初步评价。而且由于其探测深度分别为30 mm和700～1 000 mm，故水平井钻进时，根据曲线变化可以预告地层变化，实现地质导向钻进。事实证明，这一特性对指导水平段的轨迹控制具有重要的意义。

2  国产LWD技术特点及应用优势

2.1  电阻率电磁波技术

 电磁波电阻率测井是由绕在钻铤上的发射天线发射高频电磁波，电磁波经过井眼和地层传播，被钻铤上设置在一定距离的两接收天线所接收，测量两个接收器探测到的电磁波的幅度衰减和电磁波传播时延造成的相位偏移，这两个物理量与井眼附近地层的电阻率有关，求得该地层的视电阻率曲线，在地面解释软件的协助下得到不同探测深度的地层真电阻率曲线。

由于原始信号频率比较高，电路处理比较复杂，故采用了超外差式接收处理电路。设发射信号为A*sin（ωt），则近接收线圈收到的信号为a*sin（ωt + φ1），远接收线圈收到的信号为b*sin（ωt + φ2） ，其中ω = 2*PI*2 MHz，选取本征频率为1.998 MHz，频率差为α=2 kHz，本征信号表示为c*sin（（ω-α）*t）。则通过混频，近接收信号生成：

ac*sin（（2ω-α）t+φ1）ac*sin（αt+φ1）（1）

通过低通滤波器滤除高频信号便得到2 K的差频信号，原始信号的相位没有发生改变的传递了过来。

同样的远接受信号通过电路形成信号：

bc*sin（αt+φ2）                         （2）

式（1）（2）两路信号通过过零比较产生一个门宽信号，通过计数的方法测量该门宽的宽度从而得到信号的相位差，而根据这两个信号的幅度比ac/bc=a/b，也得到了接受原始信号的幅度比。

各个发射线圈依次向地层发射2 MHz的正弦电磁波，每发射一次电磁波，接收板采集记录一次相位差和幅度比，对称的天线产生的两个相位差和幅度比求取平均值作为反应该深度电阻率的测量值，故最后产生3个不同探测深度的相位差数据。

2.2  国产LWD的技术优势

2.2.1  国产LWD电磁波测井深度高于感应仪器测井深度

电磁波测井和感应测井是都是测量地层曲线的重要方法。低频感应测井是利用感应电动势探测地层的电阻率，电磁波测井是利用电场强度的衰减获得一个穿透深度，其公式如下：

ds=

式中：ds为电磁波传播深度;w为角频率;？滓为电导率;？滋为磁导率。

通过理论计算得出：电磁波传播仪器的横向测量深度是感应测量仪器的两倍左右。

 在理论计算的基础上，我们又用不同直径、不同厚度、电阻率不同的圆环体对仪器的横向测量深度进行了实际测量。

通过把感应仪器和电磁波传播仪器放到测试块中进行对比，证实了电磁波传播仪器的横向测量深度是感应测量仪器的两倍左右。

理论计算和实际检验表明：电磁波传播仪器的横向测量深度大大高于感应测量仪器的横向测量深度。

2.2.2  国产LWD传感器测点离钻头更近

该系统的关键部件原理与FEWD相同，但在仪器结构上做了相应的改进，国产LWD把电磁波电阻率接收电路和中控电路短接、电磁波电阻率发射电路和自然伽马电路短接，这样有效减少井下仪器总体长度近1.25 m，从而也使仪器的测量点离钻头更近。

2.2.3  国产LWD变换传感器钩载方式

 进口的钩载传感器不是真正意义上的传感器，只是装在死绳上的卡瓦开关其原理如下：卡瓦开关由弯曲弹性钢板、直钢板、触点开关、信号传输电缆等组成。工作时，将卡瓦开关用定位螺杆固定在大绳的死端，调节定位螺杆的力度，使大绳在吃上负荷的情况下，直钢板与触点开关间的间隙约为半毫米厚。这样，大绳在吃上负荷的情况下，将弯曲弹性钢板向靠着大绳的一端拉，从而使被钢板挤压进去的触点开关弹出，这时开关断开，输出电阻为无穷大，计算机记录为钻具没座上卡瓦。当钻具座上卡瓦，大绳上的负荷消失，弯曲弹性钢板在外力没有足够大的情况下，产生复原性弯曲，从而将直钢板向背向大绳的一端推，直钢板挤压触点开关，触点开关接通，计算机记录为钻具座上卡瓦。

卡瓦开关装在死绳上，在活动钻具或起下钻时，由于死绳的震动，极易将卡瓦开关甩脱而造成损坏，影响施工且价格昂贵。针对这一情况，集思广益，充分立足国内条件，适当修改工作软件，采用国内容易购买的国产压力传感器作为钩载传感器，和指重表一起安装于大绳负载液压感应器上，可以真正意义上检测大钩负荷，监视钻具工作状态，比卡瓦开关更加经济，使用方便且数据准确。

3  国产LWD在江苏水平井的应用分析

3.1  国产LWD在周41平1井的应用

3.1.1  施工简介

 本井在井深1 043 m下入MWD，仪器工作时间为134 h，定向段仪器工作性能稳定至井深1 850 m下入国产LWD地质导向系统，各传感器偏移量： 定向传感器16.22 m、电阻率 11.74 m、伽马9.39 m。仪器到底井深为1 850 m，钻至1 909 m，起钻至1 810 m复测，复测结果与钻井时测量结果一致，井底数据出图与实测结果一致。现场地质人员对该仪器随钻曲线提出质疑，要求更换GELWD进行地质导向施工直至完井。

 施工完井后我们又用国产LWD进行复测对比，国产LWD图中可严格分析出井深1 779 m处是层界面，而GE LWD层界面显示模糊。

通过对比分析结论为：在GR显示明显的砂层中，电磁波电阻率显示明显，双感应电阻率显示不明显，10英寸的电磁波电阻率数值与感应的数值基本相同，GR两套仪器测量数值对应良好。

3.1.2  地质导向曲线分析

 根据周41平1井施工的原始资料分析国产LWD、GE LWD及电缆测井曲线，可得出如下结论：①在40 in、20 in和10 in的三条电阻率中，10 in的电磁波电阻率数值与感应的数值基本相同。40 in和20 in的电阻率因探测深度大，其数值要远高于感应电阻率数值。②在江苏油田用电磁波电阻率LWD寻找目的层时，因40 in和20 in的电阻率数值高于感应电阻率数值，随钻上传这两个数值不好对比。

3.2  国产LWD在陈3平24井的应用

3.2.1  施工简介

 该井定向段使用普通MWD进行定向施工，至井 深2 434.26 m，起钻下入国产LWD系统，此时井斜为78.93 °，各传感器偏移量：定向传感器16.26 m、EWR 11.34 m、DGR9.14 m。全井电磁波电阻率采用40英寸和10英寸两种曲线上传，钻头钻至2 450 m，40英寸电阻率由6 ohmm升值10 ohmm，伽马从80 API降至50 API经过现场地质师对比分析邻井地质资料发现已进入油层。据地质设计该井过断层进入目的层，断层的位置深度存在不确定性，设计A靶点井深2 661.32 m，垂深2 081.1 m，实钻中，井深2 450 m，垂深2 450.8 m的时候就开始进入油层，当时的井斜78.4 °。地质提示该油层较厚，地质要求根据设计慢慢增斜入窗，根据随钻测井曲线由于进入了油层，实际施工中采取缓慢增斜，井斜增到86 °左右稳斜钻进，井深2 685 m以后由于深电阻率由                10 ohmm降至2 ohmm，伽马从50 API升至90 API，迅速降斜，由于该目的层存在不确定性等原因，井斜降到80 °左右仍无油气显示，接地质通知完钻。

3.2.2  地质导向曲线分析

 实时传输的电阻率数据有两种，深相位（40 in）电阻率及浅相位（10 in）电阻率。因为发射极与接收级距离不同，所以两种数据有着不同的探测深度，深相位电阻率比浅相位电阻率有着更大的探测范围。尽管其探测深度与地层电阻率并不存在着线性关系，但其总体趋势仍是随地层电阻的增加而增加的。实钻过程中，结合伽马值的变化趋势，深浅相位电阻率曲线大幅度的分离趋势更可以看作是进入油层的重要标志。

4  认识与建议

①国产LWD在江苏已成功施工4口水平井，4口水平井的随钻测井曲线与电缆测井曲线完全吻合，根据现场应用数据，该仪器达到了进口LWD性能指标，完全满足地质导向施工要求。

②在江苏油田用国产LWD电磁波电阻率寻找目的层时，应选用10 in和40 in的电阻率随钻上传。这样40 in的电阻率能早探测到目的层， 10 in的电阻率与感应电阻率数值对比来控制目的层上下边界。

③在江苏油田用电磁波电阻率LWD寻找2.0 m左右的薄层时，尽量选用近钻头LWD。因近钻头LWD的GR和电阻率的测量点距钻头约2.0 m，而普通LWD的 GR和电阻率的测量点距钻头约10.0 m。这样就能得到更准确的井斜数据和更早的地层GR和电阻率，作出更准确的判断。

参考文献：

[1] 刘玉榜，刘华，贺昌华.FEWD地质导向钻井技术及其应用[J].钻采工

艺，2006，（3）.

[2] SL 6000-LWD，随钻测井系统手册[S].

[3] 史晓锋，李铮，蔡志权.随钻电磁波传播电阻率测量工具探测深度研究   [J].测井技术，2002，（2）.

[4] 付瑜.FEWD地质导向测量技术及应用[J].机械，2013，（4）.