有線傳輸式近鉆頭地質導向鉆井系統應用

楊文景，周智勇，閆國興，黃衍福，張春華，潘興明

（北京石油機械廠，北京100083）

有線傳輸式近鉆頭地質導向鉆井系統應用

楊文景，周智勇，閆國興，黃衍福，張春華，潘興明

（北京石油機械廠，北京100083）

在CGDS172 NB近鉆頭地質導向鉆井系統中，近鉆頭的地質參數和工程參數通過無線電磁短傳方式傳輸至MWD系統。無線短傳容易受井底復雜工況干擾，在有些地層介質的干擾下，信號衰減嚴重，導致信號傳輸失敗。為了使M WD系統得到高質量的信號，采用有線傳輸的方式，通過在測傳短節、下過渡接頭、上過渡接頭、螺桿馬達、旁通閥總成之間建立有纜通道，研制出了有線傳輸式近鉆頭地質導向鉆井系統。介紹了有線傳輸式測傳馬達的結構特征。實踐證明，有線傳輸方式不僅節約成本，而且使信號傳輸更加穩定，抗干擾能力更強，可靠性更高。

導向鉆井；隨鉆測井；有線傳輸

地質導向鉆井技術是近年來國內外鉆井工程界的一項高新技術，集鉆井、測井及油藏工程技術為一體，在隨鉆過程中既可以測量工程和地質參數，又具有導向功能［1］。它在提高油氣探井的發現率和在水平井、大位移井、多分支井中提高鉆遇率、采收率，從而最終降低噸油成本方面發揮重要作用。國外高度壟斷此項技術，只提供高價技術服務而不出售產品。2005年底，中國石油集團鉆井工程技術研究院研制成功國內首套CGDS172 NB近鉆頭地質導向鉆井系統。為了盡快實現批量生產，形成研發、制造、銷售、服務的完整體系，中國石油集團決定在中石油鉆井工程技術研究院北京石油機械廠進行近鉆頭地質導向鉆井系統產業化項目。

CGDS172 NB近鉆頭地質導向鉆井系統（簡稱CGDS172 NB系統）共有4個組成部分：測傳馬達、無線接收系統、正脈沖無線隨鉆測量系統和地面系統［2］。在CGDS172 NB系統中，測量短節測量的近鉆頭地質參數和工程參數需要準確及時的傳輸到MWD系統。目前此系統的傳輸方式采用無線電磁短傳傳輸，將測量短節測量的近鉆頭信息跨井下馬達、萬向軸總成（總長約10 m）傳給無線接收系統，無線接收系統與MWD系統對接，再由MWD系統傳送到地面［3］。無線短傳容易受井底復雜工況干擾，振動頻繁、沖擊不斷，在有些地層介質的干擾下，信號衰減嚴重，導致無線傳輸失敗。因此，嘗試采用有線傳輸的方式，研制出有線傳輸測傳馬達。

1 有線傳輸測傳馬達的研制

1.1 總體設計思路

在鉆井過程中，井下信息傳輸方式通常采用兩種方式：一種是有線傳輸；另一種是無線傳輸。相對而言，有線傳輸具有很多優勢：傳輸穩定、傳輸速率高、抗干擾能力強、安全性高等［4］，但制造工藝復雜。針對無線短傳有時失敗的問題，嘗試采用有線傳輸方式，也就是將測量短節內的傳感器測量的近鉆頭的地層信息通過“電纜”傳輸至 MWD系統，這些“電纜”要“埋”在測量短節至MWD系統之間每個機械零件上，建立有線信道。需要建立測傳馬達中各個短節（測量短節、下過渡接頭、上過渡接頭、螺桿馬達、旁通閥總成）的有纜通道，如圖1所示。

圖1 測傳馬達的有纜通道

1.2 關鍵技術

1） 過連接螺紋的密閉電纜通道設計。在不影響零件強度的條件下，在測傳馬達殼體內加工細長孔，用于布置電纜，并且還需要建立過連接螺紋的密閉有纜通道［5］。如果在井下作業時，電纜通道出現泄露，高壓的泥漿會流入測量短節，破壞電器元件，使測量短節無法測量，致使整套系統無法工作而起鉆，損失非常嚴重。

2） 螺桿馬達的有纜通道設計。螺桿馬達的定子內部壓制有橡膠，外部有金屬定子管體，比較容易建立密閉的有纜通道。

3） 旁通閥總成的設計。不影響旁通閥性能的前提下，可通過加長旁通閥殼體，在旁通閥芯部的前部增加芯部總成，實現旁通閥與MWD系統對接。同樣，在旁通閥殼體內建立密閉的有纜通道。

4） 新設計通信控制單元。原通信控制單元為無線傳輸方式，將設計的有線傳輸的控制單元植入到直傳測量短節的控制系統，將引入測量短節的電纜與通信控制單元連通，實現信號的有纜傳輸。

1.3 有線傳輸系統與無線傳輸系統結構對比

CGDS172 NB系統的有線傳輸與無線傳輸的結構組成如圖2所示。通過比較，有線傳輸可省去無線傳輸的CGDS172 NB系統中的無線接收系統。無線接收系統是1根獨立的短節，內部封裝有用于接收信號的天線裝置及用于將信號進行放大、濾波、糾錯、解碼等的電路組、電池組等，接收本體采用無磁材料，結構復雜，加工成本高，電路器件費用高，所以成本較高。

圖2 有線傳輸與無線傳輸的結構比較

2 應用實例

2013 年，有線傳輸式CGDS172NB系統在某油田的3口薄油層水平井應用，都取得了很好的效果。以某井為例，需要在1 668～2 423 m井段進行地質導向服務，以隨鉆電阻率、自然伽馬作為油層判斷參數，如圖3，實時調整井眼軌跡并跟蹤油層。

圖3 某井隨鉆伽馬、電阻率測井曲線

儀器在井口測試正常后開始下鉆，復測井段1 635～1 668 m，信號正常，數據準確。復測完畢，開始定向鉆進。儀器工作正常，脈沖信號良好，數據傳輸準確。當鉆進至1 710 m，井斜89.14°，方位179.63°。測井曲線顯示1 689～1 696 m井段近鉆頭電阻率由45Ω·m下降至15Ω·m，伽馬值由80 API上升至100 API。地質導向人員要求伽馬以上、下方向分兩次復測1 685～1 708 m井段，判定好油層位置。復測1 685～1 708 m井段，結果顯示上伽馬方向，1 690 m處伽馬值為80 API，1 693 m處升至95 API左右；下伽馬方向，1 695 m處時伽馬值80 API，1 699 m處升至95 API左右。判定油層位置在下方。工程人員接地質指令：要求在2～3個單根內將井斜降至89°，進入好油層后將井斜控制在89.5～90.0°。當井深由1 710 m鉆進至1 720 m，測井曲線顯示1 712 m的伽馬值105 API，1 718 m伽馬值降至80 API，完全進入好油層。當鉆進至井深2 009 m，井斜88.57°，方位179.29°，近鉆頭電阻率11Ω·m，伽馬值95 API左右，巖屑中深灰色泥巖增加。這時，地質導向人員要求復測2 004～2 009 m井段，判定好油層位置。當復測2 004～2 009 m井段，結果顯示上伽馬方向，伽馬值為78 API；下伽馬方向，伽馬值95 API左右。這時工程人員接地質指令：井深2 007 m，井斜88.57°，方位179.29°，巖屑中深灰色泥巖增加，要求工程人員3～4個單根內增斜至91°后穩斜鉆進。當儀器鉆進至井深2 087 m，井斜90.68°，方位181.68°。在儀器鉆進至井深2 010～2 087 m井段，近鉆頭電阻率由11Ω·m升至21Ω·m，伽馬值由95 API降至75 API左右，并且呈現出電阻率繼續上升，伽馬值繼續下降的趨勢，進入好油層。鉆進至井深2 423 m，完鉆。圖3為儀器在工作過程中隨鉆伽馬、電阻率測井曲線圖。

整個施工期間，地質導向人員2次通過方位伽馬判斷油層位置，使井眼軌跡始終保持在好油層中，達到了100%鉆遇率。

此次應用，儀器連續使用148 h，使用井段為1 668～2 423 m，累計進尺755 m，提供了788 m的地質導向服務工作，儀器工作正常，性能穩定，脈沖信號良好，數據傳輸準確，一趟鉆完成鉆井服務任務。

在使用有線傳輸的CGDS172 NB系統過程中，實時電阻率和伽馬曲線圖與地質撈砂地層解析圖匹配良好。通過調整儀器的姿態以及分析方位電阻率與伽馬的變化，及時準確地判斷出好油層的位置。鉆進過程中充分發揮了儀器有線傳輸的優勢，信號穩定、抗干擾能力強及儀器本身離鉆頭近的優點，在“多、廣、薄”的儲層中發揮重要作用。

3 結論

1） 通過將此前用MWD系統和無線接收短節對接來進行數據傳遞，改進為“有線傳輸”的測傳馬達后，測傳馬達與MWD系統直接對接，省去昂貴的無線接收短節，節約大量制造成本。

2） 測傳馬達的無線短傳方式改進為“有線傳輸”的測傳馬達，信號傳輸更加穩定，抗干擾能力更強，可靠性更高，巖性適用性更好，特別是對高阻巖性，大幅提高了鉆井效率，同時降低了鉆井成本。

［1］ 蘇義腦.地質導向鉆井技術概況及其在我國的研究進展［J］.石油勘探與開發，2005，32（1）：92-95.

［2］ 王偉.CGDS172 NB近鉆頭地質導向鉆井技術在江漢油田的應用［J］.鉆采工藝，2011，34（5）：34-36.

［3］ 李林.隨鉆測量數據的井下短距離無線傳輸技術研究［J］.石油鉆探技術.2007，35（1）：45-48.

［4］ 張返立.有線傳輸技術特點分析和發展方向［J］.信息通信，2012（4）：204.

［5］ 肖仕紅，梁政.智能鉆井電纜信號傳輸的研究現狀及難點［J］.石油礦場機械，2007，36（2）：15-18.

Application of Near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Transmission

YANG Wen-jing，ZHOU Zhi-yong，YAN Guo-xing，HUANG Yan-f u，ZHANG Chun-hua，PAN Xing-ming
（Beijing Petroleum Machiner y Factor y，Beijing 100083，China）

Near-bit geological and engineering parameters are trans mitted to MWDsystemthrough wireless electr o magnetic short distance trans mission in t he CGDS172 NB Near-bit Geosteering Drilling System.Wireless short distance trans mission is easily interfered by downhole complicated conditions，signal is badl y attenuated in so me stratu m and wireless trans mission failed.In or der to receive high quality signals f or MWD system，wire trans mission is used.The cable channel is established in t he measuring sub，lower transition sub，upper transition sub，power section by and pass valve and near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Trans mission is developed.This paper intr oduces the str uct ure of wire CAI MS（China Adjustable Instr u mented Motor Syste m）.It has been shown that wire trans mission not only can cut down cost，but also have the advantages of more stable signal trans mission，str onger anti-interf erence capability and higher reliability.

navigational drilling；logging while drilling；wire transmission

TE927.607

B

1001-3482（2014）06-0077-03

2013-11-05

楊文景（1979-），女，河北藁城人，工程師，碩士，2006年畢業于燕山大學機械設計及理論專業，現從事井下隨鉆儀器研究，E-mail：yangwenjing618520＠126.co m。