随钻测井及地质导向钻井技术.

随钻测井及地质导向钻井技术张海花二○○七年九月一、地质导向钻井技术概述二、随钻测量技术三、LWD地质导向仪器四、地质导向技术应用实例五、结论与认识报告提纲地质导向技术问世之前，常规的井眼轨迹控制技术均属几何导向范畴。几何导向现代导向钻井技术地质导向按照预先设计的井眼轨道钻井。任务是对钻井设计井眼轨道负责，使实钻轨迹尽量靠近设计轨道，以保证井眼准确钻入设计靶区。（由于地质不确定性带来的误差，原设计靶区可能并非储层）以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹。任务是对准确钻入油气目的层负责，具有测量、传输和导向三大功能。一、地质导向钻井技术概述一、地质导向钻井技术概述单纯的几何导向由于受控制井点少、储层厚度及物性变化大、构造形态变异等因素影响,容易出现井眼轨迹偏离目的层等情况,延误钻井进程或出现井下事故等不正常现象,难以达到预期地质目的。二十世纪八十年代，导向螺杆钻具（弯外壳马达）替代了直螺杆钻具和弯接头，通过导向螺杆钻具和无线随钻测斜系统两项新技术的应用，成功地实现了水平井钻井的几何导向。随钻测井技术的发展改变了目前普遍使用的电缆测井和钻后测井的状况，随钻测井技术的推广与应用使得实现测井和钻井的统一成为可能。一、地质导向钻井技术概述二十世纪九十年代，在世界范围内的勘探开发形势面临复杂地质条件的背景下，以及随钻测量技术日趋成熟的基础上，地质导向钻井技术逐渐发展成为一项前沿钻井技术，并在大位移定向井、水平井及特殊工艺井中广泛应用。美国、挪威、英国等国家采用地质导向钻井技术完成的井数逐年增加，钻井周期逐步缩短，钻井成本明显下降，油田开发效果明显提高。地质导向钻井就是在钻井过程中通过测量多种地质和工程参数来对所钻地层的地质参数进行实时评价，根据评价结果来精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。换言之，地质导向就是使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据来控制井眼轨迹的钻井技术。它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。一、地质导向钻井技术概述根据地质导向工具提供的井下实时地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼轨迹保持在产层延伸。测量点(即传感器)与钻头之间的距离测量参数的多少•钻头处进行测量的地质导向工具•功能完备的井场信息系统地质导向钻井技术概念组成关键地质导向钻井技术可以精确地控制大斜度井和水平井的动靶，特别适合在薄产层和高倾角产层中钻水平井，可以随时知道所钻地层的地质特征和钻头与地层流体的相对位置，因此可以控制钻具始终在水平段储层物性最好的产层中延伸。一、地质导向钻井技术概述利用实时、记录测井曲线对地层进行综合评价分辨地层、确定地层岩性、泥砂/砂泥岩含量评价分辨油、气、水层以及油/气、油/水界面，指导钻井施工判断地层变化，准确进行地质评价分辨薄的油气层，有效开发地下油气资源预测轨迹在油层中行进的情况，实时指导钻井施工预测高压地层，回避钻井风险取消中途及完井电测，节约投资，提高施工效率一、地质导向钻井技术概述地质导向钻井技术的应用一、地质导向钻井技术概述二、随钻测量技术三、LWD地质导向仪器四、地质导向技术应用实例五、结论与认识报告提纲都振川测量技术的变革LWD电子多点有线随钻测量仪MWD二、随钻测量技术测量参数的变革电子多点有线随钻无线随钻都振川定向参数LWD井眼轨迹参数—方位角、井斜角造斜工具状态参数—工具面角地层磁场参数—磁场强度、磁倾角地温参数—温度自然伽马电阻率岩石密度中子孔隙度声波定向参数地质参数二、随钻测量技术数据传输方式的变革都振川电子多点——中断钻井作业，地面读取数据，非连续测量有线随钻——电缆作为数据传输介质，随钻连续测量MWD/LWD——钻井液（或电磁波）作为数据传输介质，随钻连续测量二、随钻测量技术都振川二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术有线随钻测斜仪是定向井测量仪器中的一种,它可在钻井过程中实时测量井斜、方位、工具面和温度等钻井工程参数。二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术有线随钻测斜仪以重力加速度和地磁场强度为基准矢量。探管将经过高精度A/T变换得到的各传感器数据,通过单芯电缆从探管传到地面计算机。计算机经一系列计算得到INC、AZ、TF等钻井工程参数,显示、打印并传送到井台司钻显示器。系统组成各传感器的输出经高精度A/T变换,由脉冲传输电路通过单芯电缆从探管传到地面计算机,探管供电电源也通过该电缆从地面计算机传到探管。探管内的电路对各传感器的温度系数进行补偿。二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术Gx加速度表Gｙ加速度表Gz加速度表多路开关Bx磁通门BBy磁通门Bz磁通门温度传感器电压基准时序控制A/T变换调制激磁稳压探管工作原理加速度计线圈AB通以方波激励,当a≠90时,加速度计敏感轴与重力加速度垂直,磁钢D位于线圈中间,其在两个线圈中产生的感应电势平衡,C点没有输出。当a=90,加速度计发生了倾斜,磁铁D在重力作用下产生位移,两线圈中的感应电势失去平衡，C点输出电信号,幅值和相位与α有确定的关系,通过放大、校正、解调,最后反馈至线圈C端,构成电弹簧,使磁铁D回到中间位置。反馈电流的大小,与所敏感的加速度成正比。加速度计是一种专门测量重力加速度的传感器。DST随钻测斜仪中,采用的是磁液悬浮式加速度计。它相当于一个质量弹簧控制系统。二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术探管工作原理用来测量地磁场的传感器。采用交流励磁,使由高导磁材料做成的磁芯磁化饱和,此时,绕在磁芯上的探测线圈中感应的电动势e只含有励磁电流基波的奇次谐波分量(不含偶次谐波分量),感应电压是对称的，这时T1=T2。而当待测的直流磁场和交流励磁同时作用时,则感应电动势e不仅奇次谐波分量,而且也含有偶次谐波分量,这时,感应电压变得不对称,即T1≠T2,测量这种不对称性即可测得待测磁场。磁通门二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术探管工作原理井斜角（INC）：井眼轴线上任一点的井眼切线方向线，与通过该点的重力线之间的夹角。ZYGGGarctgINCX22探管坐标系及参数定义二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术探管工作原理工具面角（TF）：表示造斜工具下到井底后，工具面（在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面）所在的位置的参数。两种表示方法：一种是以高边为基准，一种是以磁北为基准。以高边为基准的，称为高边工具面角，是以高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底园平面的高线上所转过的角度。以磁北为基准的称为磁工具面角。探管坐标系及参数定义二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术探管工作原理方位角（AZ）：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。探管坐标系及参数定义二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术探管工作原理随钻测斜仪系统的控制指挥中心,根据由探管传来的数据编程,实时计算测量参数。修正传感器一些不规律的随机误差,采用最优滤波技术来补偿工具振动的影响,实现错误检测。当故障发生时,对操作员提出报警,通过并行口接口于打印机,可随时打印输出所需要的参数。它也接口于司钻显示器,在井台上显示磁性或高边工具面角及井斜和方位。地面计算机系统二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术井下保护总成及电缆主要由电缆头总成、抗压筒、内减震器、密封转换接头、加长杆及引鞋等组成。其主要功用是使探管免受高压钻井泥浆的损伤,减轻外部环境震动对探管性能的影响。二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术其它辅助设备（1）井下设备：包括无磁钻铤、定向接头、螺杆钻具等。使用无磁钻铤的目的是减少普通钻铤对随钻探管磁性传感器的影响,使其能正确测量地球地磁场强度。（2）井口设备：进行随钻测量时,必须要用电缆把探管送至井下,并通过电缆给井下仪器供电,同时把井下探管测量到的那些数据信息输送到地面计算机。另外,随钻测量时井下采用动力钻具,循环泥浆。因此,井口设备完成两个功能:I.电缆密封；Ⅱ.保证泥浆正常循环。二、随钻测量技术1、有线随钻测量技术二、随钻测量技术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。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。2、MWD技术二、随钻测量技术2、MWD技术MWD主要组成部分地面系统地面信息处理接口箱司钻显示器MWD系统软件MWD井下测量工具高精度石英表传感器短节电子测量短节电源系统短节电子控制短节脉冲发生器立管压力传感器4~20ma地面系统SIB计算机打印机司钻阅读器DTU微打泵冲地面处理系统MWD地面系统MWD井下部分电池短节PSASEA探管脉冲发生器APC控制短节脉冲发生器井下测量系统脉冲发生器驱动短节电池短节测量短节二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理MWD井下仪器测量短节的传感器采集定向数据，由测量短节计算储存并传输到驱动器，控制和驱动脉冲发生器将这些井下信息转化成泥浆脉冲信号传输到地面,地面系统中的压力传感器将泥浆脉冲信号转换成电信号传输到地面接口箱，处理电路进行数模转换，降躁，滤波等处理。然后，将处理结果传输给计算机系统，计算机根据译码规则将信号转换成井斜，方位，工具面等数据，并在计算机及钻台司钻阅读器上显示.给定向工程师提供实时可靠的井下数据，以更好的指导钻井工作。目前普遍应用的是钻井液脉冲法,这是因为此法简单,对正常钻井作业影响很小。压力脉冲以1200～1500m/s的速度通过钻杆内液柱向地面传输。信号遥测方法钻井液脉冲法电磁波(EM)法智能钻杆通讯系统二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理正脉冲发生器的传输速率最高达3bit/s连续波脉冲发生器的传输速率最高可达6bit/s二、随钻测量技术2、MWD技术钻井液脉冲法负脉冲发生器正脉冲发生器连续波脉冲发生器MWD基本工作原理指脉冲信号造成立管压力降低。脉冲发生器由阀门（从钻杆通向环空）组成，当阀瞬时开启时，使泥浆从钻铤中流入环空从而产生一个微小的压降，该压降以通过钻柱中的泥浆传到地面，这些压力脉冲被立管压力传感器检测出来。负脉冲信号传输方式二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理脉冲器内有一对阀和限流环，MWD控制器驱动脉冲器时，此阀就会根据信号大小上下运动。当阀向上运动至限流环时，就会限制部分泥浆流动，从而使钻柱内泥浆压力升高，立管处的压力传感器得到一个正脉冲；反之当阀下行时，钻柱内压力下降，然后趋于平稳。正脉冲信号传输方式二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理在脉冲器内有一个定子、转子机构，正常钻进时，转子静止在固定位置，转子叶片遮住定子部分的泥浆流道。当要发送脉冲信号时，转子转动，使定子和转子之间的泥浆流道增大，相当于减小了泵压；继续转动时，泥浆流道转渐减小，泵压逐步增加。在脉冲器指令下，转子不停地转动，泵压就不停地呈现正弦波形式变化，从而产生连续波信号。连续波脉冲信号传输方式立管压力时间叶片连续转动，波形连续变化泥浆二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理电磁波(EM)遥测系统优点：数据传输速度较快，适用于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数。缺点：地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合深井施工。二、随钻测量技术2、MWD技术MWD基本工作原理智能钻杆通讯系统是一种通过各种井下MWD/LWD工具和钻杆连接到地面的高速遥测系统。它采用一种无接触的没有特殊方向要求的耦合器穿过每根钻杆的接头来实现数据