旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍

向中石油集团公司领导专家学习！•SSTESS一、测量仪器发展历程二、几何导向井下工具仪器三、地质导向井下工具仪器四、案例1：FEWD应用于胜利油田水平井开发五、案例2：FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发六、案例3：FEWD应用于磨152H井施工内容水平井仪器工具一、测量仪器发展历程1、测量的基本概念测量的定义：测量是指用仪器确定空间、时间、温度、速度、功能等的有关数值。石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型。从物理意义上讲,测量井下钻具的工具面角,即为井下钻具定向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。由于石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器,采取间接测量的方法来完成。目前,石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介,即大地的重力场、大地磁场和天体坐标系,由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器元器件。测量仪器发展历程A.借助于重力场测量井斜角或高边工具面,采用的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。这类仪器的测量基准是测点与地心的连线,即铅垂线。主要测取井斜角B.借助于地磁场测量方位角或磁性工具面,采用的测量元件为罗盘或磁通门等。这类仪器的测量基准是磁性北极,所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极,即地理北极的数据。主要测取方位角C.借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面,采用的测量元件为陀螺仪。陀螺仪为惯性测量仪器,不以地球上任何一点为基准,这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。测量仪器发展历程2、测量仪器发展历程1）国外测量仪器的发展测量方式氢氟酸玻璃管刻线法和地面定向法机械式罗盘，精度较高的单多点照相测斜仪有线随钻测斜仪投入工业性使用，无线随钻测斜仪研制成功多种无线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统和陀螺测量系统发展成熟带地质参数的无线随钻测斜仪无线随钻地质参数仪器越来越全面，随钻井底成像技术日趋成熟，地质仪器与井下工具融为一体现在90年代50年代60年代70年代80年代年代内容测量仪器发展历程2)、国内测量仪器的发展测量仪器氢氟酸测斜仪，机械式罗盘引进有线随钻测斜系统，电子单多测量系统及陀螺测量系统发展了无线、有线随钻测斜系统，开始引进带地质参数的MWD系统有线随钻测量仪器仍在使用，无线测量仪器开始普及，引进部分地质参数测量仪器80年代90年代60-70年代现在年代内容测量仪器发展历程上个世纪30年代,国外就开始研究随钻地质测量仪器。到60年代初期，由ARPS公司和LANEWELLS公司联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器。由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能受到限制，钻井工艺落后，该技术没有获得广泛推广，仅在有限的几口井中投入使用。但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础。60年代后期到70年代，人们认识到了随钻测量技术在钻井工业中的重要地位，开始重点研制井下遥测系统，先后开发出了有线随钻测量仪器（SST）和无线随钻测量仪器（MWD）。特别是无线随钻测量技术，为以后随钻地质测量仪器的发展打下了坚实的基础。80年代初期,研究出具有商业应用价值的随钻地质测量仪器，为导向钻井、大斜度井、水平井的发展打下了基础。此后,伴随具有商业应用价值的地质导向仪器和工具的出现，随钻地质测量仪器开始大规模应用于生产。3、地质导向仪器发展过程测量仪器发展历程4、SPERRY-SUN公司SPERRY-SUN公司(现在属于HALLIBURTON公司)是一家综合性的钻井技术服务公司。该公司率先采用短无磁钻铤测量方法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工具1986年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井工具1988年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井工具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工具1994年首家推出具有商业应用价值的4-3/4“随钻测井工具1996年首家推出具有商业应用价值的随钻声波测井工具测量仪器发展历程5、目前的技术水平90年代，地质导向钻井技术进入了大规模应用阶段。各种功能全面、性能优良、能满足各种井眼尺寸随钻施工的新型随钻地质测量仪器相继出现。目前,已完全可以取代电缆测井。目前已开发出的随钻地质导向测井工具包括：自然伽玛电阻率岩石密度孔隙度井径井底压力声波测井核磁成像等。测量仪器发展历程6、国内无线随钻测量仪器配备现状测量仪器发展历程目前国内配备的MWD包括：斯派里森公司MWD通用公司QDT-MWD科学钻井SDI-MWD北京海蓝YST-48X英国吉奥林公司Orienteer哈里伯顿公司的探路者系统、斯伦贝谢SLIM-ONE贝克休斯公司Navi-Gator7、国内地质导向无线随钻测量仪器配备现状测量仪器发展历程目前国内配备的MWD主要包括：斯派里森公司FEWD英国吉奥林公司Orienteer贝克休斯公司Navi-TRACK8、国内在用的几种进口地质参数仪器对比性能参数哈里伯顿贝克休斯吉奥林仪器类型FEWD-RLLMPRLWDTRIMLWD测量参数伽玛/电阻率/振动伽玛/电阻率/振动伽玛/电阻率具备扩展孔隙度/岩石密度能力否是是目前不具备地面系统WindowsNT集成软件/WindowsNT集成软DOS操作系统，WINDOWS伽玛探测精度±3API@50API0–380API±3API@100API0–250API±3%电阻率探测精度探测范围±1%10欧姆米0.05-2000欧姆米±1%0.1-50欧姆米0.1-3000欧姆米±1%(全量程)0.1-2000欧姆米电阻率发射电极4个4个1个电阻率接收射极2个2个1个频率类型2MHz,1MHz2MHz,400KHz20KHz传感器类型钻铤式钻铤式探管式井下电源涡轮发电涡轮发电锂电池脉冲方式正脉冲正脉冲负脉冲测量仪器发展历程项目哈里伯顿FEWD贝克休斯MPR吉奥林工作时间可长时间连续工作可长时间连续工作150-180小时地面系统性能明显优势，WindowsNT与泥浆录井、欠平衡钻井集成作业，现场信息和控制/实时网络或卫星传输WindowsNT，现场信息和控制/可实时网络或卫星传输DOS、WINDOWS操作环境电阻率传感器性能4个发射极，2个接收极4种探测深度2MHz,1MHz电阻率曲线，沙、泥岩界面感应电阻率4条曲线呈发散状，有精度补偿技术多个发射极、2个接收极，一种频率为2MHz,400KHz感应电阻率单一曲线，有精度补偿技术单个发射极、单个接收极，一种频率为200kHz的感应电阻率单一曲线，无精度补偿技术伽玛传感器性能钻铤短节式，镶嵌在钻铤上，双向自然伽玛，直接接触地层，双向测量有钻铤隔离带，单一测量有钻铤隔离带，单一测量补偿中子孔隙度钻梃短节，镅241中子源无无岩石密度钻梃短节，铯137中子源无无钻柱震动传感器咖玛短节内，切向震动-闪动实时数据，工况无无8、国内在用的几种进口地质参数仪器对比测量仪器发展历程二、导向(几何)井下仪器工具导向(几何）井下仪器工具●几何导向钻井井下钻具主要由导向仪器、井下导向工具和配套工具组成。●导向仪器主要是只提供定向参数的测量仪器。导向仪器主要为MWD，但在我国由于各种因素的限制，目前部分油田仍然将SST作为导向钻井的主要仪器，因此结合我国的国情，将SST也作为导向仪器加以介绍。●导向工具主要是井下动力钻具、可变径稳定器和配套工具组成。1、概述MWD导向钻具常用组合SST导向钻具常用组合2、导向常用井下钻具组合导向(几何）井下仪器工具3.1有线随钻测量仪有线随钻测量仪采用单芯铠装电缆传输数据，整个系统主要由5部分组成：地面数据处理系统井下仪器总成地面数据显示系统电缆操作设备辅助作业工具。3、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具3.1.1有线随钻主要工作原理系统进入工作状态后，地面数据处理系统给井下仪器通过电缆供电，井下仪器完成对数据的实时采集后，按一定格式对数据编码，然后通过电缆将编码后的数据以脉冲信号的形式传送至地面，地面数据处理系统对井下仪器传送上来的脉冲信号解码、处理、计算，并将数据实时向钻台上的数据显示系统司钻阅读器发送，实现随钻施工。地面数据处理系统井下仪器地面数据显示系统实时数据井下测量数据供电有线随钻测量仪器工作原理图3、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具3.1.2有线随钻测量仪器-SSTSST全称为STEERINGSURVEYTOOL，是美国SPERRY-SUN公司生产的一种有线随钻测量仪器，普遍应用于定向井的井身轨迹随钻测量施工，同时具有磁扫描功能、错误和状态诊断功能。SST利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角，并可测取大地磁场参数和井下温度，通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面。3、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具SST系列及规范探管型号1000系列全角探管900系列高温探管700系列高温探管井斜角测量范围0～180°0～180°0～180°系统精度±0.3°±0.3°±0.3°井斜方位角测量范围0～360°0～360°0～360°系统精度±2.0°±2.0°±2.0°工具面角测量范围0～360°0～360°0～360°系统精度±2.0°±2.0°±2.0°外径35mm25mm25mm耐温125℃182℃182℃抗压筒抗压15000Psi15000Psi15000Psi抗压筒外径44.5mm34.5mm34.5mm3、导向测量仪器3.1.2有线随钻测量仪器-SST导向(几何）井下仪器工具MS3是美国SPERRY-SUN公司生产的一种组合式随钻测量仪器，可以进行有线随钻测量，也可进行单、多点测量。具有磁扫描功能、错误和状态诊断功能。MS3利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角，并可测取大地磁场参数和井下温度，通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面。MS3作为电子单、多点时，可以在起下钻过程中实现全井或部分井段的静态测量。3.1.3有线随钻测量仪器-MS33、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具MS3技术规范井斜角测量范围0～180°系统精度±0.3°井斜方位角测量范围0～360°系统精度±2.0°磁边工具面角测量范围0～360°系统精度±2.0°高边工具面角测量范围0～360°系统精度±2.0°外径35mm工作温度范围-25～+125℃抗压筒抗压20000Psi抗压筒外径35mm3、导向测量仪器3.1.3有线随钻测量仪器-MS3导向(几何）井下仪器工具YST是北京海蓝科技有限公司生产的一种有线随钻测量仪器，普遍应用于普通定向井的井身轨迹随钻测量施工。YST探管最下端是重力加速度计、磁通门和温度传感器，三个重力加速度计感受重力加速度在三个方向上的分量，磁通门感应大地磁场，温度传感器探测井下温度，分别得到井斜角、井斜方位角、工具面角和温度。3.1.4有线随钻测量仪器-YST3、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具YST技术规范设备代码井斜角测量范围0～180°设备名称有线随钻测斜仪井斜角测量精度±0.2°设备型号YST-35、YST-25方位角测量范围0～360°系统电源220V±15%(40～60Hz)方位角测量精度±2°井下仪器供电方式接口电源箱磁性工具面角测量范围0～360°最高工作温度125℃磁性工具面角测量精度±2°井斜＜10°最大工作压力＞100MPa高边工具面角测量范围0～360°仪器外筒外径45mm、35mm高边工具面角测量精度±2°井斜≥10°地面计算机类型通用计算机或专用数据处理仪Φ35探管长度670mm探管外径35mm、25mmΦ25探管长度804mm系统软件Windows98Φ35抗压筒长度1450mm操作软件HRM.exeΦ25抗压筒长度1600mm3.1.4有线随钻测量仪器-YST3、导向测量仪器导向(几何）井下仪器工具3.2无线随钻测量仪MWD无线随钻测量仪MWD主要由五部分组成:即地面数据处理系统地面检波系统地面数据显