定向鉆井中MWD信號質量傳遞影響因素分析

中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司 湖南 長沙 410000

引言

MWD(Measurement While Drilling)即隨鉆測量，是一種獲取油田井下測量數據信息的重要技術措施，當前在塔河油田應用MWD的有大位移水平井、開窗側鉆水平、大斜度井的定向鉆進等作業中，并在其應用中表現出來比較顯著的效果，在很大程度上提升了油氣田在鉆采作業過程中的工作效率。目前在油田鉆井系統中應用比較廣泛的MWD是鉆井液脈沖技術，其主要是利用鉆井液的壓力波傳送數據信號，這種MWD技術之所以得到廣泛應用主要是由于其操作比較簡單且對油田的正常鉆井工作的負面影響較小，可以實現遠距離傳輸，具有較高的可靠性。

1 MWD工作原理

MWD主要分為井下測量系統和地面系統兩大部分。其中井下測量儀器傳感器的數據傳輸方式是定向的，井下儀器利用測量短節對進行計算和存儲并將井下測量數據傳輸到驅動器，然后再通過脈沖波將測量的數據信息傳輸到地面。傳輸到地面系統的脈沖信號通過壓力傳感器轉換成電信號并傳輸到接口箱，在接口箱內對信號進行數模轉換，實現對信號的降躁，濾波等處理。最后，經過數模轉換和處理后的數據信號傳送到計算機系統進行轉換成井斜、方位、工具面等數據信息，并顯示在電腦閱讀器上，以更好的指導鉆井工作。

2 工作方式

2.1 壓力正脈沖 壓力正脈沖石油井下發生器的組成結構主要是安裝有防震裝置的傳感器和脈沖發生器兩部分。在井下石油鉆井作業中由脈沖發生器所發出來的鉆井液正脈沖與所安裝的感應器所發出來的信號相呼應。在渦輪發電機能量的供應下水力放大器中的活塞就會推動閥門將其打開，石油鉆井液的流通口和其閥門聯通的同時就會出現壓力正脈沖。

2.2 壓力負脈沖 壓力負脈沖石油井下發生器的主要組成結構是脈沖發生器、驅動短節、電池短節和測量短節。壓力負脈沖發生裝置可以借助開關內閥將少量的鉆井液通過鉆柱流到井眼的環空當中，從而出現較少量的壓力變化，進而產生脈沖。

2.3 連續壓力波 下面通過回旋式閥門能夠發出具有連續特性的壓力波的MWD為例來說明壓力連續波的工作方式，連續壓力波的MWD系統由壓力波發送器+測量短節探管+電池短節組成。回旋式閥門的主要優勢特點是可以產生連續的壓力波。回旋式壓閥門在其運行過程中是垂直于流體狀態的，所以回旋式壓力閥門的驅動能量是最小的。要想使MWD保持在一個相對最佳的運行狀態，就需要盡量將壓力脈沖的程度降到最少。回旋式閥門是通過發送調節器和雙向電機來實現回轉作業的，發送調節器中的傳感器用于控制發出信號的相位，進而實現對信號的編碼過程，要想實現24Hz的頻率信號，回旋式閥門的轉子就需要每分鐘旋轉144圈，傳輸過程中的信號其幅值保持在0.105～0.350 Mpa之間。MWD系統中的壓力傳感器所采集到的脈沖信號會通過地表系統被濾波、放大，從而使得信號的相位和脈沖次序得以恢復，最后通過相敏裝置和對應的積分電路系統來實現信號的相位位移和譯碼。

3 信號的干擾分析與處理方法

3.1 泥漿泵的干擾

1)井眼與缸套大小的匹配。在鉆井泵工作平穩是缸套的大小即在排量符合鉆進要求時活塞的運動頻率影響脈沖信號傳遞頻率。

2)泥漿泵的上水與密封。泵的密封與上水不好也會對脈沖信號傳遞頻率產生干擾，針對泵的密封與上水不好的情況現場一般采取以下情況：①泵上水管線的清理保持暢通，②泵的呼吸包與空氣包的檢查，③上水濾網與立管煙斗的清理，④泵的水平萬向軸的校正，⑤泵的基礎底座的調平，⑥打開泵檢查缸套、活塞、凡爾體與凡爾座，⑦泵經常排空氣，⑧保證4#上水罐有足夠的泥漿液面。

3.2 鉆井液氣泡的干擾 鉆井液中所產生的氣泡在其上升的過程中所受到的壓力會慢慢變小從而導致破裂現象。破裂的氣泡形成眾多的微小的干擾源，從而增加信號的分辨困難，氣泡產生分析原因為可能是由于鈣離子污染和碳酸根污染而引起的，在現場中主要采取以下方法消泡：①置換部分泥漿，用新漿替換出來的泥漿放在地面罐內處理，等完全消泡后再入井循環；②用兩個罐作為循環罐，上水罐液面可盡量保持高一些，另一個循環罐作為消泡緩沖罐，使泥漿上水從緩沖循環罐→上水罐；③將振動篩盡量調低，使形成的泡能夠盡可能少地混入泥漿中，并在出振動篩后的泥漿槽面上放上一塊擋板，把槽面上的泡除去一些；④用適量消泡劑來消泡。

3.3 MWD儀器的壓力傳感器安裝不正確 壓力傳感器在鉆井液管線上的安裝位置很重要，特盡可能的將壓力傳感器安裝在立管上，盡量把壓力傳感器水平安裝，另外，通向壓力傳感器的管線盡量減少9OO的彎曲。

3.4 鐵屑的清除 對于因套管開窗側鉆水平井，如果開窗過程中因泥漿中的鐵屑、磁性物質清除不徹底，會出現卡儀器的現象。因此在開窗側鉆水平井施工作業之前必須做好對泥漿中所含有的鐵屑、磁性物質等的清理工作。

4 結語

1)鉆井液脈沖在鉆井液傳遞過程中，大致有泥漿泵、MWD儀器本身、鉆井液氣泡的影響。

2)在開窗側鉆井的作業過程當中，鐵屑對儀器的不良影響不可忽視，在前期準備工作中泥漿中鐵屑的清除是定向鉆井施工前的重要工作。

3)鉆井液中所產生的氣泡在其上生的過程當中會由于氣壓的減小而導致發生破裂現象，從而對信號的傳輸造成一定程度的干擾，必須采取合理的消泡措施。