BHI-MWD无线随钻测斜仪在页岩气的应用

摘要：BH I-MWD无线随钻测斜仪的结构、工作原理、适应工况和信号干扰因素及解决方法。BHI-MWD无线随钻测斜仪在四川长宁页岩气定向井施工中的应用。

关键词：定向井 BHI-MWD无線随钻测斜仪 钻井液参数 钻井泵

在四川长宁页岩气宁209H-35-5x井的石油钻井中，为了快速获取目标油层的埋深、厚度及分布范围，提高钻效，在本井采用BHI-MWD 无线随钻测斜仪监控井眼轨迹，提高井身质量和钻井速度，确保准确中靶，为后期水平段ATC施工创造良好条件。本井一、二、三开井眼尺寸444.5mm、406.4mm、311.1mm，使用1200 BHI-MWD，为了确保脉冲发生器正常工作，所以对钻井液质量和泥浆泵有较高的要求。本文会对施工中遇到的一些问题进行展开，来说明仪器信号影响因素和故障分析。

1 BHI-MWD的简要介绍

1.1 结构

MWD无线随钻测量仪器是由地面部分（地面数据处理系统、安全箱、DDU司钻读数器、 泥浆压力传感器、泵冲传感器）、井下部分（MEP/PCD探管、流筒总成、脉冲发生器、无磁短节等）及辅助工具、设备组成。

1.2 工作原理

BH-MWD靠井下转子提供动力。转子与内轴藕合，轴底端连接一发电机，为探管供电：上端连接一液压泵，为脉冲发生器提供能量。泥浆在鱼颈总成和限流环与蘑菇头形成的环形空内流动，当有信号传递时，蘑菇头升起，停—下，然后回到原位，短时的蘑菇头伸长就产生了正压力脉冲。地面上采用泥浆压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息，并传输到地面，地面数据处理系统进行处理，井下仪器所测量的井斜角、方位角和工具面数据可以显示在地面数据处理系统和司钻读数器上，定向井工程师通过显示出来的数据就能够知道井眼的轨迹。

2 信号传输质量的主要影响因素

2.1信号传输方式

目前MWD信号传输一般分为连续波、正脉冲、负脉冲、电磁波等传世方式。BHⅡ-MWD的的信号传输原理是利用井下仪器串DSP定向探管配合带有耦合发电机的脉冲发射器，把采集到的井下测量参数通过泥浆产生正脉冲信号发送到地面经过泥浆压力传感器把感受到的压力信号转换成电信号，然后经过地面数据处理仪对信号进行处理解码成我们所需要的井眼轨迹参数。

2.2仪器自身对信号的影响

仪器本身对信号的造成的解码故障，一般是井下仪器串的配比不合适，造成信号幅值异常的弱小使地面仪器不能正常的解码，或者是泥浆性能要求突然变化或者井深太深造成信号衰减严重，从而使仪器的波形信号受钻具的活动而受较大影响。

在通常情况下仪器工程师在上井施工之前都会根据掌握的井队设备参数如：设计井深、排量、钻挺内径、钻头类型信息来选择合适的转子、定子、孔板等的大小，是仪器能获得正常的信号幅值，合适的转子转速，和蘑菇头合适的承载压力。

还有一种情况就是地面仪器接电电压太高或者因为漏电设施异常变化将造成仪器基础幅值异常，从而造成仪器解码故障。如果没有及时发现此种故障原因将会造成很隐形的麻烦。

2.3信号因外部条件受干扰

2.3.1 井深

井深越大，信号从井底传至地面的距离就越大，信号的衰减就越大。因此，在深井测量时，根据现场情况适当提高钻井液排量，以提高信号强度。

2.3.2钻井液影响

（1）在有微珠的泥浆中工作。

泥浆中含有微珠，会卡在下轴承套和定子之间，阻碍转子转动。对于带护盖的转子，还

会卡在转子护盖和HOS或冲管的间隙间，导致转子更难转动。

（2）在有堵漏材料的泥浆中施工

包括中、细核桃壳、各种纤维材料、编织袋、密封材料等。这些材料有可能发生堵死定子、卡死转子、缠死蘑菇头、阻止蘑菇头伸缩等现象，导致仪器不工作。

（3）泥浆的固相含量高、塑性粘度高

泥浆固相含量高，会导致大量固体物在转子的磁芯里面堆积，最终容易导致转子受阻。塑性粘度高，信号衰减厉害，在深井中难以工作。

（4）泥浆比重大于12 PPG（1.45g/cm^3）

泥浆比重高，信号衰减幅度大，在深井中会导致信号检测困难。

2.3.3钻井泵

泵在许多方面都可能影响仪器的信号质量。例如：刺漏、密封不严、上水不好等。要求及时检查泵的上水情况，若有问题应及时修理。在无特殊情况下，严禁频繁开、停泵或交叉换泵，消除干扰信号，确保测量精度。

2.3.4 单弯螺杆噪声

通常情况下，单弯螺杆的噪声频率要比仪器的频率低很多，是可以被忽略的。但当单弯螺杆突然降速或停止转动时，钻头扭矩会剧增，同时立管压力会增大，导致MWD失去同步信号，无法获取正确的测量数据。因此，在钻进时尽量要平稳加压，减少压力突变，确保井眼数据测量的准确性。

2.3.5钻头水眼特别小

钻头水眼特别小，会导致立管压力很高，这种情况下如果泵上水又不好时，泥浆泵上水时的瞬间会产生很高的压力信号，高噪音信号往往会覆盖掉有用信号而导致地面检测不到信号。

2.3.6泥浆存在气侵

对于高压油气层，泥浆往往会受到气侵。受到气侵的泥浆，对信号的衰减特别厉，这时需要在泥浆中加入除泡剂，充分循环泥浆，直到气侵排除。

2.3.7严重井漏

轻微井漏时，仪器能检测到信号。严重井漏时，仪器检测信号困难，且井下仪器不安全，

故严重井漏时仪器不能下井。

2.3.8赤铁矿

赤铁矿作为泥浆加重剂，泥浆比重很高，会增加信号的衰减量，在深井、超深井中施工会影响信号的传输，导致信号检测困难。

3 宁209H35-5X井施工心得及仪器使用情况

宁209H35-5X井由于是大井眼水平井，为保证井下MWD仪器工作正常，所以对钻井设备和钻井液系统要求很高。全井MWD仪器信号不稳定，解码能力很弱，原因在于一二三开井眼为444.5mm、406.4mm、311.1mm尺寸，需使用1200脉冲发生器。1200脉冲发生器无法适应该钻井队的泵和泥浆性能。

一二开初期，由于井段较浅，信号衰减的不是很明显，处理仪对信号同步头还可以进行识别。随着井深的增加，仪器解码能力更加弱。为了保证定向任务的顺利进行，不能仅仅用扫波的方法进行施工，需找出原因，调整参数，使仪器正常稳定。首先从仪器自身出发，观察仪器转子转速，在确定不是因转子偏磨导致信号减弱。起钻检查仪器没有任何问题，在调整了蘑菇头和限流环的间距，使信号幅值加强，缺还是不能达到自主解码能力，就需要考虑井队设备对仪器的影响。首先观察了空气包压力在规定范围，其次观察水龙带无明显跳动，排除了空气包出问题的可能性。同时得知井队没有加重、加药，对泥浆比重没有进行调整，排除了钻井液性能对仪器的影响。询问到该井队是用双泵打钻，与技术员核实了泵的情况后得知，其中一个泵的上水不是很好。因为双泵打钻，倘若双泵参数不一致，会使泵入的钻井液排量不稳定，最终导致信号不好。找到了信号不好的一个原因，与井队沟通后，进行单泵95冲打钻。此时仪器信号仍旧不强，解码能力还是不好。无奈只能双泵继续打钻，开双泵65冲后，调整柴油机转速，从1250转调至1050转后，仪器解码能力恢复。

经过宁209H35-5X井的施工，发现1200MWD的施工环境比650MWD的施工参数要更加严苛，在遇到特殊工况，要适当调整参数，使仪器可以正常工作。

参考文献

[1]石油仪器;2002年07期

[2] 刘国卫.MWD无线随钻测斜仪在钻井中的应用.西部探矿工程，2011.3.

作者简介：李海枫，1991.01.25，2013年毕业于中国石油大学（华东）电子信息工程专业，工程师，现就职于渤海钻探定向井公司现场测量工作。