LWD 无线随钻测量系统及现场应用

LWD 无线随钻测量系统及现场应用

一、概述

LWD是九十年代以来，在钻井专业方面发展起来的一种代表钻井新技术的新型测量、测井仪器。该仪器的主要特点是，在钻进的同时，能够及时获得有关井眼轨迹的参数和地层的特性，因而具有常规MWD和有线测井仪器难以具备的优点。设计多上采用模块化的设计原理，允许将各个传感器的位置，按照作业需要或用户的要求进行改变。信号传输系统主要由正脉冲或负脉冲脉冲信号发生器组成，在钻井作业的同时，井下传感器测得的地质参数数据，由脉冲发生器以正脉冲或负脉冲信号的形式通过泥浆介质，实时的传递至地面计算机处理系统。地面计算机处理系统主要包括脉冲信号接受器和计算机处理系统，传输至地面的脉冲信号，由该系统接受并处理成数字信号，现场人员可根据需要和用户要求，绘制出各种类型的测井曲线，对地质参数的变化情况进行随时的监控，并作出相应的判断。同时，井下记录模块，也将这些地质参数储存下来，供仪器起出地面后进行调用。

目前，LWD仪器和测量技术正广泛的应用于定向探井、水平井和大位移定向井的钻井施工过程中，为现场施工提供诸如随钻地质测井、地质导向、风险回避、提高钻井效率等多方面的应用。

随钻地质测井

LWD可以在钻进作业进行的同时，实时的测取地质参数，并按照用户的需要，绘制出各种类型的测井曲线，提供给地质人员作为进行地质分析的依据。由于是实时测量，地层暴露时间短，在钻时较快的情况下，暴露时间可以忽略不计。因此，测井曲线是在地层液体有轻微入侵甚至没有入侵的环境下获得的，与电缆测井相比，更接近地层的真实情况。可以使我们获得刚刚打开储层的油藏物性的最早期资料。同时，由于是在钻进速度下进行测量，因而与电缆测井相比，具有更高的精度。在必要的情况下，还可以将LWD测井曲线与电缆测井曲线进行对比，获得地层被流体侵入的实际资料，为进行地层液体的特性分析提供帮助。（见图-1）

地质导向

LWD提供的实时地质参数数据，可以帮助现场人员随时监控地质参数的变化情况，对将要出现的地层变化作出准确的判断。因此，配合定向参数测量传感器，在水平井钻井中，可以采用LWD进行地质导向，准确的控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置，有效的回避油/气和油/水界面。利用这一技术可以大幅度的提高单井产量和储层采收率。

图-1 LWD随钻测井曲线图

风险回避

对地质参数变化的综合分析，可以帮助预测诸如地层异常压力等有可能出现的风险因素。此外，如果在LWD中附加DDS钻柱振动传感器，还可以及时的探测到钻柱剧烈振动的发生。因此，现场人员可以根据实际情况，分析发生风险的可能性，提前采取措施，控制风险的发生或减少损失。

提高钻井效率

LWD测量的实时性，使得现场人员可以随时监控井眼轨迹的走向和相应的地质参数变化。因此，可以根据需要和现场情况，及时的采取相应的措施，有效的控制井眼轨迹的走向，从而可以显著的提高钻井效率，缩短钻井周期，从整体上降低钻井成本。

二、SPERRY-SUN公司LWD仪器介绍

胜利定向井公司为配合水平井钻井技术进步的需要，从美国SPERRY –SUN 公司引进了正脉冲LWD地质无线随钻测量系统。该仪器可以提供双向自然伽玛、多探测深度的电磁波电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度等四套地质参数的随钻测量数据。

（一）双向自然伽玛传感器（DGR-Dual Gamma Ray）（见图-2）DGR传感器采用双向伽玛测量技术，即包含有两组伽玛射线探测器（盖革-米勒计数器）。每一组由8根长22.9mm（9in）的盖革-米勒计数管组成。两组探测器捕获的地层自然伽玛射线计数，地层中的放射性元素主要有钾、钍、铀。钾

图2 DGR双向自然伽玛传感器结构示意图

和钍存在于页岩和粘土矿物（伊利石、高岭石、蒙脱石）中。传感器将伽玛的原始记数转换成标准的API 标准计数，经过平均计算后组合成伽玛测井曲线，使测量更加精确。同时，这种结构可以在有一组探测器失效的情况下，仍可以保证获得可靠的伽玛计数。伽玛测井曲线可以帮助现场人员区分泥岩和砂岩地层，并划分岩性界面。与EWR-PHASE4电磁波电阻率传感器进行配合，进行地质导向作业时，可以有效的控制水平段井眼轨迹穿行于储层中的最佳位置。

（二）多探测深度的电磁波电阻率传感器（EWR-Prase4 Resistivity）（见图三）SPERRY-SUN公司的EWR-Prase4电磁波电阻率传感器采用独有的四相位测量技术，具有高精度、高灵敏度和可靠性好的特点。仪器由四个发射器和两个接受器组成，通过测量每一组传感器和接受器之间的相位差和波幅衰减，可以绘制出八条不同探测深度（极浅、浅、深、极深）的电阻率曲线，相位差和对应的波幅衰减经过组合，可以得到组合电阻率曲线（CPA）。利用不同地层液体的电阻率差异，通过对电阻率测量结果的分析，可以帮助现场工程师实时的判断油水界面或其他的液相界面。配合伽玛传感器测量数据，可以在进行地质导向作业时，准确的控制井眼轨迹有效的回避油/水界面。

图3 EWR-Prase4电磁波电阻率传感器结构示意图

（三）补偿中子孔隙度（CNP-Compensated Neutron Porosity）：SPERRY-SUN的CN P中子空隙度传感器，采用镅241铍（Am-241Be）作为中子源，放射性活度为3ci（111GBq），放射性元素镅241在衰变中产生α射线，用α射线去轰击铍，发生核反应则产生中子，这种中子源产生的中子其平均能量为4MeV。由于镅的衰变是自发的，所以这种中子源发射中子是连续的，不能人为控制。在沉积岩所有元素中氢对中子的弹性散射截面最大，每次弹性散射的能量损失也最大，并且其他元素与氢相比相差极为悬殊。氢含量高则岩石对中子的减速快，反之则慢。经弹性散射减速为热中子被岩石原子核俘获，放出中子伽玛射线，所以中子伽玛射线强度取决于地层的含氢量。含氢量越大，中子伽玛射线强度值越小，反之氢含量越小，中子伽玛射线强盗值越大。在传感器上装有近和远两个探测器接受伽玛射线，每一个探测器内部，包含两组盖革-米勒计数管。与伽玛传感器类似，这种结构可以保证工作可靠性，在其中一组计数管失效的情况下，仍可以获得可靠的伽玛计数。CNP传感器探测地层捕获中子后释放出的伽玛射线，并通过计算得到孔隙度曲线。经过与岩石密度曲线的对比，可以帮助区分油、气界面。