FEWD在哈法亚油田实用技术探讨

2020-10-19李武生孔凡刚蒋凯程兴春

石油研究 2020年2期

李武生孔凡刚蒋凯程兴春

摘要：分析了伊拉克哈法亚油田FEWD随钻地质评价仪器及INSITE系统使用情况，总结了FEWD现场使用过程中的注意事项，性能指标要求，常见故障及解决办法，对今后FEWD在该地区施工具有一定借鉴意义。

关键词：哈法亚油田;FEWD;水力振荡器;注意事项;常见故障;曲线解释

0 哈法亚项目简介

伊拉克哈法亚油田位于伊拉克首都巴格达东南400km，米桑省南部。哈法亚油田油藏埋藏较深、跨度大，在1900m至4360m之间分布，目的层分别是NAHR UMR、MISHRIF、SADI。钻井作业中存在高压（LOWER FARS-KIRKU K地层压因地质情况复杂，钻井难度较大[1]。施工中卡钻、溢流、漏失、蠕变等井下复杂情况经常发生，对FEWD提出了更高要求。对于易漏失层位，钻进过程中需要加入循环堵漏材料，且定向钻进过程中托压现象严重。为了解决托压对定向钻井机械钻速的影响，在定向施工钻具组合中加入了水力振荡器，仪器工程师需要高度重视循环堵漏材料大小及加入量，水力振荡器振动对于FEWD信号的影响。

1 FEWD与INSITE介绍

FEWD（Formation Evaluation While Drilling）是随钻地质评价测量系统的简称，是美国Halliburton公司生产的正脉冲地质无线随钻测量系统，主要是借助于由测井传感器、定向工程参数传感器、钻具振动等部分组成的传感器组成测感系统，可以实时获得地层中的自然伽玛、电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度等地质参数和井斜角、方位角、磁/高边工具面角等工程参数，有效地对地层的实际情况作出合理及时分析，建立地层评价体系，分析实际的地质结构，实时地对工程作出合理有效地指导，大幅度地提高工作的效率[2]。伊拉克哈法亚项目多为水平井或者水平分支井，对于这种井型，根据设计要求，都需要提供伽马、电阻率來控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置，伊拉克使用的FEWD主要由定向探管（PCD）、自然伽马传感器（DGR）、电阻率传感器（EWR）、钻具振动传感器（DDS）四部分组成，而岩石密度传感器和中子孔隙度传感器未涉及。根据尺寸分类有6-3/4FEWD和4-3/4FEWD两种类型。

FEWD的工作原理是，井下各传感器根据设置的内容测量数据，并将数据存储于各自使用的存储器内。PCD探管根据设置的内容顺序采集最新的工程、地质数据，统一编码后由脉冲信号发生器以正脉冲的方式，通过钻柱内的钻井液传至地面。地面设备对钻井液脉冲检波、编码、处理，最后得到井下传递上来的数据并向需要该数据的地方发送。仪器出井后，再在地面读取各传感器的测量数据，经处理后得到详尽的地质数据（测井曲线）。[3]

INSITE系统是FEWD的地面监测和显示软件，是HALLIBURTON公司最新的工程技术集成信息系统，其核心部件是一个庞大的基于MICROSOFT开放式数据库链接的数据库系统，全称为integrated system for information technology and engineering。主要提供基于局域网或者INSITE的各种数据传输模式和集成包括LWD在作业时对数据的计算校正管理完成最后的数据及曲线报告。

2 FEWD现场注意事项

2.1 PCD注意事项

（1）电话线与探管、脉冲器连接完后，在探管上做一标记，逆时针转动探管四圈半，然后顺时针转动探管打紧，打紧力矩150英尺磅，防止电话线打结断线。

（2）PCD探管触针较之前的触针略软，容易弯曲，探管与电话线连接时，要认真检查触针。

2.2 环境因素对DGR传感器的影响

（1）井眼尺寸：井眼尺寸越大，counts将减少，反之，井眼尺寸越大，counts将增大。

（2）套管：有套管存在，counts将减少。

（3）泥浆比重：counts将减少。

（4）KCL泥浆：counts增加。

2.3 INSITE数据读取

每趟钻完毕仪器出井后，都要进行INSITE数据read操作，目的是为井下仪器串断电，读取并处理井下仪器串中存储的测井数据，同时通过分析read report，可以得到关于井下仪器串状态的重要信息，为井下仪器断电。在数据read时，要注意井号和运行号正确，否则会将原来的image数据覆盖掉。检查电缆的完整性，若电缆噪音信号大于200mv，计算机会提示此时数据读取不理想。数据read后，会生成一个仪器参数报告，该报告存储在C：＼INSITE＼Tool Read Reports＼下。

2.4 破钝开关与负载按钮关系

破钝开关和负载按钮给锂电池施加的都是与井下仪器相近的负载。破钝开关不用用手长时间给电池加载，而用负载按钮完成锂电池的破钝和用破钝开关的效果一样，只是要用手长时间按住按钮。一般来说，破钝开关用于破钝，负载按钮用于加载测试电池。

2.5 LCM含量

由前所述，哈法亚油田钻井难度大，漏失现象几乎每口井都会发生，因此在钻进过程中都要加入一定量的LCM（lost circulation materials）进行堵漏。经试验，fine-to-medium nut plug 和fine kwik-seal（国外的一种复合堵漏材料）会降低脉冲发生器转速150-300rpm，导致转子偏磨，更严重的是当加入的LCM颗粒过大或者含量过多，会导致脉冲发生器转子卡死，从而导致仪器无信号，这就对LCM提出了一定的要求。FEWD对LCM的要求如下：Non-fibrous materials，20lb/bbl system maximum，不允许添加fibrous materials。

2.6 仪器运输上扣注意事项

为了保护仪器，减少维修次数，延长其使用寿命，施工过程中要注意：钻具仪器运输过程中，必须戴护丝，防止丝扣机械损伤;专用钻铤上扣时，为防止粘扣，先均匀抹一层丝扣油，按推荐扭矩上扣。上扣时，不要太猛，扭矩不能过大，以免涨扣;FEWD井下仪器与悬挂之间的连接上扣和卸扣必须在井口操作，不能在鼠洞里操作;连接组装FEWD时先用链钳将仪器连接好，再用大钳紧扣。

2.7 MD（measure depth）及其相应TVD（True vertical depth）处测井曲线差异性解释

在FEWD施工中，会出现这样一种情况：假定当MD为3000米，其对应的TVD为2920米，MD曲线中的伽马值和TVD曲线中的伽马值并不相同，其解释为INSITE系统具有过滤作用，在某一固定的时段或者进尺内，INSITE系统采集这一进尺内的所有伽马ray值，采集到的伽马ray值除以伽马计数值，得到一个平均的伽马ray值，即为MD处的伽马值，同理在TVD处也得到一个平均的伽马ray值;INSITE系统采样周期固定（一般设为16s），钻进1米TVD需要的瞬间远远大于钻进1米MD所需时间，这就意味着钻进1米TVD的伽马采样技术多于钻进1米MD的计数，由此导致TVD中和MD曲线中测井数据出现差异。

3 FEWD现场常见故障

3.1 DGR伽马值变高

正常施工时，伽马值都在120API到150API之间，但是个别井段达到160多API，属于比较高的情况。经过分析原因，我们认为是由于泥浆的KCL的影响造成的。泥浆中的K离子可能含有部分K40，K40具有放射性，会使伽马数值变高。

3.2 EWR出现no response

在施工过程中，session log 显示：DGR Combined Count Rate：253 cps;DGR Combined Gamma Ray：BUS OFF;EWR Deep Cnts phase ang：255 cnts;EWR Deep phase Res：NO RESP;EWR shallow Cnts phase ang：255cnts;EWR phase res：NO RESP。分析其原因主要有以下两点;一是DGR短节和EWR短节之间靠跳线和B-CC与外壳绝缘部件连接时，跳线出现问题;二是B-CC绝缘性不好。这两点造成DGR和EWR之间不能通讯，解决办法为每次组装仪器之前，两驱高压下B-CC的绝缘性和跳线的导通性，如果跳线的导通性和B-CC的绝缘性不好，需要及时更换。

3.3 session log download不检测

如果session log 不检测，需要把主机或者副机的download重新update download一下，需要注意的是副机的传输序列要改成和主机一样，apply+test，并update detection。

3.4 INSITE数据读取出现问题和download故障

由前所述，通过INSITE数据read，可以了解井下仪器工作状态，为仪器断电，但有时读取数据时，超过等待时间后read，数据库中并无DGR和EWR的数据库，从而无法读取数据。此原因为I/O窗口打开后，single size 应设置为large size，工作初始默认值为small，造成down和read 故障，设置成large size后问题解决。

Download命令各传感器采集什么类型的数据并如何收集这些参数，若download时出现一个“1K HCIM table”不能download，也应把small size改成large size。

3.5 I/O窗口打不开

重装软件后，I/O窗口打不开，提示不能初始化HSC卡，其原因为HSC卡的驱动安装不正确，重新正确安装后问题解决。

3.6 显示器问题

显示器无显示，计算机硬盘正常工作，其原因为显示卡电容爆裂或者显卡有其他故障，这就需要更换显卡，同时注意显卡型号与主机一致，不定期清理计算机内灰尘。

3.7 母扣纵向裂纹

FEWD仪器使用以来，HCIM短节母扣，DGR短节下部母扣经常损坏，需要经常维修，多次修扣放入电池后，电池护盖到母扣断面距离过短，加入垫片后，致使相配合公扣无法上紧，从而导致HCIM短节无法使用而报废。

史建刚[4]全面分析了仪器母扣出现裂纹的原因;一是仪器造斜率偏高;二是钻井液性能达不到仪器使用要求;三是技术措施落实不到位。其中在伊拉克哈法亚项目施工中出现母扣出现纵向裂纹的主要原因为钻井液性能和技术措施两方面。钻井液含沙量大、铁粉等固相含量高，仪器工作环境恶劣，只是仪器本体及部件冲蚀损坏严重，另一方面，作业不规范，技术措施落实不到位，上扣卸扣在鼠洞操作、直接用大钳紧扣、对扣不准、上扣卸扣扭矩大等都是母扣出现裂纹的主要原因。

3.8 LWD曲线形态异常

在哈法亚油田施工过程中，由于受井斜、地层情况和仪器本身产生故障、仪器探测范围等的影响，使得测井曲线在形态上产生一定的异常。其主要表现为深电阻率和浅电阻率曲线数值分离很大（如图所示1）以及曲线出现“间断”现象。

对随钻电阻率测井来说，测量在钻头钻开地层后2-60min内进行，从侵入时间看受泥浆影响较小，但由于随钻电阻率仪器的传感器距离钻头相距较远，泥浆侵入时间加长，随着泥浆侵入深度的增加，仪器所测到的数据逐渐趋于泥浆侵入带电阻率导致所测电阻率与地层真电阻率有较大差别[5]。

3.9 DGR自然伽马传感器损坏

地层自然Gamma传感器（Dual Gamma Ray）测量来自沉积地层中放射性元素的 Gamma 放射量，其射线主要来源于地层中的铀、钍、钾三种放射性元素。DGR 包括了两块独立电路的半圆形测量板，每块测量板包括 8 根Geiger-Muller 的 Gamma 射线测量管。每一块测量板均能准确测量来自地层的Gamma 射线。通常情况下提供的测量数据为两块测量板的平均数据，但是在其中一块发生故障后，可通过地面系统软件操作可使用另一块测量板的数据作为最后测量数据。伽玛测井曲线可以幫助现场人员区分泥岩和砂岩地层，并划分岩性界面。 DGR自然伽马传感器主要是计数管损坏，导致传感器工作时的统计误差加大，主要原因是钻进过程中钻具振动过大[6]。

4水力振荡器振动对FEWD产生影响

4.1 水力振荡器结构及工作原理

水力振荡器主要由动力系统、阀门和轴承系统、振荡短节三部分组成。动力系统使上游压力周期性变化作用在振荡短节上，振荡短节内弹簧片发生形变形成振动，频率为15～20Hz。通过短节的流体的压力周期性的变化，作用在短节内在的弹簧上，这样由于压力时大时小，所以短节的活塞就在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，这样就造成与工具连接的其他钻井工具在轴向上的往复运动通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少井下钻具组合与井眼之间的摩阻，这就意味着水力振荡器可以在所有的钻进模式中，特别是在有螺杆的定向钻进过程中改善钻压传递，减少扭转振动。

4.2 振动对仪器产生影响

由于井下钻具振动，常造成井下钻具疲劳破坏、电子电路及元件损坏、伽马探管失效、EWR电阻率短节发射极或者接收极天线松动断裂脱落等现象发生。总结哈法亚油田近年来钻具组合中加入水力振荡器施工井中，我们发现水力振荡器产生的钻具振动是导致FEWD电池短路和电池螺丝断裂是6in井眼中FEWD电阻率故障的主要原因，地面检测系统只能检测到井斜、方位等MWD数据，伽马电阻率数据丢失。且由于振动引起的电池故障井段的水力振荡器位置绝大部分在距钻头400m范围之内。

4.3 利用振动测量传感器监测钻具振动

FEWD仪器串内部装有钻具振动测量传感器（如图2所示），X轴和Y轴加速度传感器用于测量扭转振动与横向振动，Z轴加速度传感器用于测量轴向振动。施工过程中如果井下钻具存在粘卡现象，井下钻具的实际转速就会因钻具瞬间的粘卡而变慢，过后又因粘卡瞬时解除而加快运动，导致径向加速，由振动测量传感器中的X 轴与Y轴加速度直接表现出来。钻具的轴向振动与钻头的跳动，由Z轴加速度直接表现出来。以哈法亚某井为例，水力振荡器距离钻头位置363m时，振动测量传感器中测量Y高峰值如图3所示，更换水力振荡器距离钻头位置445m时，测量Y高峰值如图4所示，高峰值明显减少。通过对比我们发现，水力振荡器位置距离钻头位置越远，对仪器产生的影响越小。

5结论及建议

（1）认真填写设备运转记录，随时掌握设备使用情况，准确统计仪器使用时间，及时汇总使用过程中的问题，以确保工具使用率。

（2）INSITE系统功能强大，输入参数多，每种尺寸的FEWD输入参数有所不同，需要认真校对，以免出错。

（3）仪器人员与工程人员密切配合，随时了解钻井工况，特别是井漏阶段，关注LCM成分及含量，对于减少仪器故障率和灭失至关重要。

（4）钻具维修人员和现场施工人员严格执行FEWD操作规程，规范操作，加强仪器维修保养和施工技术交流，不断改进和完善操作规程，能够最大限度的提高施工服务能力，有效降低仪器损坏率。

（5）相同类型水平井在施工中应提前设置各种振动参数，帮助现场工程师判断井底工具的工作状态。

（6）通过振动参数对比水利振荡器使用位置对FEWD仪器的正常工作影响很大，今后具体施工中，水力振荡器应尽量与LWD仪器间隔在 420m之后。

參考文献：

[1] 李小丰.哈法亚油田水平井快速钻井技术研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，2.

[2] 胡学成.FEWD技术在地层评价中的嵌入与实践[J].化工管理，2014，66.

[3] 刘希东贺昌华王胜雷.FEWD在阶梯式水平井中的应用[J].石油钻探技术，2002，66.（2002年8月第4期30卷）

[4]史建刚.LWD地质导向无线随钻测量仪器现场使用问题探讨[J].2014，钻采工艺2008年3月 143-144页 3卷第二期.