楊志堅 齊 悅 吳黨輝 張 欣

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413 ）

國內(nèi)大部分油田的開發(fā)已進入中后期，主力油層都已有效開采，僅外圍的薄差油層和稠油油層等難開采的儲量待先進的技術(shù)進行有效的開采［1-2］。針對上述難動儲量，各大油田普遍采用水平井技術(shù)進行開采，而水平井技術(shù)需要使用無線隨鉆測量系統(tǒng)（LWD）［3-6］。大慶油田外圍的薄差油層比較多，每年鉆60 口井左右開采這些油層，由于使用的常規(guī)LWD 的各參數(shù)測點距井底的距離較遠，油層的砂巖鉆遇率低，不能對油層進行有效的開采。

近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)具有多參數(shù)近距離測量的特點，其彌補了常規(guī)隨鉆測量系統(tǒng)的不足?，F(xiàn)場施工過程中，地質(zhì)導向工程師依據(jù)近距離的地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)及時地判斷鉆頭與儲層的相對位置，提高井眼軌跡的控制精度，從而提高油層砂巖鉆遇率。但近鉆頭測量技術(shù)由斯倫貝謝、哈利伯頓和貝克休斯公司壟斷。為滿足難動儲量的有效開發(fā)，近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)的研制開發(fā)勢在必行。

1 DQNBMS-1 的功能特點

DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)具有測量、傳輸和導向三大功能：測量近鉆頭方位伽馬、近鉆頭電阻率地質(zhì)參數(shù)和近鉆頭井斜工程參數(shù)，發(fā)射單元模塊把近鉆頭測量數(shù)據(jù)越過測傳馬達傳至接收系統(tǒng)；接收系統(tǒng)把近鉆頭測量數(shù)據(jù)嵌入到LWD 的中控系統(tǒng)，借助LWD 的脈沖器把近鉆頭數(shù)據(jù)以脈沖的形式傳至地面處理系統(tǒng)；測傳馬達作為導向執(zhí)行工具，地面數(shù)據(jù)處理軟件將井下測量信息進行處理并繪制成曲線，地質(zhì)導向工程師據(jù)此進行軌跡導向。

該系統(tǒng)可以測量近鉆頭方位伽馬、電阻率、井斜3 個參數(shù)，且3 個參數(shù)的測點距鉆頭均小于1 m，具有多參數(shù)近距離測量的特點。

DQNBMS-1 系統(tǒng)可以實時判斷巖性及油/氣/ 水界面，便于及時調(diào)整控制井眼軌跡，以保證鉆頭在油層中穿行，從而提高油層砂巖鉆遇率。

2 DQNBMS-1 的結(jié)構(gòu)特征

DQNBMS-1 系統(tǒng)由地面處理系統(tǒng)和井下工具系統(tǒng)組成。二者通過鉆柱內(nèi)鉆井液通道中的壓力脈沖信號進行通信，實現(xiàn)鉆井過程中井下工具狀態(tài)、井下工況以及有關(guān)測量參數(shù)的實時監(jiān)測。

地面處理系統(tǒng)（圖1）負責正脈沖信號的采集、濾波、解碼、存儲和數(shù)據(jù)處理等。此外，系統(tǒng)軟件還具有自我診斷、修改井下工具參數(shù)傳輸序列和數(shù)據(jù)傳輸速率及下載井下工具記錄數(shù)據(jù)等功能。

圖1 地面處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

井下工具系統(tǒng)由LWD 系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、測傳馬達（含近測量主測總成）構(gòu)成，見圖2。LWD 系統(tǒng)由定向短節(jié)和一體化短節(jié)構(gòu)成，定向短節(jié)內(nèi)安裝正脈沖發(fā)生器、探管，一體化短節(jié)內(nèi)安裝電池筒、中控、電阻率系統(tǒng)和伽馬系統(tǒng)。接收短節(jié)內(nèi)安裝接收系統(tǒng)，近測量主測總成殼體安裝在馬達上，其儀器艙內(nèi)安裝各測量子系統(tǒng)。探管負責測量定向參數(shù)和環(huán)境參數(shù)；電池筒負責為井下儀器供電；中控對DQNBMS-1 系統(tǒng)進行控制和管理，使系統(tǒng)按預定工作模式和DQNBMS-1 系統(tǒng)發(fā)送的指令工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與接收、數(shù)據(jù)編碼，并通過探管內(nèi)的驅(qū)動器驅(qū)動脈沖發(fā)生器產(chǎn)生鉆井液壓力脈沖信號；電阻率系統(tǒng)負責測量地層電阻率；伽馬系統(tǒng)負責測量地層伽馬；接收系統(tǒng)負責把近鉆頭主控發(fā)送過來的數(shù)據(jù)嵌入LWD 中控，以實現(xiàn)近鉆頭數(shù)據(jù)上傳至地面；測傳馬達負責導向和近鉆頭數(shù)據(jù)的測量和傳輸；近測量主控控制3 個測量子系統(tǒng)的電源并對3 個測量子系統(tǒng)做實時數(shù)據(jù)采樣，將實時數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射單元模塊，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給上部的接收系統(tǒng)；電源模塊負責為近測量主測總成供電；近鉆頭井斜、伽馬和電阻率測量子系統(tǒng)分別負責測量鉆頭附近的井斜、伽馬和電阻率。DQNBMS-1 系統(tǒng)對近測量主測總成殼體結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計和電路的小型化、低功耗設(shè)計，巧妙地用近測量主測總成殼體替換了常規(guī)的馬達螺扶，并在有限的空間內(nèi)周向布置各測量子系統(tǒng)，使參數(shù)測點更加接近鉆頭，同時伽馬具有方位測量功能，可以判斷鉆頭與儲層的相對位置。

圖2 井下工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

3 DQNBMS-1 的技術(shù)指標

井斜測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～180°，精度±0.2°；方位測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～360°，精度±1.5°；工具面測點距鉆頭14.74 m，測量范圍0～360°，精度±2.8°；伽馬測點距鉆頭9.66 m，測量范圍0～380API，精度±3 API，垂直分辨率22.86 cm；電阻率測點距鉆頭11.54 m，測量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；近鉆頭井斜測點距鉆頭0.76 m，測量范圍0～180°，精度±0.35°；近鉆頭方位伽馬測點距鉆頭0.74 m，測量范圍0～280 API，精度±3 API，垂直分辨率20 cm；近鉆頭電阻率測點距鉆頭0.55 m，測量范圍0～2 000 Ω·m，相位精度±0.1°，幅度精度±1%，垂直分辨率15.24 cm；工作溫度-40～150℃；儀器耐壓140 MPa；連續(xù)工作時間200 h；最大外徑210 mm；適用井眼尺寸?215.9 mm 至?241.3 mm；造斜能力為中長半徑。

4 DQNBMS-1 的現(xiàn)場應用

DQNBMS-1 系統(tǒng)在高8-33 平5 井應用效果較好。表1 為高8-33 平5 井的井斜記錄數(shù)據(jù)，從表中可以看出近鉆頭井斜與LWD 井斜數(shù)據(jù)基本吻合，趨勢完全一致，最大誤差點為第4 點，誤差值為0.26°。井斜不完全一致的原因是近鉆頭井斜是在振動更加劇烈的環(huán)境下測得的。

表1 高8-33 平5 井井斜記錄數(shù)據(jù)

從圖3 中可以看出近鉆頭方位伽馬與上部LWD伽馬測井曲線具有很好的一致性，誤差在±3 API范圍內(nèi)。伽馬值為50～74 API，圖中井段全部位于油層中（小于90 API 可認為是油層）。近鉆頭方位伽馬具有方位測量功能，當鉆頭鉆出油層后，由于測點近，可以很快發(fā)現(xiàn)鉆頭已出油層，這時可以分別測量鉆頭上部和鉆頭下部的伽馬值，據(jù)此可以判斷鉆頭是從油層上部或油層下部鉆出，然后立即調(diào)整鉆頭姿態(tài)，使鉆頭重新回到油層并繼續(xù)在油層中鉆進。

圖3 高8-33 平5 井伽馬測井曲線

圖4 為高8-33 平5 井的電阻率測井曲線，上部的2 條曲線為幅度電阻率，下部的2 條曲線為相位電阻率，從圖中可以看出近鉆頭電阻率與LWD 電阻率數(shù)據(jù)吻合，趨勢一致。電阻率參數(shù)值全部大于30 Ω·m，故可判斷鉆頭一直在油層中鉆井（大于10 Ω·m 可認為是油層）。近鉆頭電阻率數(shù)值稍大，這 是由于測量地層受鉆井液浸入的時間長短不同造成的，近鉆頭電阻率更具真實性。

圖4 高8-33 平5 井電阻率測井曲線

2010 年至今，項目組完成了DQNBMS-1 系統(tǒng)的改進完善工作和1 套系統(tǒng)的加工，并完成了3 口井的推廣應用工作。通過現(xiàn)場應用，驗證了井下工具系統(tǒng)正常運行，地面處理系統(tǒng)能夠?qū)ι蟼鲾?shù)據(jù)進行實時采集、接收、濾波、解碼、存儲和數(shù)據(jù)處理，近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)水平段測量數(shù)據(jù)準確，砂巖鉆遇率較同區(qū)塊常規(guī)LWD 所鉆水平井提高了15%。

5 結(jié)論與認識

（1）研制的DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)設(shè)計合理、工作可靠，具有多參數(shù)測量、測點距離近、測量精度高和測量數(shù)據(jù)準確的特點。該系統(tǒng)的研制成功，推動了技術(shù)進步，同時促進了水平井推廣，提高了薄差油層動用程度。

（2）DQNBMS-1 型近鉆頭隨鉆測量系統(tǒng)的3 個近鉆頭參數(shù)測點距鉆頭均小于1 m，有利于提高井眼軌跡控制精度，猶如給鉆頭裝上“眼睛”，可顯著提高砂巖鉆遇率，為水平井尤其是薄差油層水平井的開發(fā)提供技術(shù)保障。

（3）大慶油田的近鉆頭測量技術(shù)已取得了突破性進展，需盡快在推廣應用過程中逐步完善系統(tǒng)，以滿足油田水平井有效開發(fā)的需要。

［1］ 蘇義腦. 地質(zhì)導向鉆井技術(shù)概況及其在我國的研究進展［A］//蘇義腦，徐鳴雨.鉆井基礎(chǔ)理論研究與前沿技術(shù)開發(fā)新進展［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：23-34.

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