SL-LWD1地質導向鉆井隨鉆測量儀介紹

SL-LWD1地質導向鉆井隨鉆測量儀介紹組織編寫單位：XX石油管理局編寫人：XXX審核人：XXX2006年11月9日目錄一、項目概況二、目前取得成果三、成果應用情況項目組織實施方案一、項目概況LWD無線隨鉆測量儀是把測量井眼姿態(tài)幾何參數(shù)與油藏特性的一系列傳感器以短節(jié)形式放置于井下，可測到傳感器安裝位置的井斜、方位、工具面、振動、鉆壓、扭矩、鉆鋌內(nèi)外壓力等工程參數(shù)及自然伽馬、電阻率、中子孔隙度、巖性密度等地質參數(shù)。然后通過泥漿脈沖、電磁波等方式把測量信息傳至地面。實現(xiàn)隨鉆過程中實時判斷地層巖性變化，準確進行地質評價，實時測井解釋。預測地質結構特性，回避鉆井風險，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，實現(xiàn)地質導向及隨鉆測井。作為目前國際鉆井行業(yè)普遍采用的一種先進的定向井測量儀器，LWD技術在新區(qū)勘探和老井開采中，發(fā)揮著越來越重要的作用。它可以在鉆井作業(yè)的同時，實時測量地質參數(shù)和井眼軌跡，并繪制各種類型的測井曲線，為油氣田開發(fā)方案和措施的制定提供依據(jù)，對于提高保護油氣層、鉆井成功率、回避風險、提高鉆井效率和降低鉆井成本具有明顯的效果。在地質導向鉆井中，LWD無線隨鉆測量儀器可提供實時地質參數(shù)，幫助現(xiàn)場人員隨時監(jiān)控地質參數(shù)的變化情況，對將要出現(xiàn)的地層變化作出準確的判斷。因此，在定向井、水平井及大位移井的鉆井施工或薄油層的開發(fā)過程中，采用LWD儀器進行地質導向，能準確地控制井眼軌跡穿行于儲層中有利于產(chǎn)油的最佳位置，有效回避油/氣和油/水界面的干擾，消除可能的側鉆作業(yè)，實時改進鉆井作業(yè)方案，縮短建井周期。因此，采用LWD技術可大幅度提高單井產(chǎn)量和儲層采收率，從而提高經(jīng)濟效益。通過對地質參數(shù)的綜合分析，可以幫助預測諸如地層異常壓力、鉆具受力變化、地層巖性變化等可能出現(xiàn)的風險。目前，該技術大都被國外大公司所擁有，進口一套LWD無線隨鉆測量儀（MWD+伽馬+電阻率）約1600萬人民幣，其維修和配件非常昂貴，不可能推廣應用。近幾年，我們已研制成功了MWD無線隨鉆測量儀、隨鉆伽馬測量儀、隨鉆電阻率測量儀。申報六項專利技術：“井斜及方位伽馬隨鉆測量儀”（已授權專利號：20052008216001）、“隨鉆雙感應電阻率測量儀”、“減震接頭”、“井下泥漿發(fā)電機”、“移動式隨鉆自然馬刻度標準井”、“隨鉆氘-氘可控補償中子測井儀”；研制成功了國內(nèi)第一個移動式隨鉆自然伽馬刻度井，建立了隨鉆自然伽馬測井標準；制定了《隨鉆測量儀通用技術條件》國家行業(yè)標準；掌握了井下儀器研制中的多項關鍵技術；擁有先進的實驗室條件及必要的開發(fā)、測試設備。這些關鍵技術和現(xiàn)場應用經(jīng)驗的取得，為地質導向鉆井隨鉆測量儀的推廣應用打下了良好基礎。二、目前取得的成果1、研制成功MWD無線隨鉆測量儀MWD(MeasurementWhileDrilling)無線隨鉆測量儀，是對定向井、水平井井眼軌跡隨鉆監(jiān)測并指導完成井眼軌跡控制的測量儀器?？蓽y到傳感器安裝位置處的井斜、方位、工具面等參數(shù)，然后通過泥漿脈沖把測量信息傳送至地面的監(jiān)控系統(tǒng)，以便及時識別井底的情況，調(diào)整鉆進軌跡。MWD無線隨鉆測量儀器在油田勘探開發(fā)各個階段中，為高難度定向井、水平井、大位移井、分支井提供高精度導向測量。同時由于實時無電纜傳輸?shù)膬?yōu)勢，滿足了滑動鉆井和旋轉鉆井的要求，為各種井型提供高效率的井下工程及地質數(shù)據(jù)傳輸，從而大幅度地提高鉆井效率和降低整體鉆井成本。并為后續(xù)多地質參數(shù)的測量提供了掛接條件和數(shù)據(jù)結構平臺，使隨鉆測井進而實現(xiàn)地質導向成為可能。該項目在2002年3月9號由中國石油化工股份有限公司科技部主持召開的“MWD無線隨鉆測量儀”項目技術鑒定會上得到了“本項目技術含量高、創(chuàng)新性強，達到國際同類產(chǎn)品的先進水平”的較高評價。MWD無線隨鉆測量儀于2002年8月獲局級科技進步一等獎；于2004年12月獲中石化科技進步三等獎。截止到2006年6月，已經(jīng)生產(chǎn)SL-MWD1系統(tǒng)50套，其它配套儀器60套，同時，有30套儀器已銷售到俄羅斯、大慶鉆井一公司、華北鉆井一公司、遼河鉆井二公司、新疆克拉馬依鉆井公司、陜西煤田地質局勘探研究院、濰坊地勘所、中原等油田。另外，自2000年以來，該儀器先后在哈薩克斯坦、新疆、大慶、遼河、江蘇、四川、華北、長慶等油田完成現(xiàn)場技術服務近800口井次。在新疆塔河TK448水平井，測量井深達到了5926.15米，創(chuàng)造了單套儀器連續(xù)工作480小時完成一口井的測量任務的記錄。在勝利5號鉆井平臺CB30A—3井，鉆遇火山口高溫地層，溫度達到142℃,MWD在井下正常工作55小時，測量精度和信號傳輸均能夠得到保證，從而使該井順利完鉆。國產(chǎn)MWD儀器在該井的成功應用創(chuàng)下國內(nèi)MWD儀器在中國應用的最高溫度指標。SL-MWD1無線隨鉆測量儀的特點和主要技術指標：?使用石英表加速度計傳感器保證了儀器的測量精度；獨創(chuàng)了井下工具多模式自適應節(jié)能控制技術使儀器的能耗最低，節(jié)約成本；采用單總線智能控制技術，為隨鉆測井建立了數(shù)據(jù)平臺，簡化了儀器結構；儀器結構簡單，安裝方便；在最大流速下連續(xù)工作時，泥漿含沙量應當?shù)陀?.3%；額定最大靜壓力：標準儀器：103.4MPa，選用耐高壓抗壓筒可達150MPa；井斜測量誤差W±0.1°；方位測量誤差W±1°；重力工具面誤差W±0.5°；磁性工具面測量誤差W±1°；井斜測量重復性誤差W±0.1°；方位測量重復性誤差W±0.5°；工作溫度范圍-20℃—125℃；平均無故障連續(xù)工作時間三200小時。2、研制成功無線隨鉆伽馬測量儀隨鉆伽馬測量儀是無線隨鉆測量MWD中用于地層評價的一種儀器，它根據(jù)不同地層中自然伽馬放射性強度的差異，通過測量鉆進過程中不同井深地層的伽馬值，從而判斷地層巖性的變化，實現(xiàn)地層評價和對比目的。MWD將伽馬與其它地層參數(shù)，如電阻率、密度、中子孔隙度等結合，能繪制出更加詳細、準確的地層參數(shù)曲線，使工程和地質人員能夠準確地分析井下地質情況，采取相應措施，優(yōu)化設計和施工工藝，準確地鉆達目的層。在通常的鉆井速度下，隨鉆伽馬測量比電纜伽馬測井數(shù)據(jù)密度高，而且具有實時性，還能避免井眼沖蝕的影響，因而能提供更詳細、準確的地質資料。利用測得的伽馬數(shù)據(jù)可以迅速指示地層變化情況，對粘土層進行估計，沉積環(huán)境指示，選擇取心點和套管下入點，幫助判斷孔隙壓力，通過巖性和ROP變化，判斷鉆頭磨損情況。目前，隨鉆伽馬測量已被國外鉆井行業(yè)普遍采用，取得了巨大的經(jīng)濟效益，而且技術的發(fā)展也已逐漸成熟，商業(yè)化程度很高。近幾年來，我國大量采用定向井、水平井技術，并更加注重提高油氣采收率和油藏保護，因此，在鉆井過程中，工程和地質人員希望及時了解地層的伽馬參數(shù)，根據(jù)地層巖性變化情況，調(diào)整井眼軌跡，使鉆頭準確鉆達目的層，從而提高鉆井效率，降低鉆井成本，提高油氣采收率，減少對油氣藏的破壞。隨鉆伽馬儀器特點和技術指標模塊化設計便于維護；具有高溫能力的低成本接裝式模塊；同時可以提供實時測量和內(nèi)存回放數(shù)據(jù)功能；精確劃分砂泥巖界面；自然伽馬曲線可以滿足現(xiàn)場選擇下套管和取心井深。電池壽命:連續(xù)測井400h測量范圍：0?500API精確度：±2API垂直分辨率：6”(152.4mm)工作溫度：-25?125℃內(nèi)存數(shù)據(jù)獲取率:每16秒一個數(shù)據(jù)、研制成功無線隨鉆電阻率測量儀它通過測量鉆進過程中不同井深地層的電阻率值，得到地層電阻率曲線實現(xiàn)地層評價和對比目的。電阻率參數(shù)能確定地層含水飽和度，對油田的開發(fā)尤為重要。特別值得一提的是在鉆進過程中，泥漿對地層形成的侵入帶很小，基本上可以忽略侵入帶的影響，可準確測量地層真電阻率，從而確定地層含水飽和度。利用鄰井測井資料，確定該地層的孔隙度，通過曲線交繪完成目標井鉆進過程中地質參數(shù)的測量。隨鉆電阻率儀器特點和技術指標較深的地層探測深度，提前預報地層邊界，具有方位響應特性和地質導向功能。泥漿的導電性對電阻率測量影響不大，可以在水基，油基或飽和鹽泥漿中使用，工作范圍較大。工作頻率 19.2kHz

工作溫度測量范圍垂直分辨率探測深度工作溫度測量范圍垂直分辨率探測深度泥漿類型承受壓力最大工作排量電池壽命0.1ohm.m?2000ohm.m12?24"（0.305?0.610m）112"（2.845m）@10ohm.m84"（2.130m）@1ohm.m水基,油基和飽和鹽型103.4MPa8'儀器（203mm）: 47L/s6'1/4儀器（159mm）: 40L/s4'3/4儀器（121mm）:25L/s。200hours（連續(xù)測井）以上儀器的研制成功可組成簡化結構的LWD系統(tǒng)。由于油田區(qū)塊的開發(fā)已經(jīng)到了中后期，為了開發(fā)薄油層以及殘余油，地質導向儀器已經(jīng)變得相當重要。另外由于這些區(qū)塊的地質構成及地層描述都已相當清楚，再利用鄰井的測井資料，就可以定性描述開發(fā)地層的地質構成、地層骨架的巖性及密度。在這種情況下，只要使用MWD+自然伽馬+電阻率組成的簡易LWD,就可以滿足定向軌跡測量和地質導向的要求。4、SL-LWD1上位機軟件的開發(fā)操作系統(tǒng)選擇WINDOWSXP,突破了目前MWD軟件通用的在DOS環(huán)境下開發(fā)的模式，照顧了1亞口軟件系統(tǒng)開發(fā)和應用的各項要求和性能指標，使得該軟件具有較強的實時性、系統(tǒng)安全性、兼容性，以及較強的文件管理功能和圖形繪制支持。用戶界面設計軟件采用面向對象的用戶界面設計，采用多窗口的用戶界面實現(xiàn)多種資料，多種方法的應用和解釋。在利用面向對象的方法進行軟件人機界面設計時使界面和應用分離，將用戶界面作為一個獨立部分來進行設計，界面和應用的交互通過傳遞消息的形式實現(xiàn)，從而有利于軟件的模塊化設計，使用戶界面具有可重用性。5、質量保證體系的建立在SL-MWD1無線隨鉆測量儀井下探管的研制中，由于井下高溫、高壓、強震動，對儀器的要求非常高，從器件選擇、儀器生產(chǎn)制作上都嚴格把關，精益求精?，F(xiàn)在我們已成立了隨鉆測井儀器實驗室，開發(fā)出無磁恒溫加熱裝置，購買振動試驗臺，碰撞試驗臺，高精度三軸光學轉臺和RSS標定架，自主開發(fā)出標定軟件，研究出科學的試驗方法，完善實驗室各項管理制度，等等這些都保證MWD儀器具有很高的質量，提高了515川口1現(xiàn)場服務的成功率。從2003年鉆井院開始實施ISO9001質量管理以來，SL-MWD1儀器的所有環(huán)節(jié)都根據(jù)ISO9001標準進行規(guī)范化調(diào)整，包括科研，儀器制造，試驗，服務等都制定了相應的管理文件，并已正常實施。6、研制成功國內(nèi)第一個移動式伽馬刻度井、隨鉆電阻率實體刻度井及量值傳遞方法。根據(jù)隨鉆儀器的特點，建立一套同現(xiàn)有測井刻度體系相映射和傳遞的隨鉆儀器刻度體系，利用測井現(xiàn)有的刻度裝置，通過合理的量值傳遞流程，將刻度值從測井現(xiàn)有的刻度裝置映射到隨鉆刻度裝置，從而建立準確的刻度裝置，達到LWD儀器與現(xiàn)有測井系統(tǒng)在標準上的統(tǒng)一。7、制定了中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準“隨鉆測量儀通用技術條件”國家行業(yè)標準(ICS75.180.10E92)。8、在核心刊物上發(fā)表論文11篇。

研制的SL-LWD1儀器主要技術指標與國外對比（表1）測量參數(shù)指標能力SchlumbergerHalliburtonBakerHughesGEOLINK勝利鉆井院井斜（精度）±0.1°±0.15°±0.1°±0.1°±0.1°方位（精度）±1.0°±1.5°±1.0°±1.0°±1.0°重力工具面精度±0.5°±2.5°±0.5°±0.5°±0.5°磁性工具面精度±1.0°±2.5°±1.0°±1.0°±1.0°電阻率測量范圍0.2?2000Q?m0.2?2000Q?m0.2?2000Q?m0.2?2000U?m0.2?2000U?m自然伽馬測量范圍0?500API0?500API0?500API0?500API0?500API最高工作溫度150℃150℃150℃150℃125℃節(jié)能模式有有有有有目前推廣SL-MWD1無線隨鉆測量儀50套，SL-LWD15套。有30套SL-MWD1儀器已銷售到俄羅斯、大慶、華北、中原、遼河、江蘇等油田。SL-MWD1無線隨鉆測量儀已推廣應用800口井次；SL-LWD1（隨鉆伽馬、隨鉆電阻率）推廣應用于江蘇、江漢、勝利油區(qū)，服務25口井，取得了良好的應用效果。三、推廣應用情況典型應用1-MWD在深井中的應用在新疆塔河TK448水平井，測量斜深從5090.77米到5926.15米，測量垂深從5090.47米到5397.85米。通過完井后與RSS公司的多點儀器在進行測量數(shù)據(jù)的對比，表明兩種儀器測量結果完全吻合。圖1：TK448水平井垂直剖面圖典型應用2—岬在高溫井中的應用時間：2003年4月22日一5月12日地點：勝利5號鉆井平臺CB30A—3最大井深：4354.5米累計使用時間：348小時該井在3900米以前溫度梯度正常，約3℃/100米，溫度在100℃左右，但在3900米一4000米鉆過古潛山界面之后，鉆遇高溫地層，該地層周圍是一個火山噴發(fā)口，溫度異常升高，泥漿開始循環(huán)時實測為134℃,泥漿循環(huán)穩(wěn)定時實測的溫度為126℃,根據(jù)地溫梯度推算為142℃。SL-MWD1在井下正常工作55小時，測量精度和信號傳輸均能夠得到保證，從而使該井順利完鉆。SL-MWD1儀器在該井的成功應用創(chuàng)下國內(nèi)MWD儀器在中國應用的最高溫度指標。圖2：井深-溫度曲線

圖2：井深-溫度曲線典型應用3—MWD及隨鉆自然伽馬測量儀的現(xiàn)場應用對比在河100-斜23井的2505.03米一2675.67米井段,首次采用SL-MWD1及隨鉆伽馬測量儀進行了地質導向應用，并分別與GEOLINKGRA和電測的伽馬測量結果進行對比。通過對比得出結論，3種儀器的測量結果具有良好的一致性，SL-MWD1及隨鉆伽馬測量儀有能力實現(xiàn)地質導向的現(xiàn)場應用。本項試驗的成功填補了國內(nèi)在該技術領域研究的空白。隨鉆自然伽馬測量儀曲線圖3：曲線對比隨鉆自然伽馬測量儀曲線圖3：曲線對比典型應用4—MWD及隨鉆自然伽馬測量儀在地質導向中的應用王543-平7井造斜點井深2296米，在鉆至A點2600米時，實時曲線顯示伽馬值升高，同時根據(jù)錄井資料判斷實際垂深比設計垂深上提2米，原設計油層厚度4.9米，根據(jù)實鉆判斷，油層厚度僅有2.5米，此時及時調(diào)整軌跡向上挑，然后在油層中旋轉鉆進，但鉆至2940米，發(fā)現(xiàn)伽馬值又有所上升，說明已接近油層底部，繼續(xù)增斜鉆進，根據(jù)實鉆判斷，地層傾角為92.24度，故在整個鉆進過程中，保證井斜角在91一93度，確保軌跡在油層中鉆進。根據(jù)隨鉆地質參數(shù)曲線，軌跡貫穿油層270米，達到較好的導向效果。10

圖4典型應用5-LWD在孤東7_2_平5井的應用。試驗時間：2006年9月27日?10月1日試驗井段：1220m?1545m圖5：隨鉆電阻率與電測曲線對比圖從測量曲線可以看出：在泥巖段，LWD儀器和電測儀器電阻率測量值均為2歐姆米，在高阻地層，均為4.5歐姆米左右，變化趨勢相同，測量值吻合。11典型應用6—LWD在中21_平516井的應用?試驗時間：2006年10月21日?10月26日?試驗井段：1198m?1854m?跟蹤井段電阻率數(shù)據(jù)隨地層變化明顯且符合地層變化規(guī)律，泥巖低阻為1.6?2歐姆米，儲層最高值為24歐姆米。在A靶分層位置處電阻率數(shù)據(jù)由2.1歐姆米變化到12歐姆米。隨鉆電阻率線圈系能夠正確響應地層，并適應井下惡劣環(huán)境，具有較高的可靠性能。圖6：隨鉆電阻率與電測曲線對比圖典型應用7—LWD孤8-平2井中的應用應用時間：2003年5月7日~5月14日井眼尺寸：81/2〃應用井段：1520m?2111m應用效果：井底工作正常、上傳數(shù)據(jù)準確應用過程：孤8-平2井是從造斜點開始帶電阻率的。造斜點井深1518米，A點井深1860米，完鉆井深2111米。在實鉆過程中，準確判斷標志層及標志層12

上部的薄油層。在A點前，鉆至1849米根據(jù)實測曲線及地質錄井，判斷儲層頂界上移，調(diào)整設計垂深上提1.6米，并要求軌跡沿上靶鉆進。在鉆至2080米時,電阻率值下降，判斷接近油底,控制軌跡上移，重新回到油頂。在鉆井過程中，儀器井底工作正常，上傳數(shù)據(jù)比較準確，根據(jù)隨鉆地質參數(shù)曲線，實時指導鉆進，較好的發(fā)揮了地質導向功能。自然伽馬 感應電阻率圖7：隨鉆地質參數(shù)測量曲線典型應用8-LWD在王543T7井中的應用應用時間：2003年5月27日?6月8日井眼尺寸：81/2〃應用井段：2620m?3095m應用效果：實時傳送的伽馬+電阻率值與錄井地層巖性的變化對比，顯示出較好的相關性，在指導軌跡導向鉆進方面工作正常。應用過程：該井造斜點井深2296米，在鉆至A點時，根據(jù)實時曲線判斷實13

際垂深比設計垂深上提2m,原設計油層厚度4.9m,根據(jù)實鉆判斷，油層厚度僅有2.5m,此時及時調(diào)整軌跡上移，在整個鉆進過程中，保證井斜角在91—93度，確保軌跡在油層中鉆進。根據(jù)隨鉆地質參數(shù)曲線，軌跡貫穿油層270米，達到較好