浅析FEWD随钻测量仪器常见故障及预防措施*

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(1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院 黑龙江 大庆 163453;2. 大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院 黑龙江 大庆 163413 )

浅析FEWD随钻测量仪器常见故障及预防措施*

陶丽杰1，高立军2

(1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院 黑龙江 大庆 163453;2. 大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院 黑龙江 大庆 163413 )

FEWD随钻测量仪器是国际上90年代以来广泛应用于石油钻探领域的随钻测量仪器。它是在MWD随钻测量仪的基础上发展起来的一种随钻井眼轨迹和地层参数以及工程参数同时进行测量的先进装备。针对FEWD现场使用中常见故障进行了原因分析,提出了主要预防及保护措施。通过严格技术措施,规范现场操作规程,改善仪器使用环境，加强协作方有效沟通等预防及保护措施，能有效地降低仪器故障率，提高仪器应用水平和使用效率，对降低钻井成本和提高油田开发效益具有重要意义。

FEWD; 测量仪器; 常见故障;使用效率

0 引 言

近年来, 随着水平井技术的发展和完善, FEWD无线随钻测量仪器已经在水平井开发特别是薄层、边沿等复杂油藏方面成效显著, 成为油田勘探开发的重要手段。FEWD 系统由地面设备和井下工具串两部分组成。地面设备主要是具有现场数据采集和数据库管理功能的INSITE数据处理系统，井下工具串分为脉冲信号单元和井下测量单元2部分，主要包括脉冲发生器(PUSLER)、定向探管(PCD)、中央控制器(HCIM)、自然伽马测井传感器(DGR)、电阻率测井传感器(EWR-PHASE 4)。该仪器自引进以来，累计施工800余口水平井，创造了显著的经济效益。但在现场施工中, 由于仪器高频率使用，施工环境不达标，部分配件质量差，现场应用不规范等多种因素的影响，导致仪器故障率增加, 降低了仪器使用效率，影响了施工进度，增加了钻井成本。

1 FEWD现场常见故障及原因分析

依据FEWD[1]基本结构组成,综合分析FEWD的实际应用情况, 现场常见故障主要包括PUSLER脉冲器故障、EWR电阻率短节故障、DGR 自然伽马短节故障、HCIM 短节故障, 以及井下仪器各短节上的耐磨套磨损等。

1.1 PUSLER脉冲器故障

脉冲发生器产生脉冲信号是FEWD测量仪能否正常工作的重要条件, 脉冲器故障的直观表现就是不能检测到脉冲信号或者无法正常解码。统计分析脉冲器故障主要包括定/转子角度、限流环尺寸选择不匹配，脉冲器外围件质量不合格，钻井液性能不能满足仪器施工要求，脉冲信号受到外界因素干扰。

1)定/转子角度、限流环尺寸选择不匹配

定子的选择决定了转子的转速，转子的转速影响脉冲器的正常工作[2]。如果转子转速过高，极易烧坏探管，缩短脉冲器寿命。如果转速过低，使脉冲器的推力不够，致使仪器没信号。对于一定的泥浆排量，脉冲信号强度随限流环内径的减小而增大[3]。随着脉冲信号强度的增大，脉冲发生器所承受的负荷也相应增加。实际使用中，脉冲发生器所承受的负荷应在保证一定的脉冲信号强度的情况下，仍能正常工作。

2)脉冲器外围件质量不合格

脉冲发生器国产外围件主要包括蘑菇头、转子等，由于国产件质量问题导致仪器无信号或仪器有效使用时间减少。转子偏磨主要现象为仪器井下工作一段时间转子转速逐渐降低，最终表现为无压力脉冲信号[4]。蘑菇头承受力的大小影响脉冲器的工作情况和信号的强弱，蘑菇头损坏将直接导致脉冲器的胶囊破裂，造成仪器无信号，泥浆进入脉冲器内部，致使脉冲器内部部件严重损坏。

3)钻井液性能不能满足仪器施工要求

由于脉冲器在井下是与钻井液直接接触的，因此钻井液性能达不到仪器使用要求，将直接损坏脉冲器或导致脉冲信号减弱[5]。钻井液中杂质多，如石粉袋子、钻井泵凡尔胶皮、铁丝等杂物进入仪器堵住脉冲器致使脉冲器损坏；钻工误操作导致手工具、钳牙等小金属物件掉入井内，击碎脉冲器部件致使仪器无信号；钻井液含砂量和有害固相含量高，使脉冲器本体及外围件受到严重冲蚀，导致仪器信号减弱或无信号；钻井液粘度高，脉冲信号阻尼增大，无法传到地面，致使地面无法检测到脉冲信号。

4)脉冲信号受到外界因素干扰

脉冲信号受到外界因素干扰主要分为钻井液循环系统和地面工作环境对脉冲信号的干扰两部分[6]。钻井液循环系统主要表现为泥浆泵工作状况不好、上水有问题，易损件质量问题、空气包压力不足等产生较大的噪音，泵冲的频率与脉冲频率接近，泵压突变，钻具震动，钻井液中加入药剂或含有大量气泡等，就会干扰信号强度，严重影响信号检测。地面工作环境的干扰主要是受地面数据线屏蔽性能的影响，地面数据线在接收到压力传感器的信号后，在向主机传输的过程中往往会受到变频电机、供电系统电压波动等信号的干扰，导致波形杂乱，不能解码[7]。

1.2 EWR电阻率短节故障

EWR电阻率短节壳体的耐磨带磨损较快，四个发射级与两个接收级天线部位是最易破损、断裂或者有泥浆渗入的，故障主要表现为测量值为0 Ω·m或2 000 Ω·m，都是EWR接收板损坏，导致仪器不能接收到发射的电磁波，或不能对接收到的电磁波参数进行正确处理，从而导致测量的数据异常，仪器不能正常工作。

损坏原因主要是：仪器超排量使用，冲蚀厉害；井眼与仪器尺寸不匹配，仪器摆动和震动过大，导致发射极部位和井壁接触面积过大，从而损坏仪器；运输过程中由于严重的颠簸振动对仪器造成的损伤；高造斜率井段导致仪器天线部位应力集中，造成仪器损坏。

1.3 DGR自然伽马短节故障

DGR传感器是由两个带独立电路而且相对的盖格-米勒管组成。该设计可以提供两套独立的伽马测量数据，仪器在实时传输时的计算数值为BANK A和BANK B的平均值。一旦两者之一发生故障，另一个可以提供校正的伽玛测量。DGR自然伽马传感器主要是在施工中故障表现为上传无效的原始测量COUNTS值为0或255，或者DGR的实时传输数据突然降至前段测量数据的一半。

原因主要是钻井过程中钻具振动过大，0值是仪器内部接触不良或闪烁计数管损坏，255值是仪器上传通路出现故障。其原因主要是钻井过程中钻具振动过大。DGR的实时传输数据突然降至前段测量数据的一半。

1.4 HCIM短节故障

HCIM短节故障主要表现为下总线NO RESPONSE无响应或死机，井下仪器不能正常工作。分析认为，其原因主要有：CIMHANGER严重冲蚀或阻抗不够，下总线通讯中断；锂电池电量非正常耗尽，导致HCIM下总线死机。

1.5 井下仪器耐磨套磨损

为保护钻铤内传感器的安全, 在各个传感器部位的钻铤上设计了数个耐磨套, 对保护仪器起了重要作用, 但阻碍了环空钻井液的上返。如果井眼不畅通, 排量小, 携砂不好,井眼曲率变化率高, 钻压大等因素的作用, 会导致井下仪器的耐磨套磨损速度加快，耐磨套外径变小，从而使仪器本体磨损严重，导致仪器无法正常工作。主要原因是钻具振动大、钻井液含砂量高、井眼曲率大。

2 主要预防及保护措施

2.1 脉冲器故障预防及解决措施

针对脉冲器现场使用中常见的故障现象及原因分析，主要采取了以下预防措施，以解决脉冲器无信号问题。

1)正确选择定/转子角度、限流环尺寸

施工前及时了解施工井信息，根据井眼尺寸、井深、泥浆排量等，依据350/650/1200系统定子选择表选择合适的定子才能使转子的转速达到最佳转速，使脉冲器工作在最佳状态，以产生最佳的脉冲信号。

1200系统定子选择表如图1所示。

图1 1200系统定子选择表

2)提高脉冲器外围件质量

脉冲器外围件质量直接影响脉冲器信号强弱及脉冲器使用寿命，在进行脉冲器安装前，必须严格执行技术规范，加强外围件质量的把控。一是根据原装进口外围件的材质及技术指标要求，对外围件材质及技术指标进行有效检测检验，对于不符合要求的外围件坚决不能使用；二是加强时效统计分析，根据外围件使用情况进行有效分析，制定不同批次、不同外围件的维修保养周期，以保障脉冲器处于最佳工作状态。

3)提高钻井液性能

钻井液对脉冲器易损件的冲蚀与钻井液中含砂量的平方和钻井液流动速度(排量)成正比，因此，控制钻井液中的含砂量和固相含量是减小易损件冲蚀的关键。现场应加强井队固控设备的巡查监督，严格执行随钻仪器施工技术要求，提高钻井液4级净化设备的使用率，有效控制钻井液含砂量在0.5%以内，减少对脉冲器的冲蚀。同时，应降低有害固相和塑性粘度，以降低脉冲信号的衰减幅度。

4)减小外界因素对信号的干扰

根据产生脉冲信号干扰的因素，一是检查泥浆中是否气泡过多，如果气泡含量过多，应加入一定量的消泡剂，以减小气泡对脉冲信号的衰减；二是观察水龙带是否跳动，空气包压力是否达到立管压力的30%～40%，检查泵的噪音是否过大，如果出现以上现象时应及时检修泥浆泵，充足空气包压力，以减小泵噪对脉冲信号的影响。三是避免地面电信号的干扰，数据线应避免与电力线，其他信号线等交叉、并行，远离有干扰的线路；仪器房摆放远离其他井上带电设备，工作机配备ups并远离高频设备，保证供电电源、地面设备主机、传感器等接地良好，减少干扰。

2.2 井下测量单元故障预防及解决措施

1)严格控制造斜率，保证井眼畅通

严格控制造斜率是保证井眼畅通，减小井下钻具振动的关键，严格执行短起下及划眼技术是井眼清洁，减少井底沉砂的保障。

严格控制设计造斜率在25°/100 m以下,科学、合理地选择动力钻具，严格控制实际造斜率在仪器要求范围内。建议在FEWD现场应用中，测量人员和工程人员密切配合，优化钻具组合、优选钻进参数、精确轨迹控制，保证井眼平滑，避免因局部的高造斜率井段导致仪器应力集中, 造成仪器损坏。同时，钻进中司钻应送钻均匀，避免因钻压突变引起井下仪器剧烈振动，造成电阻率、伽马、中控等井下传感器元器件损坏,导致测量值错误。

严格执行短起下及划眼技术，每钻完一个单根至少正、倒划眼一次，每钻完一柱钻杆再进行正、倒划眼一次，若震动筛返砂较多需增加划眼次数。每钻进150 m或不超过24 h短起下一次，并遵循“两短一长”原则，长短起倒划眼至井斜40°井段，短起下钻后至少循环一周再恢复钻进。短起下及划眼技术确保了井眼畅通,减少了井底沉砂，避免了因小井眼或台肩的出现及井眼沉砂对仪器电阻率天线的严重冲蚀及对耐磨套的过度磨损,很好的保护了仪器。

2)严格技术措施，规范现场操作

完善仪器操作规程，并要求施工人员严格执行操作规程。强化技术措施，使现场施工做到标准化、规范化，杜绝不规范作业，减小因吊装、运输、井口安装等因素造成电阻率天线损坏、伽马通讯中断、中控短节无响应等仪器故障，降低仪器作业风险。

按标准进行仪器的安装、拆卸以及下井施工。在吊装过程中, 使用双吊带吊装仪器, 不要从仪器中间的薄弱环节吊仪器，在井场应将仪器放置在安全的地方，防止磕碰损坏仪器，尤其电阻率短节不得与于铁质物体接触。在运输过程中, 要放置垫木或轮胎,控制车辆的行驶速度,防止仪器在运输过程中因严重颠簸而损坏。

FEWD 上下部使用保护接头, 配、卸钻具时, 规范操作, 防止损坏钻具。上扣前仔细检查台阶面和丝扣无损伤，涂匀润滑脂，用手上紧后再用大钳按照上扣扭矩标准紧扣，防止粘扣、松扣、钻具刺漏等事故发生。

现场人员要及时认真记录仪器原始数据, 准确统计仪器工作时间、工作状况, 对现场出现的故障现象要分析原因，采取有效措施及时解决、汇报。

3 取得效果

2016年自采取以上预防及保护措施以来，现场操作、车间维修以及各协作方都能严格执行FEWD测量仪器技术要求，使该仪器的使用走上了科学、规范的轨道。

2016年仪器故障率较2015年降低了52.2%，FEWD主要短节故障次数见表1。

因仪器故障导致平均单井延误时间由2015年的24.36 h/口井降低为11.42 h/口井，极大地提高了仪器的使用效率，降低了钻井成本。

4 结束语

1)改善仪器工作环境，严格控制造斜率，提高钻井液性能，降低钻井液含砂量、有害固相，减少仪器的冲蚀和疲劳损坏。

表1 FEWD主要短节故障次数对比

2)加强维修与现场操作人员的闭环管理，提高维修人员和操作人员的技能水平, 规范操作,精细维修，防止人为失误，减少或避免发生故障的可能性。

3)根据施工井设计要求和现场不同工况，合理选用MWD与FEWD分段施工,既能减少仪器发生故障的几率，提高施工效率，又能降低钻井成本。

4)建立风险共担机制，加强与甲方和各施工方的横向协调和技术交流，严格执行FEWD测量仪器技术要求，提高仪器使用效率，为甲方提供更好的技术服务。

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AnalysisonCommonFaultsandPrecautionaryMeasuresofFEWD

TAOLijie1，GAOLijun2

(1.ProductionEngineeringResearchInstituteofDaqingOilfieldCo.Ltd，Daqing，Heilongjiang163453，China; 2.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstituteofDaqingDrilling&ExplorationEngineeringCorporation，Daqing，Heilongjiang163413，China)

As a kind of wireless logging while drilling equipment, FEWD is widely used in the field of oil drilling since 1990s. FEWD, which is based on MWD, is a kind of advanced equipment to measure drilling trajectory, formation parameters and engineering parameters at the same time. This paper analyzes the causes of common faults of the using of FEWD in the field, and presents main precautionary and protective measures. By strict technical measures, regulating the operation rules of the field, improving the use environment of the equipment, strengthening the effective communication between the cooperators and other measures, the fault rage can be reduced effectively and the service efficiency and level of the equipment can be improved, Which is of great significance to reduce drilling cost and improve oilfield development benefit.

FEWD; measuring instrument; common fault; service efficiency

黑龙江省青年科学基金“旋转振动钻具的共振碎岩钻孔机理研究”(项目编号：QC2012C022)

陶丽杰，女，1981年生，工程师，2008年毕业于东北石油大学钻井工程专业，硕士学位，现主要从事钻井工程设计及理论研究工作。E-mail：39474382@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2017)05-0094-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.024

2017-05-11编辑高红霞)