随钻测量随钻测井技术现状及研究

随钻测量随钻测井技术现状及研究

随钻测量(measure while drilling，MWD)技术可以在钻进的同时监测一系列的工程参数以控制井眼轨迹，提高钻井效率。随钻测井(logging while drilling，LWD)技术可以不中断钻进监测一系列的地质参数以指导钻井作业，提高油气层的钻遇率[1-5]。

近年来，油气田地层状况越来越复杂，钻探难度越来越大。在大斜度井、大位移井和水平井的钻进中，MWD/LWD是监控井眼轨迹的一项关键技术[6-8]，是评价油气田地层的重要手段[9]，是唯一可用的测井技术[3]，而常规的电缆测井无法作业[10]。国外的MWD/LWD技术日趋完善，而国内起步较晚，技术水平相对落后，国际知识产权核心专利较少[9]，与国外的相关技术有一段差距。本文介绍国内外MWD/LWD相关产品的技术特点和市场应用等情况，分析国内技术落后的原因以及应对措施。

1 国外MWD/LWD技术现状

20世纪60年代前，国外MWD的尝试都未能成功。60年代发明了在钻井液柱中产生压力脉冲的方法来传输测量信息。1978年Teleco公司开发出第一套商业化的定向MWD系统，1979年Gearhart Owen公司推出NPT定向/自然伽马井下仪器[10]。80年代初商用的钻井液脉冲传输LWD 才产生，例如：1980年斯伦贝谢推出业内第一支随钻测量工具M1，但仅能提供井斜、方位和工具面的测量，应用比较受限，不能满足复杂地质条件下的钻井需求[11]。1996年后，MWD/LWD技术得到了快速的发展。

国际公认的三大油服公司：斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯，其MWD/LWD技术实力雄厚，其仪器耐高温耐高压性能好、测量精度高、数据传输速率高，几乎能满足所有油气田的钻采，在全球油气田均有应用。

斯伦贝谢经过长期的技术及经验积累，其技术特点为高、精、尖、专，业内处于绝对的领先地位[12-15]，是全球500强企业。LWD的技术主要体现在智能性、高效性、安全性[10]。全球范围内主要以服务为主。

哈里伯顿是典型的美式风格，技术层次化。MWD/LWD仪器趋于大众化，业务较广。利用LWD 进行地质导向，井下传感器与地面之间双向传输，提高大斜度井和水平井的钻井效率[16-19]。

贝克休斯在简化及小型化仪器方面，注重测量精度。定向控制技术更为先进，精控井径，井眼质量更好。其LWD技术在定向井、地层评价和地质导向等方面，且有高效、可靠的特点[20-21]。1.1 国外三大油服公司的MWD/LWD仪器特点

MWD仪器方面，三大油服公司的技术均比较成熟。高温仪器在井况175 ℃，甚至200 ℃，都能正常工作。数据传输速率是评定MWD仪器性能好坏的一项关键指标，斯伦贝谢的MWD仪器可以

适应不同的实时传输需求，例如：TeleScope测量仪的数据传输速率范围为(0.5～120)bit/s[10]。三大油服公司均没有具有打捞功能的下坐键式MWD仪，仅斯伦贝谢的上悬挂式仪器SlimPulse可以打捞[22]。哈里伯顿特有的Sperry上悬挂650系列的仪器，在极端环境下，能精确的控制井眼轨迹，准确的评价地层，但其脉冲器复杂，研制周期长，成本较高[23-24]。斯伦贝谢与贝克休斯的旋转阀脉冲器，主要特点是高速传输、防堵及耐温性好。伽马仪器的技术水平相当。

LWD仪器方面，三大油服公司的技术各有专长。斯伦贝谢的Vision和Scope系列仪器，基本上完成了所有的传统电缆测井任务；TeleScope主要用于数据的遥测遥传，保证实时性[25-26]；PeriScope仪器最大的亮点是提高了钻遇率[27-28]；SeismicVision仪器实现了随钻地震测量，井眼轨迹实时可视化，实时地层评价[29]，目前仅斯伦贝谢拥有随钻地震技术[7]。贝克休斯的Auto Trak eXpress系统可实现自动三维钻井导向技术，在定向钻井、地层评价和地质导向方面具有高效、可靠的特点[30-34]。常规型电磁波电阻率仪器的技术性能相当，其中，贝克休斯的电阻率仪器最具特色，设计结构更加经济，更稳定；斯伦贝谢的电磁波电阻率仪器能适应(3～9)in的所有尺寸，提供不同深度和侧向电阻率并实现成像[10]。仅斯伦贝谢有EM近钻头仪器，可在距井底0.5m测量井斜、伽马、钻头转数、电阻率值；确定地层界面和划分岩性，准确控制井眼轨迹；测量快，成本低等特点；方位伽马仪器性能相当，其中，贝克休斯结构设计更具特色，例如探管式和钻铤式高清方位伽马，其分辨率更高。

其他工具仪器方面，旋转导向仪可精确控制井径，实现准确增斜、稳斜、降斜，降低所钻井段的狗腿度，降低钻进过程中卡钻的机率。斯伦贝谢和贝克休斯的旋转导向技术比较前沿，引领科技前沿；其中，斯伦贝谢的旋转导向仪的应用范围最广。密度及孔隙度仪器的技术水平相当，其中，斯伦贝谢的无放射源仪器的市场占有率最高。声波仪器性能特点及测量类似，推入市场近30年，较成熟稳定。

1.2 三大油服公司MWD/LWD仪器的市场应用

三家公司的MWD/LWD仪器在全球范围内均有应用，其中，斯伦贝谢的MWD/LWD各类测井仪在世界各地的油田均得到了越来越广泛的应用。据统计，到2010年为止，我国各油田引进的

MWD/LWD仪器主要有：斯伦贝谢的PowerDriver，贝克休斯的Ontrack系列5套、Navitrack系列28套，哈里伯顿的FEWD系列22套[10]，后来也有相应的引进。

据2021年上海石油装备展会会议报告，三家公司的MWD/LWD均以全球服务为主，纯MWD 市场只是附带，主要以独立的中小公司为主，其市场覆盖范围很广，占有率相对较低，估计为40%左右。所有电阻率市场配套目前还是以三家公司为主，全球市场占有率超过70%。其中斯伦贝谢市场占有率最高。

从会议数据显示可知，斯伦贝谢与贝克休斯的旋转导向仪器市场占有率超过90%，斯伦贝谢更是以产品系列及应用市场范围最广，占据市场最高占有率，超过50%。密度及孔隙度仪器和声波仪器主导着市场，主要应用于海上油田，市场占有率高达90%，斯伦贝谢与贝克休斯的市场占有率超