MWD无线随钻测斜仪在钻井中的应用

MWD无线随钻测斜仪在钻井中的应用

【摘要】在地质钻探、石油钻井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、对井眼轨迹进行及时调整必不可少的测量工具。特别是定向井、水平井工程中，随钻测量系统的应用更为广泛。

【关键词】MWD无线随钻测斜仪；钻井；正脉冲；钻井液；监测

一、MWD无线随钻测斜仪概述

（一）MWD无线随钻测仪结构及工作原理

海蓝YST-48R型MWD无线随钻测斜仪由地面设备和井下仪器两部分组成。地面设备包括压力传感器、专用数据处理仪、远程数据处理器、电缆盘等。井下测量仪器主要由定向探管、伽玛探管、电池、脉发生器、打捞头、扶正器等。

该仪器以钻井液作为信号传输通道，通过定向探管中的磁通门传感器和重力加速度传感器来测量井眼状态（井斜、方位、工具面等参数），并由探管内的编码电路进行编码，将数码转换成与之对应的电脉冲信号。这一信号通过功率放大，并驱动电磁机构控制主阀头与限流环之间的泥浆过流面积，由此产生钻柱内泥浆压力的变化。在主阀头提起时，钻柱内泥浆可以顺利通过限流环；在主阀头压下时，泥浆流通面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。主阀头提起或压下的时间取决于脉冲信号，从而控制了泥浆脉冲的宽度和间隔。安装在立管上的压力传感器可以检测到这个脉冲序列，再由远程数据处理器完成对泥浆脉冲的采样、滤波、识别、编码和显示，并将相关数据传送给专用数据处理仪进行解码处理。

（二）MWD仪器的精确度

1、井斜测量精度：±0.1°；

2、方位测量精度：±1°（井斜大于5°）；

3、重力工具面测量精度：±1°；

4、磁性工具面测量精度：±1°；

5、工作温度范围：0℃～90℃；

二、MWD无线随钻测仪的优点

1、YST-48R以钻井液为信号载体，能在不间断钻井作业的情况下，及时获得井眼轨迹的各种监测参数，从而有效控制井眼轨迹的走向。

2、克服有线随钻不能应用于转盘钻进的缺点，而能有效地应用于深井、大位移井、导向钻井、水平井和侧钻水平井。

3、在不改变钻具组合的情况下，可以实现滑动钻进和复合钻进两种钻井方式。实现轨迹控制工作。

4、定向造斜速度快，数据连续传递，精度高，能给出平滑的井眼轨迹。

5、采用正脉冲传输方式，信号强，抗干扰强，可满足深井及井身质量要求高的特殊工艺井施工。

6、抗振性能好，使用弹簧稳定器，钻挺振动被稳定器弹簧吸收，井下仪器不随之振动，从而延长井下仪器使用寿命，提高测量数据准确率。

7、可打捞，在仪器上面有打捞头，在出现井下事故时，可将仪器打捞出来。

三、MWD无线随钻测斜仪在钻井应用中常见的故障及处理措施

（一）井斜、方位不准

施工中出现井斜、方位不准的情况：是在不同的工具面时，井斜、方位的变化幅度很大。造成井斜、方位不准有两种原因，磁干扰或是探管需要校验。磁干扰造成的井斜、方位不准时，可以在工程允许的情况下，避开磁场强度高的地层再定向，或增加无磁钻铤的数量再进行测量。如果是探管自身的问题，则需要及时更换探管。

（二）信号质量差

信号质量的影响因素及处理措施如下：

1、井深

显而易见，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，根据现场情况及时更换限流环与主阀头的配合尺寸，以提高信号强度。

2、井眼尺寸

井眼尺寸越大，排量越大，信号强度高，应该更换限流环与主阀头配合间隙大的组合，这样即确保高质量的信号，又尽可能减小大排量对仪器的冲刷损坏。相反井眼尺寸越小，排量越小，信号强度弱，应选择配合尺寸小的组合，来提高信号质量。

3、钻井液影响

钻井液性能（如密度、粘度等）有较大变化时，噪声会增大，从而降低信噪比。因此，在无线随钻仪器进行工作时，要保持钻井液性能相对稳定，避免大幅度调整钻井液性能，必须避免颗粒型堵漏剂的添加。钻井液受到气侵时，将严重减弱脉冲信号。若遇气侵应及时加消泡剂充分循环除气，确保信号质量。

4、单弯螺杆噪声

通常情况下，钻井液马达噪声的频率比仪器的频率高许多，是可以被忽略的。但单弯螺杆突然降速或停止转动，钻头扭矩会剧增，同时立管压力会增大，导致MMD失去同步信号，无法获取正确的测量数据。因此，在钻进时，尽置要平稳加压，减少压力突变，确保井眼数据测量准确性。

（三）无波形、有杂波

无波形的表现：泵压表显示有压力波动，但远程数据处理仪上没有正弦波型。出现无波形情况，首先考虑焊接螺套、压力传感器和数据处理仪的问题。进行清理焊接螺套内的淤泥，并更换压力传感器或数据处理仪等措施后，如不能解决，则需考虑井下电池是否有电、是否出现砂卡，或是脉冲发生器前端组件“Y”型密封圈被冲毁。

四、MWD无线随钻测斜仪在钻井中的具体应用

（一）工程概况

某井位于某盆地西侧，地面海拔1633.64m，目的层为延长组。完井层位：进入长8油层35m。工程目的：快速准确获取目标油层的埋深、厚度、割理及裂隙发育程度。为提高钻效，采用了MWD无线随钻测斜仪监控井眼轨迹，使用四合一钻具组合，从二开到完钻未起钻，大大提高了钻效。

（二）施工要点

1、该井设计井深2815m，设计方位207°，井斜13°，靶半径小于30m，位移360m。MWD随钻于井深297.82m开始测量井眼轨迹，井深减去探管到钻头的长度，即井深减去20m为仪器的实际测深，测井要停泵1min，利用泥浆脉冲把数据反应到司钻显示台和定向值班房的计算机上。

2、钻至井深498.32m开始按照设计定向钻进，工具面直接摆到210°，定向钻进10m后复合钻进20m开始测斜，发现其方位处于2l1.32°，井斜从0.8°增至 2.5°，后又复合钻进到井深756.35m，发现其方位基本稳定在209°～211°之间，井斜增至8.3°，井斜增长率约为2°/30m，井眼轨迹基本按照设计轨迹施工。

3、这样50m测井监控一次，需要扭方位和井斜时，及时调整工具面，一直到完钻未起钻，大大提高了施工进度。