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41第二节SPERRY-SUN公司的测量仪器介绍SPERRY-SUN公司(现在属于HALLIBURTON公司)于1929年成立，当时主要研制陀螺测量仪器，以用高新技术取代当时的氢氟酸照相测量仪器，并且取得了成功。在以后70多年的发展过程中，该公司不断研究、开发各型测量、测井仪器以及各种钻井技术，取得了丰硕成果。特别是该公司的测量、随钻测井仪器，因其种类多、功能全、可靠性高而使其独霸一方，使其至今仍属于世界钻井高新技术领域昀有实力的三强之一。1929年该公司的陀螺井下测量仪器问世。1968年在世界上首次推出有线随钻测量仪器。1983年首家推出具有商业应用价值的电磁波感应电阻率随钻测井系统。1986年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井系统。1987年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井系统。1992年首家推出具有商业应用价值的四极多深度随钻电阻率测井系统和3-3/8”的定向伽玛MWD。1994年首家推出具有商业应用价值的4-3/4“随钻测井系统。1996年首家推出具有商业应用价值的声波随钻声波测井系统及SOLAR175高温MWD及随钻井下压力测量仪器PWD。1997年SPERRY-SUN公司和HALLIBURTON公司合并,使其成为专业化昀强的测量仪器开发、研究公司。1998年开发出了具有商业应用价值的超声波井径测量仪器ACOUSTICALIPER。1999年开发出了具有商业应用价值的双模式随钻声波测量仪器BATTM。SPERRY-SUN公司生产的地质无线随钻测量仪，采用模块化的设计原理，各种地质参数测量仪器可与DWD井下仪器连接使用，组成各种地质评价系统，如DWD与DGR连接使用，组成DGWD系统，除测量定向参数外，还可测量自然γ等地质参数；与CNΦ、EWR、SLD、DGR等地质参数测量仪器连接使用，组成FEWD系统，测量定向参数、自然γ、电阻率、密度、中子孔隙度等工程、测井参数，用于定向和地质评价。同时，该公司的MPT负脉冲无线随钻测量仪可测量定向参数和温度、泥浆压力、钻头振动等工程参数，可与ADT测井系统组合使用，测量定向参数和多项地质、工程参数；双模式随钻声波测量仪（BAT）与DWD连接使用，可以代替密度和中子孔隙度测量仪对地层进行实时测量；其MERCURY电磁波MWD系统，可以在欠平衡钻井施工中，实时测量工程、地质参数；ABI近钻头测量技术，可以实现对钻头处井斜的测量，为轨迹控制提供更科学、可靠的依据。目前，SPERRY-SUN公司有200多套FEWD、300多套MWD在世界各地应用并取得了良好的效果，而且无论其产品还是服务，现在都有供不应求之势。在此主要介绍该公司的FEWD地质导向仪器。一、系统介绍SPERRY-SUN公司的FEWD地质评价无线随钻测量传感器是八十年代以来，在钻井专业方面发展起来的一种代表钻井新技术的新型测量、测井仪器,仪器主要尺寸有两种,即6-3/4”的大尺寸FEWD测量仪器，适用于8-1/2”到12-1/4”间的井眼施工；4-3/4”的小尺寸FEWD测量仪器,适用于5-1/2”—8-1/2”之间的井眼施工。施工过程中，系统主要用正、负泥浆压力脉冲、电磁波来实现井下信号的传输，为现场施工实时提供并能绘制出各种类型的测井曲线，对地质参数的变化情况进行随时的监控，并作出相应的判断。同时，井下记录模块，也将地质参数储存下来，供仪器起出地面后进行调用或分析。FEWD综合具备了常规DWD无线随钻测量传感器和电缆测井传感器的优势，使用FEWD施工具有以下特点：421、实时获得真实的地质参数FEWD在施工过程中，除了向地面实时传输所需要的工程参数外，同时也可以向地面传输地质参数。在地面实时获取的地质参数，能够按照用户的需要，实时绘制出各种类型的测井曲线，为工程和地质人员进行工程和地质分析提供准确的依据。由于是实时测量，在地层刚被打开时不久，井下传感器就能测到所打开的地层，因此地层暴露时间短，获得的地质参数是在地层有轻微入侵甚至没有入侵的环境下获得的刚刚打开的地层物性的昀早期资料，与电缆测井相比，更接近地层的真实情况。在钻进过程中获得各项实时地质参数的同时，还可以在打开的地层暴露一段时间后，采用同样的传感器对同一地层在钻进施工过程中进行复测，在必要的情况下，还可以将FEWD测井曲线与电缆测井曲线进行对比，从而获得流体入侵地层的实际资料，为地质特性分析进一步提供更科学的依据。2、地质导向FEWD提供的实时地质参数，可以帮助现场人员随时监控地层特性和地层的变化情况，对地层的变化和特性作出准确的判断，有效控制井身轨迹穿行于产层中的昀佳位置，回避油/气界面、油/水界面和水层，从而获得昀好的采收效果。另外，FEWD所用的测井传感器，其垂直分辨力强，能分辨电缆测井传感器所不能分辨出的薄地层，有利于发现新的油气层，使开发的油层更多，有效泄油段更长，达到提高单井产量和储层采收率的目的。3、风险回避当采用FEWD实时工作方式时，井下传感器还可以向地面实时传送井底地层温度、地层压力、钻速等参数。通过对地质参数、地温梯度、地层压力、钻速进行综合分析，可以预测钻进过程中可能遇到的诸如地层异常压力等风险因素。此外，在FEWD中可以附加DDS钻柱振动测井传感器，任何情况下，井下钻具只要发生剧烈振动，系统可以立即检测到井下钻具的振动情况。现场人员可以根据实际情况，分析发生风险的可能性，提前采取措施，控制风险的发生或减少损失。根据实时地质资料，可实时准确判断油气的运移和油气性质，避免开发风险。4、多种施工方式组合施工，可满足现场各种施工需要FEWD无线随钻测量传感器具有多种不同的尺寸，能够满足从5-1/2”----12-1/2”不同井眼尺寸的测量、测井施工。同时，该传感器可以根据用户的要求进行不同的组合，满足用户的特殊要求。其主要的施工方式有：全服测井实时施工方式、全服测井记录施工方式、三组合测井实时施工方式、三组合测井记录施工方式、只定向施工方式。5、提高勘探开发效率FEWD施工实时提供的工程参数和地质参数，可以使现场施工人员根据需要和现场情况，及时采取相应的措施，有效的控制井眼轨迹的着陆和走向，及时调整井身轨迹和产层的位置关系，避免重复施工或使施工复杂化。同时，FEWD还具有记录测量的功能，采用该传感器，可以在钻进、起下钻或通洗井的过程中对全井或某一井段的地质特性、轨迹参数进行单独测量或多次对比测量，所有的测量数据都存储在井下传感器的存储器中，传感器出井后在地面读取，不需要开泵、关泵操作也能实现测井的目的，常规中途电测和完井电测完全可以取消，在完钻的同时结束施工井的测井施工，从而显著提高钻井效率，缩短钻井周期，从整体上降低钻井、测井成本，提高勘探开发效率。目前，FEWD传感器和测量技术正广泛的应用于定向探井、水平井和大位移定向井的钻井施工过程中。二、仪器构成FEWD系统由地面设备和井下传感器两部分组成。地面设备主要是具有现场数据采集和数据库管理功能的INSITE（TheIntegratedSystemforInformationTechnologyandEngineering）数据处理系统，井下传感器包括定向探管（PCD）、自然γ测井传感器（DGR）、电阻率测井传感器43（EWR-PHASE4）、补偿中子孔隙度测井传感器（CNP）和岩石密度测井传感器（SLD）、井径传感器、声波传感器（BAT）、地层压力/温度传感器（PWD）和井下动力钻具组装到一起的近钻头井斜/地质传感器（EWR/ABI、DGR/ABI）、近钻头井斜传感器（ABI）、钻头扭矩/钻压传感器WOB/TOB等。其地面设备结构如下图5所示。图5FEWD地面仪器结构示意图井下仪器组合如图6所示。图6FEWD井下仪器组合示意图泥浆脉冲信号井下导向仪器总成井口压力传感器钻台阅读MSC防爆箱卡瓦开关深度传感地面计算机INSITE系备用地面计算机室内阅读测井绘图地面部分44SPERRY-SUN公司井下传感器及组合施工情况传感器类型可匹配的仪器尺寸3-3/886mm3-1/289mm4-3/4121mm6-1/2165mm6-3/4171mm7-1/4184mm7-3/4197mm8203mm9-1/2221mm定向探管(PM,DM,PCD)√√√√√√√√√近钻头井斜传感器(ABITM)√√√√自然伽玛传感器(GM,PCG)√√√√√√√√√方位自然伽玛(DGRTM)√√√√电阻率传感器(EWR-PHASE4TM)√√√√岩石密度传感器(SLDTM)√√√中子孔隙度传感器(CNΦ○R)√√中子孔隙度传感器(CTNTM)√超声波井径传感器(ACOUSTICALIPERTM)√√声波传感器(BATTM)√环空压力传感器(PWDTM)√√√√√√√√√钻具震动传感器(DDSTM)√√√√仪器动力钻具(IMM)√数据传输系统正脉冲(DWD)√√√√√√√√√注:上表中“√”表示可以用于施工。三、工作原理及应用（一）DWD、SOLAR175测量仪器1、DWD、SOLAR175系统特性①、采用正脉冲泥浆压力传输系统进行数据传输，使得整个井下仪器结构紧凑、体积小，现场检测、组装和拆卸容易，占用钻机作业时间短。②、采用涡轮发电机为井下仪器供电，使井下仪器的连续工作时间长、费用低。③、DWD系统工作温度可达150℃，工作压力可达15000Psi，数据传输速度可达0.8位/秒。而改进型的SOLAR175系统工作温度可达175℃，工作压力可达22500Ppsi，数据传输速度可达1.5位/秒，能适用于不环境下的施工。④、该随钻测量系统具有短测量（SHORTSURVEY）和全测量（FULLSURVEY）功能。短测量方式的数据传输速度快，工具面的修正时间仅为9s（0.8Hz）。全测量方式可以将MEP探管测量的磁性和重力分量数据传输到地面计算机，用于进行磁性参数的分析，消除来自井下钻具对仪器磁性干扰的修正，特别适用于大斜度定向井和水平井测量，能及时判断测量数据的误差原因以及确定测量的精度。同时全测量方式能通过采用短钻铤测量方式，减少无磁钻铤的数量，缩短测点至钻头的距离，简化钻具结构，提高施工的安全。⑤、DWD、SOLAR175地面数据处理系统抗震和抗干扰能力强。测量过程中,操作人员可以通过计算机的数据显示或终端打印的数据，了解仪器的工作情况。司钻通过DDU司钻阅读器的显示，掌握井下钻具的工作状态，指导定向钻进。测量过程中，测量数据可以随时存盘、修改和调用。45⑥、下井仪器系统有五种不同的系列，包括1200系统、950系统、650系统、350系统、SUPERSLIM系统，可以满足不同井眼尺寸和不同泥浆排量的施工要求。也可与测量地质参数的FEWD随钻测井系统配套使用。⑦、除测量参数外，井下探管还向地面传送仪器工作环境与工作状态数据，这些数据包括：井下仪器的工作环境温度、发电机转速等，以便了解井下仪器的工作情况、判断数据的准确程度。2、工作原理SPERRY-SUN公司生产的定向DWD随钻测量仪器（简称“DWD”）井下仪器由信号发射装置脉冲发生器和测量、信号发射控制装置探管构成。脉冲发生器上的转子与内轴藕合，内轴底端连接一发电机，转子转动时带动发电机工作，为探管和脉冲发生器工作提供能量。定向探管主要测量工程施工所需要的工程参数，同时对工程参数和测井传感器测量的地质参数按地面的设计进行编码，并控制脉冲发生器向地面发射脉冲信号。泥浆在鱼颈总成和孔板与蘑菇头形成的环形空间内流动，当有信号传递时，脉冲发生器上的蘑菇头升起约9.4mm，停一下，然后回到原位，短时的蘑菇头伸长就产生了正压力脉冲。地面上采用泥浆压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息，并传送到地面计算机，地面计算机对脉冲信号进行处理、计算，得到所需要的测量数据，从而完成实时测量任务。3、主要技术规范①、井下仪器无磁短节井下仪器专用无磁短节规范见表14。表14井下仪器专用无磁短节规范类型超小系统350系统650系统950系统1200系统外径89mm121mm165mm203mm241mm长度5.33m9.449m1.829m1.829m1.829m