電子式隨鉆直井測斜儀在海上油氣田的應用

李啟翠，史文專

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 上海 200335；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

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·儀器設備與應用·

電子式隨鉆直井測斜儀在海上油氣田的應用

李啟翠1，史文專2

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 上海 200335；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

直井鉆井作業過程中，常規起鉆前投多點測斜儀或測井絞車拉單點測斜儀測井斜的方式存在嚴重的滯后性，容易導致井斜超出設計要求，因此針對此類問題，利用電子式隨鉆直井測斜儀來實時監控井斜變化。對東海油氣田中NB區塊1井使用電子式隨鉆測斜儀，現場應用表明，隨鉆測斜數據準確，能及時有效的指導現場作業，提高作業效率，同時顯著降低測井成本。

直井；電子式測斜儀；隨鉆測斜；脈沖

0 引 言

在油氣田的勘探開發過程中，通過鉆多口探井(直井)來確定油氣藏是否存在，圈定油氣藏邊界，并對油氣藏進行工業評價，取得油氣開發所需要的地質資料。通常，由于地質條件、鉆具組合、鉆進參數等原因，井斜會自然增加，井深數據不準確，導致地質資料不真實，甚至錯過油氣層的發現。在直井鉆井作業過程中，多采用大鐘擺鉆具組合與輕壓吊打相結合的方式來防斜打直，同時在起鉆前投單點測斜儀，但該方法無法實時監控井斜變化，存在嚴重的滯后性[1,2]。目前MWD[3]雖能實時監控井斜變化，但價格昂貴。針對上述儀器或工具存在的不足，電子式隨鉆直井測斜儀不僅能夠實時監控井斜，指導現場及時調整鉆井參數，提高作業效率，防止井斜超標，同時價格便宜，顯著降低鉆井作業成本[4，5]。

1 儀器組成結構

電子式隨鉆直井測斜儀主要由井下儀器與地面設備兩部分組成，實現井斜測量、數據傳輸、信號解碼功能。

1.1 井下測量傳輸系統

井下儀器由扶正翼、電池總成、液壓機構與閥芯組成，如圖1所示。扶正翼保證井下儀器居中，保護儀器串；電池總成為測斜探管和液壓機構供電；測斜探管內安裝傳感器測量井斜并對井斜編碼，液壓機構驅動閥芯運動產生脈沖信號；閥芯蘑菇頭動作，改變泥漿流道面積，產生降壓脈沖信號。井下儀器串裝配在一根短鉆鋌內，現場操作方便，對儀器保護性好。

圖1 井下儀器示意圖

1.2 地面信息接收處理系統

地面解碼設備由傳感器、防爆盒與顯示器組成，如圖2所示。傳感器安裝于1502由壬錐頭內，通過由壬與高壓立管連接，接收脈沖發生器產生的脈沖信號；防爆盒內安裝電源適配器與脈沖信號處理器，電源適配器將電源由220 V交流轉換為24 V直流，給顯示器供電，脈沖信號處理器將信號處理后發送至顯示器；顯示器顯示測量井斜。地面解碼設備實現脈沖信號的收集、分析處理及顯示功能，具備一級防爆要求。

圖2 地面設備組成圖

2 工作原理及技術參數

開泵開轉激活井下儀器電池；停泵時，測斜探管內井斜傳感器測量測點井斜數據并編碼，閥芯蘑菇頭在液壓機構的驅動下向上運動至頂端；開泵后，蘑菇頭在泥漿推動下向下運動，改變流道面積，產生降壓脈沖，液壓機構控制蘑菇頭下行速度，產生不同脈沖信號，地面立管壓力傳感器接收脈沖信號，地面設備解碼并顯示井斜數據，根據作業需要可以實時測斜。

儀器主要技術參數

測斜范圍： 0°～20°

測斜誤差： ± 0.1°

地面讀取井斜誤差： ± 0.1°

傳感器壓力范圍： 250～15 000 psi

電池壽命： ≥ 3 mon

電源電壓： 7.8 V

脈沖幅值： 100 psi

最高工作溫度： ≥ 165 ℃

工作排量范圍： 750～4 500 L/min

工具筒抗壓值： 15 000 psi

測量解碼時間： < 1 min

脈沖傳輸模式： 降壓

3 現場應用

東海油氣田上部地層疏松，煤層發育，井壁穩定性差，且易發生失返性漏失。為提高鉆井作業時效，降低作業成本，預防井眼復雜情況的發生，現場通常采用大排量、大鉆壓、海水開路鉆進，盡可能縮短裸眼暴露時間，快速鉆過上部地層，并盡快完成下套管、固井作業。為實時監控上部地層在大鉆壓參數下井斜變化情況，2014年10月至2015年6月，將電子式隨鉆直井測斜儀器在東海油氣田多口直井中進行了現場應用。現以東海油氣田中NB區塊1井為例，該井井身結構數據如表1所示。

表1 東海油氣田中NB區塊1井井身結構數據

該井Φ444.5 mm井眼采用海水開路鉆進，為縮短裸眼浸泡時間，降低井下發生復雜情況的概率，需使用大鉆壓參數提高機械鉆速，快速通過該段地層；同時本井地質設計提示該段地層傾角較大，如使用大鉆壓參數鉆進，極易造成井斜迅速增加。綜合以上因素，決定采用電子式隨鉆直井測斜儀，實時監控井斜變化，為后續作業提供數據支持。

連接傳感器、防爆盒、顯示器，并檢查電源及信號線路是否正常；設置井下探管，激活儀器電池，記錄電池電量；連接閥芯、探管、扶正器，組合井下儀器。

鉆具組合：Φ444.5 mm PDC鉆頭+Φ339.7 mm馬達(0.5°)+Φ203.3 mm直井測斜儀+Φ203.3 mm浮閥(不帶眼閥芯+承托環)+Φ444.5 mm扶正器+Φ203.3 mm鉆鋌×8根+Φ203.3 mm(撓性短節+震擊器)+配合接頭+Φ139.7 mm加重鉆桿×17根+Φ139.7 mm鉆桿。

測斜過程：每鉆完一柱后，按正常流程接立柱；接完立柱提出卡瓦，平穩快速地開泵至測量排量2 000 L/min～2 500 L/min；保持鉆柱靜止，在顯示器上輸入測深，讀取井斜數據；測斜結束，增加排量至鉆井排量繼續鉆進。標準測斜曲線如圖3所示，藍色曲線代表時間泵壓曲線，綠色曲線表示地面儀器解碼出的脈沖強度。

對比地面解碼數據與井下探管記錄數據，如圖4所示，可以看出地面數據與探管數據基本相同，儀器數據傳輸解碼準確率高。

圖3 標準測斜曲線

圖4 地面解碼數據與探管記錄數據對比圖

該井Φ444.5 mm井眼中測完后，起鉆前投測單點測量井深1 945 m處井斜為3°，測斜儀測量井深1 948.16 m處井斜為2.9°，數據相近；三開組合MWD下鉆復測井斜，MWD測量井深1 000 m處井斜1.4°，測斜儀測量井深985.71 m處井斜為1.4°，說明測斜儀測量數據準確。綜上，測斜儀測量及傳輸解碼準確率高，數據準確。

4 結論及認識

1)電子式隨鉆直井測斜儀在東海油氣田中的應用，實現了對井斜變化的實時監控，掌握了上部地層對鉆井參數的敏感性，為后續作業提供了數據支持；

2)電子式隨鉆直井測斜儀結構簡單，現場操作方便，測斜時間短，測量及傳輸解碼準確率高，測斜數據準確可靠；

3)相比于單點測斜儀的滯后性，隨鉆測斜儀具備實時測斜，對鉆井過程有了更好的掌控，從而提高效率，節約成本。

[1] 袁 磊.電子式隨鉆測斜儀器的研制與應用[J].石油機械，2013，41(7):78-81.

[2] 蔡文軍，王 平.機械式無線隨鉆測斜儀結構原理及性能特點[J].石油機械，2005，33(9):49-50.

[3] 于永剛，楊國輝，譙世均，等.MWD導向系統防斜打直技術在東9井的應用[J].鉆采工藝，2005，28(1):15-17.

[4] 韓玉璽，李進付，蔡文軍.機械式無線隨鉆測斜儀在深井超深井中的現場應用[J].鉆采工藝，2007，30(3):21-22.

[5] 王 若.隨鉆測井技術發展史[J].石油儀器，2001，15(2):5-7，15.

Application of the Electronic Inclinometer for Vertical Well While Drilling in Offshore Oilfield

LI Qicui1，SHI Wenzhuan2

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.Ltd.,Shanghai200335,China；2.ShanghaiBranchofCNOOCCo.Ltd.,Shanghai200335China)

While drilling vertical wells, before conventionally pulling out of hole, the way of measuring well deviation by sending multipoint inclinometer or using logging winch to pull single-point inclinometer usually lags seriously. It leads to the well deviation beyond the design. So the electronic inclinometer for vertical well while drilling is used to monitor the change of well deviation real-timely. Taking the Ningbo block 1 well of the east China sea for example, the field application shows that the measuring data is accurate, which can provides on-site guidance timely and effectively, improves the working efficiency, and reduces the logging cost markedly.

vertical well; electronic inclinometer; measurement while drilling; pulse

李啟翠，女，1986年生，助理工程師，2014年獲長江大學碩士學位，現在從事海上鉆完井設計工作。E-mail：liqicui@163.com

TE271

A

2096-0077(2016)05-0041-03

2016-03-17 編輯：高紅霞)