楊 帆 羅 麗

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司油氣評價中心 陜西 西安 710077;2.中國石油集團(tuán)測井有限公司塔里木事業(yè)部 新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

隨鉆測量信號的好壞直接影響到井下測量數(shù)據(jù)的獲?。?］。在鉆井的實(shí)際情況中，當(dāng)變化的外部環(huán)境不能滿足儀器的正常工作條件時，就會使泥漿脈沖信號的產(chǎn)生和傳輸受到各種干擾和影響。在塔中油田志留系的一口水平井施工中，中油測井公司的隨鉆測井隊伍在服務(wù)時出現(xiàn)了儀器信號強(qiáng)度弱、不能正常解碼的現(xiàn)象，由于該隊伍剛進(jìn)入塔里木的隨鉆市場不久，梳理分析服務(wù)過程中的儀器異常情況，可為以后更好的工作打下基礎(chǔ)。

1 工作原理

本次所使用的隨鉆測量系統(tǒng)是從美國APS 公司引進(jìn)的，其井下信號傳輸部分采用旋轉(zhuǎn)閥式脈沖發(fā)生器(Rotary Pulser)，旋轉(zhuǎn)閥由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子有四個葉輪，定子中有四個泥漿流通孔道如圖1 所示，轉(zhuǎn)子的四個葉輪與定子的四個泥漿流通孔道對齊時為關(guān)閉狀態(tài)，反之則為打開狀態(tài)。當(dāng)脈沖器的控制電路驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，泥漿流通孔道的面積發(fā)生變化，當(dāng)通道面積增大時，泥漿流動暢通，鉆柱內(nèi)的泥漿壓力(立管壓力)減小;當(dāng)通道面積減小時，泥漿流動受阻，立管壓力增大，轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動則形成連續(xù)的正弦壓力波動。井下測量的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后正是以這種連續(xù)波動的方式傳送至地面，地面系統(tǒng)對泥漿脈沖檢波、解碼即可還原井下測量的數(shù)據(jù)。該脈沖發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是能耗小，數(shù)據(jù)傳輸效率高［2］。

圖1 APS 公司的旋轉(zhuǎn)閥式脈沖發(fā)生器

2 現(xiàn)場出現(xiàn)的問題

該地區(qū)志留系地層復(fù)雜多變，軟硬交錯，可鉆性較差。為了保護(hù)油氣層，在水平段更換為油基泥漿，前期鉆進(jìn)時托壓嚴(yán)重，且穩(wěn)斜效果差，頻繁調(diào)整井眼軌跡。第二趟鉆至4 687 m 時，單根打完，劃眼后準(zhǔn)備測斜，發(fā)現(xiàn)儀器沒有信號，隨鉆工程師與井隊溝通后決定循環(huán)泥漿，3 h 后，儀器恢復(fù)正常，信號較弱但可以成功解碼測斜。由于此時的井斜與上一單根差別太大(經(jīng)過復(fù)測仍然保持不變)，甲方對所測數(shù)據(jù)有懷疑，要求投多點(diǎn)進(jìn)行驗證，遂起鉆。

在起出儀器后，發(fā)現(xiàn)泥漿脈沖發(fā)生器的定子中卡有石塊狀物體，隨鉆工程師隨即對儀器進(jìn)行了相關(guān)測試，確認(rèn)儀器沒有損壞，各項參數(shù)也處于正常狀態(tài)。甲方人員對“石塊”進(jìn)行了化驗分析，判斷其為電解石，與井場相關(guān)人員溝通后，確定是錄井人員在鉆前向泥漿中添加的。同時，經(jīng)過仔細(xì)觀察，隨鉆工程師發(fā)現(xiàn)該電解石上存在一處明顯的光滑切面，如圖2 所示，根據(jù)脈沖發(fā)生器的工作原理，可以斷定該光滑切面是由轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)動剪切而成。在剪切作用完成前，轉(zhuǎn)子不能正常轉(zhuǎn)動，使脈沖器不能產(chǎn)生信號;剪切完成后，電解石被完全卡在定子中，轉(zhuǎn)子恢復(fù)正常轉(zhuǎn)動，儀器重新開始工作。

圖2 儀器中取出的電解石

由于電解石只能夠溶解于水，與油不發(fā)生反應(yīng)。在更換為油基泥漿后，錄井人員加入的電解石沒能溶解，導(dǎo)致脈沖發(fā)生器被堵塞，是造成此次儀器信號弱，甚至不能解碼的直接原因。

第三趟鉆在14 時鉆進(jìn)時，地面設(shè)備接收的泥漿脈沖信號非常弱，如圖3 所示，幾乎不能抓住信號同步頭，儀器不能正常解碼，現(xiàn)場測量人員與井隊協(xié)商后決定循環(huán)泥漿，17 時開始鉆進(jìn)，此時，地面設(shè)備所接收到的脈沖信號有一定的增強(qiáng)，但仍然偏弱，儀器偶爾正常解碼但不連續(xù)，以至于井下的工具面上傳也不連續(xù)，造成定向困難。

第二天凌晨1 點(diǎn)，地面設(shè)備所接收到的脈沖信號有了明顯增強(qiáng)，如圖4 所示，儀器可以連續(xù)正常解碼，井下的工具面及測井等數(shù)據(jù)均能連續(xù)穩(wěn)定的上傳。

圖3 剛開始鉆進(jìn)時的泥漿脈沖信號

圖4 循環(huán)11 小時后的泥漿脈沖信號

圖5 井口測試時的泥漿脈沖信號

在此次下鉆前，考慮到泥漿脈沖信號的衰減因素，隨鉆工程師已將脈沖發(fā)生器定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙調(diào)小，以期獲得更強(qiáng)的原始信號，在井口開泵測試時，原始信號的壓差可達(dá)到2 MPa，如圖5 所示。經(jīng)過分析，我們認(rèn)為本次儀器解碼異常的主要原因是，地層情況復(fù)雜使泥漿在井筒分布不均勻，形成了多個界面，導(dǎo)致泥漿脈沖在傳輸?shù)倪^程中衰減的更為劇烈，地面設(shè)備接收到的脈沖信號很弱，不能正常解碼。

3 原因分析與總結(jié)

1)隨鉆測量地面系統(tǒng)接收到的脈沖信號的強(qiáng)度由兩個因素決定:一是井下的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的初始脈沖大小，另一個是脈沖信號在傳輸過程中的衰減程度。在一趟鉆中，泵的流量一般波動不大，旋轉(zhuǎn)閥定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙固定，所以初始脈沖的大小也基本穩(wěn)定，地面系統(tǒng)接收的脈沖信號強(qiáng)度主要取決于后者。

2)旋轉(zhuǎn)閥式脈沖器產(chǎn)生的泥漿脈沖信號在理想狀態(tài)下是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，但在實(shí)際的傳輸過程中會受到許多因素的影響，除了井眼深度、空氣包之外［3］，主要與鉆柱的尺寸、材料特性，信號頻率及泥漿性能有關(guān)。在目前的常規(guī)鉆井作業(yè)中，信號頻率與泥漿性能是主要的可控因素，并對信號的衰減有著顯著的影響。研究表明［4、5］，相比于泥漿性能，信號頻率的變化對泥漿脈沖信號的影響更大，信號的頻率越高，泥漿脈沖信號在傳輸過程中就衰減更嚴(yán)重。而就實(shí)際中應(yīng)用的有限的脈沖類型來講，信號頻率的影響也是有限的。

3)泥漿性能是由地質(zhì)、油藏和工程的需要決定的。通常情況下，要求泥漿性能保持穩(wěn)定，但在地層狀況復(fù)雜或井筒條件變化時(比如氣侵、高壓層、易垮易漏層段)，泥漿性能會被動的或人為的發(fā)生變化。泥漿密度與泥漿脈沖信號的衰減基本無關(guān)［6］，而泥漿的粘度、泥漿中的固相含量和氣泡對衰減有較大影響。氣泡的存在會影響泥漿的壓縮性，同時也會增大泥漿的粘度，使泥漿脈沖信號沿鉆柱傳輸時受到的摩阻變大，從而大幅減小信號的強(qiáng)度;固相含量對泥漿的密度影響較大，對其壓縮性的影響相對較小，但異常固相(如井口落物，加入藥劑未攪拌均勻)的存在，有可能堵塞脈沖生器內(nèi)腔，影響轉(zhuǎn)子的滿程運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低初始脈沖的強(qiáng)度。

4)在隨鉆儀器的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泥漿中含氣泡較多，或泥漿性能差，含砂或雜質(zhì)較多時，會出現(xiàn)脈沖信號強(qiáng)度減弱和雜波的現(xiàn)象，此時，可調(diào)節(jié)地面系統(tǒng)的信號檢測門限和放大值，或者采用循環(huán)泥漿的方法加以解決。如果都不湊效，則需要仔細(xì)排查，從根本上解決問題。

5)現(xiàn)場測量人員要積極與甲方及井隊工程人員溝通交流，對可能影響儀器性能和精度的干擾因素［7、8］(比如泵的噪聲等)進(jìn)行風(fēng)險識別，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，盡可能減少或避免發(fā)生故障的可能性;此外，現(xiàn)場測量人員要認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照操作規(guī)范操作，在下鉆、鉆進(jìn)、測斜等各個環(huán)節(jié)密切關(guān)注儀器的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常時及時溝通協(xié)作，提高服務(wù)效率。

4 結(jié)束語

隨鉆測量過程中，儀器的工作環(huán)境特別是泥漿的性能發(fā)生變化時，都會使隨鉆測量信號受到影響。在現(xiàn)場施工中，應(yīng)時刻注意分析可能影響隨鉆測量信號的各種因素，掌握這些因素并找出相應(yīng)的解決方案在生產(chǎn)中具有重要的意義。

［1］劉新平，房 軍，金有海.隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望［J］.測井技術(shù)，2008，32(3):249 -253.

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