电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中的应用

石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷增刊应用技术电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中的应用沈建中张斌李红伟华东石油局工程技术设计研究院摘要BLACKSTAR电磁波随钻测量系统具有不受钻井液影响、信号传输速度高、测量时间短等特点。论述了电磁波随钻测量系统在延平1井中的应用情况。介绍了随钻聚焦伽马在钻井中的作用和意义。结果表明，随钻环空压力能够在钻进过程中准确测量钻具与井壁间的压力；与常规无线随钻测量系统相比，电磁波无线随钻测量系统在煤层气等浅层水平井施工中具有较大优势。关键词电磁波随钻测量煤层气伽马环空压力0引言当前水平井多采用脉冲随钻测量系统，该系统主要通过钻杆内流动钻井液压力产生的变化实现信号传输，因此对钻井液、净化设备、钻井泵要求较高。在进行全测量时须停泵并静止钻具，易增加井下风险。电磁波无线随钻测量技术是20世纪80年代进入工业化应用的，以电磁波传输方式上传数据，不受钻井循环介质影响，具有信号传输速率高、不需要循环钻井液便可传送数据、测量时间短、成本低等特点。电磁波随钻测量系统包括井下测量部分和地面仪器，其中井下测量部分将井斜角、方位角、伽马、环空压耗及井下温度等参数由发射部分利用低频电磁波信号传送到地面，由地面接收装置采集数据，经过放大器分析进行数据处理，然后利用处理后的参数进行井眼轨迹控制。随着电磁波技术和信号处理技术的进步，该技术正逐步得到推广应用2J。目前，华东石油局配合中石化煤层气水平连通井先导试验项目，首次采用引进的BLACKSTAR电磁波无线随钻测量系统在鄂尔多斯盆地延川南煤层气区块进行第1口煤层气水平井应用，取得了良好的应用效果。现场应用表明，该系统能够完全满足煤层气水平井的施工需要。1BLACKSTAR电磁波无线随钻测量系统在延平1井的应用BLACKSTAR电磁波无线随钻测量系统可测量井斜角、方位角、环空压力、井下温度及地层伽马值等。11延平1井概况延平1井是部署于鄂尔多斯盆地东缘延川南区块东部平台区的1口水平井，目的是为了增加煤层气降压范围，提高单井产量，探索水平井在延川南区块煤层气开发中的适用性，为延JII南区块规模建产提供基础数据和丰富开发手段。该井主要目的层为二叠系山西组得2号煤层。该煤层煤体结构复杂，中部发育有夹矸其中上部以块煤为主，厚度为240M，煤层胶结程度及含气量高，伽马特征响应明显，为主要开发层段；下部以碎裂煤为主，厚度为220M，煤层胶结程度差，含气量低，不具有开采价值；中间夹矸厚度为030M左右。12仪器的安装调试延平1井施工过程中BLACKSTAR电磁波随钻测量系统通过在井口至连通井方向上选择一定距离插入地下的专用天线，与井口防喷器上的井口接收天线实施信号通信。在安装井口天线时需要将防喷器表层打磨干净，去除锈漆。延平1井三开钻具组合1524MMPDC钻头120MM强磁接头120ILLLTL单弯螺杆125。120MMEMWD120MM无磁钻铤89MM斜坡钻杆X589MLLL加重钻杆889MM斜坡钻杆7089MM钻杆。仪器组合打捞头发射器电池发射器测量探管伽马电池伽马探管环空压力探管，如图1所示。施工方案根据仪器操作手册，选择适合的位置安装接收天线，合理布置信号传输线；对延平12011年第39卷增刊沈建中等电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中的应用55一井井场环境进行频谱分析，选择适合的频率和波特率，根据该井钻井环境分析出适合的频率为60HZ、波特率20。标定聚焦伽马参数首先根据伽马标定毯的API数值输入设置校正比值175CS；然后在自然环境中对伽马探管进行标定，设置背景伽马数值19CS；最后利用伽马标定毯对伽马探管进行标定，设置校正增加伽马数值119CS；将伽马探管内部测量窗口设置为120。；在无磁尺寸窗口选择外径12000MM，仪器软件自动算出正确的伽马系数值为4161。仪器串组装好后运用水平尺对其内部进行工具面校正，设置校正工具面，最后在地面多次测试整套仪器确保其工作正常。环空压力1234567一埘一。薯B等IL，。图1仪器组合图1一伽马电池；2探管；3、7连接弹簧；4传输器；5一绝缘带；6一传输电池；8一电池短节_9一绝缘短节；10一无磁钻铤；1L一定向短节。仪器下井前地面测试正常，仪器在套管中受干扰，信号变化快、不稳定，同时数据可信度为不可信；出套管后，仪器信号正常。测量数据与之前的多点数据、钻井液脉冲随钻测量系统数据吻合。随着延平1井施工时钻进水平位移的增加，为了确保信号的强度，在地面接收天线处不停地加水或者盐水，保证地层湿度，增加地层导电率。仪器信号正常工作到170803M时，距联通直井还有2300M左右，受到联通直井套管的影响，信号受到干扰，电磁波随钻测量仪信号开始衰减，信号变化增速，但是信号可信度一直维持在100。13聚焦伽马的应用延平1井采用的电磁波随钻测量系统带有360。聚焦伽马以及环空压力测量。聚焦伽马电磁波随钻测量系统是运用伽马探管内部以120。为测量窗口对窗口以内的地层进行测量的。聚焦伽马在复合钻进时可以显示高、低边伽马值，以90和270。为界限值J。在组装仪器时通过调整伽马探管高边使其与仪器高边在一条直线上。在仪器坐键时调整循环套，使仪器高边与螺杆法线在一条线上，也就是使伽马高边跟螺杆法线在一条线上。当螺杆法线处于90270。以上，伽马读取的就是高边伽马，反之为低边伽马。延平1井稳斜钻进至114000M时，低边伽马平均数值降低速率高于高边伽马平均数值降低速率，钻时明显降低，全烃明显上升至358。此时现场地质工程师和定向工程师确认钻至煤层，当钻进至114400NL时见2号煤层顶板，钻进在煤层中的伽马总值为3050CS。钻进至井深148445149421M伽马平均总数由33CS增加至70ES；高边伽马平均数值由35CS增加至85CS；低边伽马平均数值由40ES增加至60CS。说明高边伽马平均数值增长速率高于低边伽马平均数值增长速率。此时定向工程师需要调整工具面，降斜确保钻头一直在煤层中穿行。14环空压力的应用钻井中环空压力测量是在钻具与井壁之间进行的。在仪器下井前先载压，当载压L034MPA时设置满压测量值；泄压后再设置正常测量值。延平1井水平段114400173200M环空压力测量数值基本上维持在10341172MPA之间。当钻进至155229M时，环空压力数值瞬间变化为1862MPA，井下憋钻，活动钻具循环，下放钻具至井底，环空压力数值显示为1158MPA，表明井下情况正常。在钻进过程中对环空压力进行监测，可以识别不正常的井下情况并及时做出补救措施。2应用效果BLACKSTAR电磁波随钻测量仪器下井后，系统工作正常，测量数据可信度高、传输速率快。测量数据与多点及钻井液脉冲随钻测量仪数据一致，数据精确J。延平1井在钻进时进行全测量，通过COMPASS软件绘制了实钻轨迹图2。充分应用聚焦伽马，当高边伽马平均数值增长速率远大于低水平位移MA垂直投影B轨迹图2延平1井实钻轨迹边伽马平均数值增长速率时，说明钻头接近上顶板，反之则接近下底板。此时定向工程师立即调整工具面，防止钻头钻出煤层。高、低边伽马在煤层下转第9L页2011年第39卷增刊彭平生等大型压裂泵车底盘选型与整机设计一91一度，延长泵头体的使用寿命。目前所采用的压裂泵基本上都是柱塞泵，自吸能力比较差，1016MM4IN吸入管线最大清水供应能力2MMIN，考虑管线长度以及流体粘度的影响，为保证吸人管线的供液能力，吸入口配置2个，并配置相应的蝶阀。压裂泵车的动力传动系统的中心高度是指其离底盘车副梁上平面的垂直距离，原则上巾心高度越低越好，其决定因素主要在于台上发动机油底壳尺寸、传动箱中心平面以下的结构和尺寸以及底盘的主副梁结构，应防止发动机油底壳与底盘、传动箱与底盘干涉。通常情况下2000型压裂泵车中心高度可定为5501TIM，2500型及以上压裂泵车中心高度可定为600MM。整机布置方案设计过程中应综合底盘承载能力、设备使用维护的方便性以及相关汽车行业标准和国家标准等因素，并兼顾外观的美观性。设计配套工具箱、梯子等辅助装置，安装高温、高压等安全警示标识，检查车辆侧面及尾部防护是否达到国家标准要求，检查整机功能的完备性，同时控制整机总体高度尺寸在4200MM以下，根据载荷计算结果进一步优化各零部件结构及布置，最终确定底盘选型，保证桥荷不超重，整机载荷分布均匀。4结束语底盘选型是压裂泵车整机设计重中之重，两者之间相互关联，彼此制约，因此在底盘选型与压裂泵车整机设计过程中应综合考虑各方面因素，做到底盘性能满足使用要求，底盘配置满足整机设计要求，整机设计符合底盘使用规范。参考文献1李相彬汽车列车转弯过程的分析及最小转弯半径的确定J_汽车技术，198L111821第一作者简介彭平生，工程师，生于1979年，2002年毕业于重庆大学机械设计及制造专业。地址434024湖北省荆州市。电话07168429478。收稿日期201L一0920本文编辑谢守平上接第55页钻进中有着指导性作用，确保钻头在煤层中穿行。保证了延平1井水平段施工时钻头一直在煤层中穿行，煤层穿透率为100，满足了地质要求，为后期与延平1一V井对接建立了良好条件。环空压力指数实时反应井下钻进情况是否安全，合理应用环空压力测量，有助于增强井控，提高水平段钻井作业的安全性及效率。3结论与建议1电磁波无线随钻测量系统与常规脉冲无线随钻测量系统相比，具有不受钻井循环介质影响，信号传输速率快等特点，在煤层气等浅层水平井施工中具有较大优势；2随钻聚焦伽马在复合钻进时可以测量高、低边伽马值，并准确辨别轨迹在目的层内的上下位置，应用此技术在伽马值差异明显的煤层进行水平井轨迹控制能够有效保障煤层的穿透率；3随钻环空压力能够在钻进过程中准确测量钻具与井壁间的压力，尤其在胶结程度差、易垮塌煤层中施工水平井，能够起到及时预防井下复杂情况发生的作用，具有较高的实用价值；4电磁波无线随钻测量技术是一项由国外引进的新兴技术，建议进一步推广应用并加大国内的研发力度。2345参考文献邵养涛，姚爱国，张明光电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用与发展J煤田地质与勘探，2007，353778【_熊皓，胡斌杰随钻测量电磁传输信道研究J地球物理学报，1997，403431441魏宝君，王颖，王甜甜电磁波电阻率仪器的基本理论及其在随钻测量中的应用J地球物理学进展，2009，24277