电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中应用分析

余晓辉

摘 要：电磁波随钻测量系统优点有很多，钻井液几乎不会对它产生影响，同时它能够保证高速的信号传输性能，并且短时间内就可以完成测量工作。这些优点是普通无线随钻测量系统无法达到的。本文对煤层气钻井过程中使用电磁波随钻测量系统的优势情况进行分析。

关键词：电磁波;随钻测量煤层气钻井

1、前言

我国的地质构造结构决定了蕴藏在我国的煤气层基本处在压力低的地层中，这个特点对我国煤层气的开采利用技术产生了些许影响。在开发过程中，要加强对煤层的可须持发展利用的措施。技术人员往往根据煤层气的各自特点，选取不同的钻进技术。如空气钻、雾化钻、泡沫钻等，这些由气体或气液两掺流体的钻进技术。但如果遇到有的地层，泥浆中空气含量已经远高于20%时，我们常规用来检测的脉冲设备就不能发挥作用了。

脉冲随钻测量系统是目前应用比较广泛的水平井开采测量系统，脉冲系统主要工作原理是由钻井液在杆内的压力变化，由此达到信号传递的功能。脉冲系统的一个弊端就是，对相应设施要求较高，如果钻井液密度和井泵型号不匹配，都无法工作。在测量过程中容易造成安全隐患。

上世纪80年代，工业领域引入了电磁波无线随钻测量技术。电磁波随钻测量的原理是凭借电磁波来传递数据信息，而不使用其它媒介。这种传递方式的优势有传输速度快，耗时短、耗费低等特点。

2、电磁波随钻测量系统设备的安装调试

2.1电磁波随钻测量系统组成

该系统两部分构成，一部分在井下负责测量，一部分在地上作为显示仪器。该系统利用低频段的电磁波，利用井下部分带有的发送装置，在工作的过程中可以将井下的各部分测量数据利用电磁波信号向地面上的显示仪器上发送，地面的显示仪器带有接收装置，可以将接收到的信号进行计算，然后将计算出的数据作为控制井眼轨迹的依据。负责发射信号的井下装置，使用专门的电池产生电能，维持工作。一般电磁波发射频率高低会影响能耗。地面接收装置有两种方式，一种是利用防喷器和插入到井下的铜棒作为两极，虽然这种方式信号会比较强，但是它会受到钻机等设备的干扰。另外一种是利用插入地下铜棒两极的电位差，这种方式不易受到干扰，但信号一般较弱。

2.2 设备安装调试

在煤层气钻井施工中，把电磁波随钻测量系统相应仪器设备进行安装调试。首先在井口和连通井之间定好点，在此点上布置好专门用于传输信号的天线。井口的天线需要对防喷器进行去锈处理，防止对信号产生干扰。

根据该设备的使用操作说明，按步骤进行安装。由于电磁波需要通过波频传输信息，因此要对所要施工的井附近进行环境分析，调试出效果好的频率。调好频率后，把系统的各部件安装好，进行地面调试。调试要多进行几次，这样能保证整套设备在投入使用时减少出故障。为检验仪器的敏锐度，可以将设备分别放在套管中和放置自然环境下，看两种环境下仪器发射的信号有无变化。如果变化正常则仪器可正常使用。随着钻井进度的推进，为了保证信号传输强度不受地面湿度变化的影响，可以在地面放置接收设备处进行加湿处理。电磁波随钻测量系统在钻井施工的使用过程中，能够连续监测井底各部位的情况。

3.相关技术的应用分析

3.1聚焦伽马的应用分析

电磁波隨钻测量系统自带聚焦伽马测量。在工作时它可以显示不同边值。聚焦伽马的各项数据参数要提前标定。伽马设置的API数值校正为175c/s，需要在正常的条件下对其进行标记，可以把背景定数标记为19c/s。还需要使用伽马标定毯，它的作用是对伽马探管做最后标记。每一个仪器上面的伽马探管都需要进行窗口测量，数值一般设置在120度。在没有磁性的窗口选择一个外口长120毫米的直径，如果数值设置完成后，仪器自带软件会完成自动计算功能。

通常以直角和270度的钝角为界限。伽马探管的高边会和仪器的高边保持在一条边上。修定循环套可以让仪器在处理按键时候把仪器的高边和螺旋杆法线也也处于一条直线。当钻井深度进入1484.45～1494.21米时，所得到的伽马平均值由33c/s上涨到70c/s，高边伽马的平均值从原来的35c/s变化到后来的85c/s，另一个低边会从原来的40c/s变化到后来的60c/s。

根据显示高低边不同的数值的变化，判断伽马平均数值的增长速度，地面工作人员可以随时调整设备，保证钻头不偏斜，始终在煤层中工作。

3.2还空压力的应用

钻具和井壁周围需要进行还空压力测算。仪器先进性加压处理，只有处理后的仪器才能下井。到压力到达10.34MPa时候，定为满压值。把压力释放后再定自然状态下测量值。比如一个煤层气的钻井施工中，一个水平段是1144～1732米，它的还空压力测量值一般会维持在10.34～11.72mpa左右。当钻头探入1552.29米时候，压力数值会突然发生变化，数值变成18.62mpa，这时发生的情况使钻头被憋住，需要工作人员活动钻具进行循环操作。继续把钻井工具放下去，直至到井下。当还空压力数值变化为11.58mpa时，代表下面一切情况恢复如初。两个压力值之间是仪器工作时的正确数值，当仪器在投入钻井工作中后，地面工作人员要时时监测还空压力值，当数值不在两个压力值区间则视为出现异常，此时需要及时进行纠正处理。

4.电磁波随钻测量系统应用效果

电磁波随钻测量系统进入井下以后，如果系统依然能够正常工作，且传输速度高没有受到影响的话，这种情况测得的数据理论上可以采纳使用。当聚焦伽马两边数值增长不一致时，工作人员需要调整钻头位置，确保钻头轨迹超出煤气层。

5.结论及建议

电磁波随钻测量系统是煤层气钻井中比较理想的测量系统。最大的优势是速度传输快，信号强度大，不受循环媒介影响。在浅表地层钻井施工中，电磁波无线随钻测量系统比脉冲无线随钻系统更适合。

电磁波随钻测量系统中聚焦伽马的应用，可以利用高低不同边的伽马数值的变化，灵活掌握钻头轨迹是否在煤气层中，对轨迹偏离的情况及时进行纠正处理。对于有的地质条件下，伽马值有很大变化的煤气层，这项技术最合适。

该系统中的另一项技术就是随钻还空压力，通过对钻具和钻井内壁间的压力变化，及时掌握地下有无异常情况，此项技术能够对突发情况起到很好的预防作用，实际应用价值高。

电磁波无线随钻测量系统在实际使用中，能够准确接收地下发射的电磁波信号，值得在煤层气钻井中大范围推广和应用。

参考文献：

[1]汪松. 随钻电磁测量电磁波传输技术的研究[D].燕山大学，2016.

[2]王家豪. 煤矿井下电磁波随钻测量系统关键技术研究[D].中国地质大学，2015.

[3]张东旭，白璟，谢意，陈炜卿，刘伟.电磁波接力传输随钻测量系统研制与应用[J].天然气工业，2014，34（02）：76-80.