电子式直井测斜仪在渤海油田的应用

朱益辉，刘禹铭，蔡玉贵（中海油能源发展工程技术公司，天津 300452）

电子式直井测斜仪在渤海油田的应用

朱益辉，刘禹铭，蔡玉贵
（中海油能源发展工程技术公司，天津 300452）

海上油田钻井作业过程中对直井段测斜时，传统单点、多点测斜仪测量滞后，耗时多；MWD虽可以随钻测斜但价格昂贵[1]。本文介绍了一种电子式直井测斜仪，测量范围0-20°，测量精度达±0.1°，有效克服了传统测斜方式的滞后性，降低了作业成本，在现场应用后效果良好，能够很好满足直井现场对井斜测量的要求。

电子式；直井测斜仪；实时

随着海上石油勘探开发的不断深入，地层结构越来越复杂，深井、超深井和高温高压井不断增加。随着钻井技术的发展和对钻井要求的提高，各种各样的测斜仪器相继出现，如照相式单、多点测斜仪、电子单点测斜仪、电子多点测斜仪、有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪等[2-3]。目前海上油田直井段作业时，多采用大钟摆钻具组合与吊打相结合，起钻前投单点测斜仪测斜，该模式存在严重的滞后性，不能及时根据井斜变化趋势，调整钻具组合与钻进参数，容易导致井斜超标，增加了后期作业的困难。

针对现场作业困难，中海油能源发展工程技术公司研制了一种电子式直井测斜仪，相比于机械式直井测斜仪，该仪器能够随钻测斜和适应高温高压环境要求，现场可根据井斜变化及时调整作业参数，提高作业效率，降低作业成本，在海上推广使用后效果良好。

1　工具介绍

1.1结构介绍

图1　电子式直井测斜仪井下测斜短节结构

电子式直井测斜仪主要由井下测斜短节与地面解码设备组成，实现井斜测量及数据分析。

井下测斜短节安装于短钻铤内（见图1），包含扶正翼、电池总成、溶压机构与阀芯。扶正翼保证井下仪器在钻铤内居中；电池总成为测斜探管与溶压机构供电；溶压机构驱动阀芯运动；阀芯内部机构通过改变泥浆流道面积，产生脉冲信号。

地面解码设备由传感器、防爆盒与显示器组成，实现脉冲信号的收集、分析处理及显示功能，具备一级防爆要求。

1.2工作原理

停泵时，测斜探管内重力加速计传感器测量井斜并编码，电池驱动溶压机构动作，带动阀芯中蘑菇头上移至最高点；开泵至立管压力稳定后，测斜探管向溶压机构发出指令，控制蘑菇头的二次顺序动作，通过改变泥浆流道面积，按编码规定的时间间隔产生负压脉冲，立管压力传感器接收脉冲信号，地面设备解码并显示井斜数据。

图2　电子式直井测斜仪测斜曲线

2　现场施工工艺

1）连接地面设备：连接传感器、防爆盒、显示器，并检查电源及信号线路是否正常。

2）地面组装测斜仪器：激活仪器电池，连接仪器阀芯与扶正翼，将测斜短节装入8"的短钻铤内。

3）组合钻具组合：测斜仪器本体为1.5m长短钻铤，连接至钻具组合近钻头位置。

4）地面测试：

（1）开泵至测量排量2 200L/min，顶驱转速30r/min，保持2min，激活电池；

（2）停转停泵，静止1min，测斜探管测斜，蘑菇头移动到位；

（3）开泵至测量排量2 200L/min，读取井斜数据，信号正常，下钻。

5）正常钻进过程中测斜：接完立柱开泵至测量排量2 200L/min，读取井斜数据，开泵至钻井排量继续钻进。

6）起钻甩仪器，关闭电池。

3　关键技术特点

借鉴悬挂式MWD工作原理，巧妙的与井下浮阀结合：电子式直井测斜仪利用重力加速度计传感器测量井斜数据，将脉冲发生器与浮阀相结合，既实现了脉冲信号的发生，同时实现了浮阀内防喷的功能，简化了井下工具结构。

创新编码模式，提高数据传输的可靠性：电子式直井测斜仪只传递井斜数据，数据传输量小，仪器采用一种简化编码模式，减少了仪器耗电量，提高了数据传输的效率，保证了数据的可靠性。

4　现场应用及效果分析

4.1井身参数及测斜数据

本文选取渤海油田渤中区块BZ27-2-2井为例，对比分析电子式直井测斜仪的测量数据，井身结构如表1所示。

表1　电子式直井测斜仪技术参数

表2　井身结构表

该井Φ311.2mm井段1 700m，根据以往作业经验，该井段地层易倾斜，机械钻速低，为提高作业效率，同时防止井斜超标，本井采用电子式直井测斜仪随钻跟踪井斜，实时监控。井斜随井深变化曲线如图3所示：

图3　BZ27-2-2井井斜随井深变化曲线

本井段第一趟钻具组合：Φ311.2mm PDC钻头+Φ244.5 mm PDM（直马达，无扶扶正翼）+Φ203.2mm钻铤1根+ Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井测斜仪+Φ203.2mm钻铤1根+浮阀接头+Φ308mm扶正器+Φ203.2mm钻铤5根+挠性接头+Φ203.2mm机械震击器+Φ127mm加重钻杆14根+ Φ127mm钻杆，该钻具组合为常规钟摆钻具组合，具有吊打降斜作用，但不能稳斜，作业过程中为了提高机械钻速，增加钻压，从图3看出井斜迅速增加，为避免井斜超标，钻进至2 506m后现场决定起钻更换钻具组合。

本井段第二趟钻具组合：Φ311.2mm PDC钻头+Φ244.5 mm PDM（0.75°弯角，305mm扶正翼）+Φ228.6mm短钻铤1根+Φ311.2mm扶正器+Φ203.2mm直井测斜仪+浮阀接头+Φ203.2mm钻铤5根+挠性接头+Φ203.2mm机械震击器+ Φ127mm加重钻杆14根+Φ127mm钻杆，该钻具组合为高陡防斜钻具组合，对钻压不敏感，从图3看出，更换钻具组合后，井斜有整体下降趋势。

本次作业过程中在电子式随钻测斜仪的监控下，发现井斜增加趋势，及时更换钻具组合，既保证了井斜质量要求，又提高了后续作业效率。

4.2数据准确性分析

图4　随钻数据与测井数据对比

从图4看出，随钻测斜仪测量数据与测井数据接近，主要误差集中于2 400-2 700m之间，该井段为馆陶组，作业中存在起下钻困难，起下钻过程中频繁划眼，改变了原始井斜，导致了两者差值增加。同时，第二趟钻具组合中带弯角马达影响了钻柱的居中性，导致测斜数据有一定波动。

4.3提速效果分析

选取邻井BZ27-2-1井对比，两井距离较近，地层相似，泥浆相同，钻具组合相同，对比两井作业参数。

表3　BZ27-2-1井与BZ27-2-2井参数对比

通过上面两井对比数据可以明显看出，在相同井段使用了随钻测斜仪的BZ27-2-2井钻压可以根据井斜调整，平均机械钻速高于邻井BZ27-2-1井。

5　结论及建议

综合本次作业情况，所测得的井斜数据与测井数据基本吻合，相比于传统测斜方式具备以下特点：

1）工具结构简单，入井仪器只是一根短钻铤，组合钻具方便；

2）地面设备均为防爆装置；

3）实时了解井底井斜，从而及时调整钻井参数或更改钻具组合，提高机械钻速，避免井斜超标；

4）相比于单点测斜仪的滞后性，随钻测斜仪具备实时测斜，节约时间，对钻进过程有了更好的掌控，从而提高效率，节约成本。

[1] 袁磊.电子式随钻测斜仪器的研制与应用[J].石油机械，2013，（7）：78-81.

[2] 桂德洙.浅谈钻井测斜仪[D].石油钻采工艺，1999，（5）：45-49.

[3] 王若.随钻测量技术发展史[D].石油仪器，2001，（2）：5-7，15.

Application of Electronic Vertical Inclinometer in Bohai Offshore Oilfield

Zhu Yi-hui，Liu Yu-ming，Cai Yu-gui

We need to measure the inclination of vertical section while drilling at offshore oilfield.The traditional measurement of electronic single/multiple point inclinometer has the disadvantage of lag and time wasting.MWD can measure while drilling but it's expensive.This passage introduces an electronic vertical inclinometer，the measuring range is 0-20 degree and measurement precision can reach plus and minus o.1 degree.The inclinometer overcomes the lagging of traditional inclination survey method effectively.At the same time，save operation cost.Excellent results have been achieved in its practical application.It can well meet the requirements of measuring inclination in vertical wells.

electronic；vertical inclinometer；real time

TE927.9

B

1003-6490（2016）03-0044-02

2016-03-02

中海油能源发展工程技术分公司科研项目《电子式随钻直井测斜仪研制》GCJSLZBG-1403。

朱益辉（1965—），男，湖南益阳人，工程师，主要从事钻完井工具研究工作。