SL-LWD1地质导向钻井随钻测量仪介绍

SL-LWD1地质导向钻井随钻测量仪介绍组织编写单位：XX石油管理局编写人：XXX审核人：XXX2006年11月9日目录一、项目概况二、目前取得成果三、成果应用情况项目组织实施方案一、项目概况LWD无线随钻测量仪是把测量井眼姿态几何参数与油藏特性的一系列传感器以短节形式放置于井下，可测到传感器安装位置的井斜、方位、工具面、振动、钻压、扭矩、钻铤内外压力等工程参数及自然伽马、电阻率、中子孔隙度、岩性密度等地质参数。然后通过泥浆脉冲、电磁波等方式把测量信息传至地面。实现随钻过程中实时判断地层岩性变化，准确进行地质评价，实时测井解释。预测地质结构特性，回避钻井风险，控制钻具穿行在油藏最佳位置，实现地质导向及随钻测井。作为目前国际钻井行业普遍采用的一种先进的定向井测量仪器，LWD技术在新区勘探和老井开采中，发挥着越来越重要的作用。它可以在钻井作业的同时，实时测量地质参数和井眼轨迹，并绘制各种类型的测井曲线，为油气田开发方案和措施的制定提供依据，对于提高保护油气层、钻井成功率、回避风险、提高钻井效率和降低钻井成本具有明显的效果。在地质导向钻井中，LWD无线随钻测量仪器可提供实时地质参数，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，在定向井、水平井及大位移井的钻井施工或薄油层的开发过程中，采用LWD仪器进行地质导向，能准确地控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置，有效回避油/气和油/水界面的干扰，消除可能的侧钻作业，实时改进钻井作业方案，缩短建井周期。因此，采用LWD技术可大幅度提高单井产量和储层采收率，从而提高经济效益。通过对地质参数的综合分析，可以帮助预测诸如地层异常压力、钻具受力变化、地层岩性变化等可能出现的风险。目前，该技术大都被国外大公司所拥有，进口一套LWD无线随钻测量仪（MWD+伽马+电阻率）约1600万人民币，其维修和配件非常昂贵，不可能推广应用。近几年，我们已研制成功了MWD无线随钻测量仪、随钻伽马测量仪、随钻电阻率测量仪。申报六项专利技术：“井斜及方位伽马随钻测量仪”（已授权专利号：20052008216001）、“随钻双感应电阻率测量仪”、“减震接头”、“井下泥浆发电机”、“移动式随钻自然马刻度标准井”、“随钻氘-氘可控补偿中子测井仪”；研制成功了国内第一个移动式随钻自然伽马刻度井，建立了随钻自然伽马测井标准；制定了《随钻测量仪通用技术条件》国家行业标准；掌握了井下仪器研制中的多项关键技术；拥有先进的实验室条件及必要的开发、测试设备。这些关键技术和现场应用经验的取得，为地质导向钻井随钻测量仪的推广应用打下了良好基础。二、目前取得的成果1、研制成功MWD无线随钻测量仪MWD(MeasurementWhileDrilling)无线随钻测量仪，是对定向井、水平井井眼轨迹随钻监测并指导完成井眼轨迹控制的测量仪器。可测到传感器安装位置处的井斜、方位、工具面等参数，然后通过泥浆脉冲把测量信息传送至地面的监控系统，以便及时识别井底的情况，调整钻进轨迹。MWD无线随钻测量仪器在油田勘探开发各个阶段中，为高难度定向井、水平井、大位移井、分支井提供高精度导向测量。同时由于实时无电缆传输的优势，满足了滑动钻井和旋转钻井的要求，为各种井型提供高效率的井下工程及地质数据传输，从而大幅度地提高钻井效率和降低整体钻井成本。并为后续多地质参数的测量提供了挂接条件和数据结构平台，使随钻测井进而实现地质导向成为可能。该项目在2002年3月9号由中国石油化工股份有限公司科技部主持召开的“MWD无线随钻测量仪”项目技术鉴定会上得到了“本项目技术含量高、创新性强，达到国际同类产品的先进水平”的较高评价。MWD无线随钻测量仪于2002年8月获局级科技进步一等奖；于2004年12月获中石化科技进步三等奖。截止到2006年6月，已经生产SL-MWD1系统50套，其它配套仪器60套，同时，有30套仪器已销售到俄罗斯、大庆钻井一公司、华北钻井一公司、辽河钻井二公司、新疆克拉马依钻井公司、陕西煤田地质局勘探研究院、潍坊地勘所、中原等油田。另外，自2000年以来，该仪器先后在哈萨克斯坦、新疆、大庆、辽河、江苏、四川、华北、长庆等油田完成现场技术服务近800口井次。在新疆塔河TK448水平井，测量井深达到了5926.15米，创造了单套仪器连续工作480小时完成一口井的测量任务的记录。在胜利5号钻井平台CB30A—3井，钻遇火山口高温地层，温度达到142℃,MWD在井下正常工作55小时，测量精度和信号传输均能够得到保证，从而使该井顺利完钻。国产MWD仪器在该井的成功应用创下国内MWD仪器在中国应用的最高温度指标。SL-MWD1无线随钻测量仪的特点和主要技术指标：•使用石英表加速度计传感器保证了仪器的测量精度；独创了井下工具多模式自适应节能控制技术使仪器的能耗最低，节约成本；采用单总线智能控制技术，为随钻测井建立了数据平台，简化了仪器结构；仪器结构简单，安装方便；在最大流速下连续工作时，泥浆含沙量应当低于0.3%；额定最大静压力：标准仪器：103.4MPa，选用耐高压抗压筒可达150MPa；井斜测量误差W±0.1°；方位测量误差W±1°；重力工具面误差W±0.5°；磁性工具面测量误差W±1°；井斜测量重复性误差W±0.1°；方位测量重复性误差W±0.5°；工作温度范围-20℃—125℃；平均无故障连续工作时间三200小时。2、研制成功无线随钻伽马测量仪随钻伽马测量仪是无线随钻测量MWD中用于地层评价的一种仪器，它根据不同地层中自然伽马放射性强度的差异，通过测量钻进过程中不同井深地层的伽马值，从而判断地层岩性的变化，实现地层评价和对比目的。MWD将伽马与其它地层参数，如电阻率、密度、中子孔隙度等结合，能绘制出更加详细、准确的地层参数曲线，使工程和地质人员能够准确地分析井下地质情况，采取相应措施，优化设计和施工工艺，准确地钻达目的层。在通常的钻井速度下，随钻伽马测量比电缆伽马测井数据密度高，而且具有实时性，还能避免井眼冲蚀的影响，因而能提供更详细、准确的地质资料。利用测得的伽马数据可以迅速指示地层变化情况，对粘土层进行估计，沉积环境指示，选择取心点和套管下入点，帮助判断孔隙压力，通过岩性和ROP变化，判断钻头磨损情况。目前，随钻伽马测量已被国外钻井行业普遍采用，取得了巨大的经济效益，而且技术的发展也已逐渐成熟，商业化程度很高。近几年来，我国大量采用定向井、水平井技术，并更加注重提高油气采收率和油藏保护，因此，在钻井过程中，工程和地质人员希望及时了解地层的伽马参数，根据地层岩性变化情况，调整井眼轨迹，使钻头准确钻达目的层，从而提高钻井效率，降低钻井成本，提高油气采收率，减少对油气藏的破坏。随钻伽马仪器特点和技术指标模块化设计便于维护；具有高温能力的低成本接装式模块；同时可以提供实时测量和内存回放数据功能；精确划分砂泥岩界面；自然伽马曲线可以满足现场选择下套管和取心井深。电池寿命:连续测井400h测量范围：0〜500API精确度：±2API垂直分辨率：6”(152.4mm)工作温度：-25〜125℃内存数据获取率:每16秒一个数据、研制成功无线随钻电阻率测量仪它通过测量钻进过程中不同井深地层的电阻率值，得到地层电阻率曲线实现地层评价和对比目的。电阻率参数能确定地层含水饱和度，对油田的开发尤为重要。特别值得一提的是在钻进过程中，泥浆对地层形成的侵入带很小，基本上可以忽略侵入带的影响，可准确测量地层真电阻率，从而确定地层含水饱和度。利用邻井测井资料，确定该地层的孔隙度，通过曲线交绘完成目标井钻进过程中地质参数的测量。随钻电阻率仪器特点和技术指标较深的地层探测深度，提前预报地层边界，具有方位响应特性和地质导向功能。泥浆的导电性对电阻率测量影响不大，可以在水基，油基或饱和盐泥浆中使用，工作范围较大。工作频率 19.2kHz

工作温度测量范围垂直分辨率探测深度工作温度测量范围垂直分辨率探测深度泥浆类型承受压力最大工作排量电池寿命0.1ohm.m〜2000ohm.m12〜24"（0.305〜0.610m）112"（2.845m）@10ohm.m84"（2.130m）@1ohm.m水基,油基和饱和盐型103.4MPa8'仪器（203mm）: 47L/s6'1/4仪器（159mm）: 40L/s4'3/4仪器（121mm）:25L/s。200hours（连续测井）以上仪器的研制成功可组成简化结构的LWD系统。由于油田区块的开发已经到了中后期，为了开发薄油层以及残余油，地质导向仪器已经变得相当重要。另外由于这些区块的地质构成及地层描述都已相当清楚，再利用邻井的测井资料，就可以定性描述开发地层的地质构成、地层骨架的岩性及密度。在这种情况下，只要使用MWD+自然伽马+电阻率组成的简易LWD,就可以满足定向轨迹测量和地质导向的要求。4、SL-LWD1上位机软件的开发操作系统选择WINDOWSXP,突破了目前MWD软件通用的在DOS环境下开发的模式，照顾了1亚口软件系统开发和应用的各项要求和性能指标，使得该软件具有较强的实时性、系统安全性、兼容性，以及较强的文件管理功能和图形绘制支持。用户界面设计软件采用面向对象的用户界面设计，采用多窗口的用户界面实现多种资料，多种方法的应用和解释。在利用面向对象的方法进行软件人机界面设计时使界面和应用分离，将用户界面作为一个独立部分来进行设计，界面和应用的交互通过传递消息的形式实现，从而有利于软件的模块化设计，使用户界面具有可重用性。5、质量保证体系的建立在SL-MWD1无线随钻测量仪井下探管的研制中，由于井下高温、高压、强震动，对仪器的要求非常高，从器件选择、仪器生产制作上都严格把关，精益求精。现在我们已成立了随钻测井仪器实验室，开发出无磁恒温加热装置，购买振动试验台，碰撞试验台，高精度三轴光学转台和RSS标定架，自主开发出标定软件，研究出科学的试验方法，完善实验室各项管理制度，等等这些都保证MWD仪器具有很高的质量，提高了515川口1现场服务的成功率。从2003年钻井院开始实施ISO9001质量管理以来，SL-MWD1仪器的所有环节都根据ISO9001标准进行规范化调整，包括科研，仪器制造，试验，服务等都制定了相应的管理文件，并已正常实施。6、研制成功国内第一个移动式伽马刻度井、随钻电阻率实体刻度井及量值传递方法。根据随钻仪器的特点，建立一套同现有测井刻度体系相映射和传递的随钻仪器刻度体系，利用测井现有的刻度装置，通过合理的量值传递流程，将刻度值从测井现有的刻度装置映射到随钻刻度装置，从而建立准确的刻度装置，达到LWD仪器与现有测井系统在标准上的统一。7、制定了中华人民共和国石油天然气行业标准“随钻测量仪通用技术条件”国家行业标准(ICS75.180.10E92)。8、在核心刊物上发表论文11篇。

研制的SL-LWD1仪器主要技术指标与国外对比（表1）测量参数指标能力SchlumbergerHalliburtonBakerHughesGEOLINK胜利钻井院井斜（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°电阻率测量范围0.2〜2000Q・m0.2〜2000Q・m0.2〜2000Q・m0.2〜2000U・m0.2〜2000U・m自然伽马测量范围0〜500API0〜500API0〜500API0〜500API0〜500API最高工作温度150℃150℃150℃150℃125℃节能模式有有有有有目前推广SL-MWD1无线随钻测量仪50套，SL-LWD15套。有30套SL-MWD1仪器已销售到俄罗斯、大庆、华北、中原、辽河、江苏等油田。SL-MWD1无线随钻测量仪已推广应用800口井次；SL-LWD1（随钻伽马、随钻电阻率）推广应用于江苏、江汉、胜利油区，服务25口井，取得了良好的应用效果。三、推广应用情况典型应用1-MWD在深井中的应用在新疆塔河TK448水平井，测量斜深从5090.77米到5926.15米，测量垂深从5090.47米到5397.85米。通过完井后与RSS公司的多点仪器在进行测量数据的对比，表明两种仪器测量结果完全吻合。图1：TK448水平井垂直剖面图典型应用2—岬在高温井中的应用时间：2003年4月22日一5月12日地点：胜利5号钻井平台CB30A—3最大井深：4354.5米累计使用时间：348小时该井在3900米以前温度梯度正常，约3℃/100米，温度在100℃左右，但在3900米一4000米钻过古潜山界面之后，钻遇高温地层，该地层周围是一个火山喷发口，温度异常升高，泥浆开始循环时实测为134℃,泥浆循环稳定时实测的温度为126℃,根据地温梯度推算为142℃。SL-MWD1在井下正常工作55小时，测量精度和信号传输均能够得到保证，从而使该井顺利完钻。SL-MWD1仪器在该井的成功应用创下国内MWD仪器在中国应用的最高温度指标。图2：井深-温度曲线

图2：井深-温度曲线典型应用3—MWD及随钻自然伽马测量仪的现场应用对比在河100-斜23井的2505.03米一2675.67米井段,首次采用SL-MWD1及随钻伽马测量仪进行了地质导向应用，并分别与GEOLINKGRA和电测的伽马测量结果进行对比。通过对比得出结论，3种仪器的测量结果具有良好的一致性，SL-MWD1及随钻伽马测量仪有能力实现地质导向的现场应用。本项试验的成功填补了国内在该技术领域研究的空白。随钻自然伽马测量仪曲线图3：曲线对比随钻自然伽马测量仪曲线图3：曲线对比典型应用4—MWD及随钻自然伽马测量仪在地质导向中的应用王543-平7井造斜点井深2296米，在钻至A点2600米时，实时曲线显示伽马值升高，同时根据录井资料判断实际垂深比设计垂深上提2米，原设计油层厚度4.9米，根据实钻判断，油层厚度仅有2.5米，此时及时调整轨迹向上挑，然后在油层中旋转钻进，但钻至2940米，发现伽马值又有所上升，说明已接近油层底部，继续增斜钻进，根据实钻判断，地层倾角为92.24度，故在整个钻进过程中，保证井斜角在91一93度，确保轨迹在油层中钻进。根据随钻地质参数曲线，轨迹贯穿油层270米，达到较好的导向效果。10

图4典型应用5-LWD在孤东7_2_平5井的应用。试验时间：2006年9月27日〜10月1日试验井段：1220m〜1545m图5：随钻电阻率与电测曲线对比图从测量曲线可以看出：在泥岩段，LWD仪器和电测仪器电阻率测量值均为2欧姆米，在高阻地层，均为4.5欧姆米左右，变化趋势相同，测量值吻合。11典型应用6—LWD在中21_平516井的应用♦试验时间：2006年10月21日〜10月26日♦试验井段：1198m〜1854m♦跟踪井段电阻率数据随地层变化明显且符合地层变化规律，泥岩低阻为1.6〜2欧姆米，储层最高值为24欧姆米。在A靶分层位置处电阻率数据由2.1欧姆米变化到12欧姆米。随钻电阻率线圈系能够正确响应地层，并适应井下恶劣环境，具有较高的可靠性能。图6：随钻电阻率与电测曲线对比图典型应用7—LWD孤8-平2井中的应用应用时间：2003年5月7日~5月14日井眼尺寸：81/2〃应用井段：1520m〜2111m应用效果：井底工作正常、上传数据准确应用过程：孤8-平2井是从造斜点开始带电阻率的。造斜点井深1518米，A点井深1860米，完钻井深2111米。在实钻过程中，准确判断标志层及标志层12

上部的薄油层。在A点前，钻至1849米根据实测曲线及地质录井，判断储层顶界上移，调整设计垂深上提1.6米，并要求轨迹沿上靶钻进。在钻至2080米时,电阻率值下降，判断接近油底,控制轨迹上移，重新回到油顶。在钻井过程中，仪器井底工作正常，上传数据比较准确，根据随钻地质参数曲线，实时指导钻进，较好的发挥了地质导向功能。自然伽马 感应电阻率图7：随钻地质参数测量曲线典型应用8-LWD在王543T7井中的应用应用时间：2003年5月27日〜6月8日井眼尺寸：81/2〃应用井段：2620m〜3095m应用效果：实时传送的伽马+电阻率值与录井地层岩性的变化对比，显示出较好的相关性，在指导轨迹导向钻进方面工作正常。应用过程：该井造斜点井深2296米，在钻至A点时，根据实时曲线判断实13

际垂深比设计垂深上提2m,原设计油层厚度4.9m,根据实钻判断，油层厚度仅有2.5m,此时及时调整轨迹上移，在整个钻进过程中，保证井斜角在91—93度，确保轨迹在油层中钻进。根据随钻地质参数曲线，轨迹贯穿油层270米，达到较好