负脉冲MWD的原理及其在可泡沫钻井液中的应用

　[收稿日期]2007212220

　[作者简介]匡立新(19662),男,1989年大学毕业,高级工程师,博士生,现主要从事钻井工程的生产与管理

负脉冲MW D 的原理及其在可泡沫钻井液中的应用 匡立新　中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074

江苏石油管理局钻井工程公司,江苏扬州225009

李　涛,张艳梅　(胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017)

宋远贵　(四川石油管理局川西钻探公司,四川成都610015)

[摘要]简要介绍了负脉冲无线随钻测量仪MWD 系统的基本结构和原理,提出负脉冲MWD 系统能够在泡沫钻井液中使用的主要观点。通过在胜利油田草古1002平5水平井中的使用,证明了在泡沫钻井液中使用负脉冲MWD 系统是可行的。

[关键词]无线随钻测量;负脉冲法;泡沫钻井液

[中图分类号]TE927[文献标识码]A [文章编号]100029752(2008)0120362202近年来,欠平衡钻井技术迅速发展,其主要优越性是:减轻地层伤害,提高油井的产能;增加钻速,降低钻井成本;及时发现地质异常情况和识别产层;油气投放市场快。而采用可循环泡沫钻井液体系是实施欠平衡钻井的一种常用方法。另外,水平井技术已被实践证明,能有效提高油田的采收率。二者相结合,欠平衡水平井钻井技术就应运而生。要实施欠平衡水平井钻井,如何保证目前使用的无线随钻测斜仪在可循环泡沫钻井液中的正常使用,成为实施该项技术的一个关键。笔者就此展开讨论。1　负脉冲MWD 的结构及原理

负脉冲MWD 无线随钻测量系统主要包括地面接收处理系统、井下仪器以及钻井液脉冲遥测系统。图1　负脉冲系统

地面接收处理系统主要由立

管压力传感器SPP 、泵冲传感器

PUM P 、地面接口箱SIB 、司钻

阅读器RFD 、便携计算机和应用

软件等设备组成。井下仪器包括

脉冲发生器TX ,驱动短节A PC ,

电池短节PSA ,测量短节SEA 。

钻井液脉冲遥测系统为负脉

冲系统。

脉冲发生器由阀门组成,当

阀打开时,一小部分钻井液从钻柱内流向环形空间,因此,快速

开闭这个阀就会引起立管中的压

力下降,这可以由压力传感器检测出来(见图1)。

为了将数据传到地面,多次操作阀门,产生一系列脉冲,由传感器检测出信号并由地面计算机译码,计算机首先识别出一组参考脉冲,随后是数据脉冲。通过在特定的时间帧内检测有没有脉冲来对信息进行译码。然后将这个十六进制码转换为十进制的结果。脉冲顺序由一个图表记录仪来监视,同时,将信号传输给上位机译码系统,译码系统根据译码规则将信号转换成井斜(INC ),方位(AZI ),工具?263?石油天然气学报(江汉石油学院学报)　

2008年2月　第30卷　第1期Journal of Oil and G as T echnology (J 1J PI )　

Feb 12008　Vol 130　No 11

面(GTF 或T TF )等数据,并在上位机及钻台司钻阅读器(RFD )上显示出来,给定向井工程师提供实时可靠的井身轨迹数据,以更好地指导钻井工作。当译码机构发生电误障时,可由技术人员根据图表记录仪上的脉冲顺序进行人工译码。

2　负脉冲MWD 在泡沫钻井液中使用应解决的问题

1)泡沫钻井液中泡沫的含量及其均质程度对信号传输的影响程度　泡沫流体是气液两相的稳定均相流,其结构、尺寸和泡沫质量数随压力和温度有一定变化,通用的表述固、液两相流体密度的方法和气体密度的方法,已无法描述其密度变化情况。在一定的压力下,如果钻井液通道中气泡含量大于20%,气泡对钻井液脉冲信号产生的衰减将导致地面压力传感器无法检测到压力波动,限制钻井液脉冲传输方式MWD 的使用。

如果气泡含量小于20%,由于压力的作用,钻井液中气泡在钻拄内部比较均匀,并随深度、温度呈线形分布。根据波传导的特性,钻井液脉冲不会受到影响,只要保证MWD 下部总压耗大于215M Pa ,也就保证了信号幅度满足译码要求,信号经衰减后仍能被地面压力传感器检测到,这样为负脉冲传输方式MWD 系统在泡沫钻井液中的正常使用创造了条件。

2)探管选用新的程序芯片,解决因井下压耗的变化而改变工作方式的问题　为适合在泡沫钻井液中使用MWD ,引进测量短节SEA 中的167#芯片,这种工作方式比较适合于负压钻井,不会因井下压耗的变化而改变工作方式,并且在发完一组静态测量数据后,过15min 再重发一组,避免了由于气泡导致泵压在短期内无法正常稳定而影响MWD 正常使用的问题。

3　实例分析

草古1002平5水平井位于胜利油田草桥地区,造斜点井深529101m ,完钻井深1427m ,靶点垂深862180m ,全井水平位移730192m ,水平段长403124m 。水平段为草古区块奥陶系潜山地层,岩性为灰色块状微裂缝或裂缝性灰岩夹薄层泥灰岩、生物灰岩,存在不整合面,渗透率变化大,地层压力系数较低(018～0199),易发生漏失。水平段施工中,根据地层压力范围,钻井液采用可循环泡沫钻井液,主要是复合发泡剂和青石粉,设计钻井液比重0190～1100g/cm 3。该钻井液体系性能稳定,能防止漏失,携岩和悬浮岩屑能力较强,滤失量较低,有利于提高钻速,保证井口安全顺利,对油层伤害小。

第一趟钻:钻头水眼12mm ×3个。该水眼组合在完全液相钻井液中,井下压耗能保证仪器正常工作。下钻到底配完钻井液后,开单泵钻进,泵压10MPa ,信号正常。但在替换钻井液的过程中,泵压先降到5MPa ,最后降到215～3M Pa ,此时脉冲发生器压力开关时断时开,处于临界状态,此时仪器无法继续工作。在单泵工作期间,脉冲信号有滞后现象,无法正常译玛,需要人工译玛。

通过分析认为,由于钻井液气泡的影响,使其与完全液相中情况并不相同,因而压差不够,脉冲发生器无法正常工作,决定起钻换10mm ×3钻头水眼,以减小钻头水眼,提高压耗。

第二趟钻:10mm ×3钻头水眼。下钻到底,开单泵后信号正常,泵压4M Pa ,仪器能正常工作,但仍有信号滞后现象,造成译玛错误。旋转钻进2个单根后做静态测量时,泵压又下降到215M Pa ,压力开关时断时开,处于临界状态,无法得出静态测量值。原因为钻井液中气泡含量并不均匀,气泡在不同井段大小也不相同,在地面气泡含量最大,这样钻井液泵达不到真实的排量,其真实排量只有原来的1/3,打不上泵压,井下压耗低,MWD 无法正常工作。经研究,决定开双泵钻进,以提高泵压,但开双泵后,虽能保证仪器进行测量,但开双泵容易憋漏地层,故采用复合钻井时使用单泵,滑动钻进或测量时使用双泵的方法,保证了该欠平衡水平井钻进的顺利施工。用双泵滑动钻井时泵压7～8M Pa ,此时,仪器工作正常,信号正常,信号滞后现象也不再出现。虽然在以后的工作中,由于钻井液性能(主要是气泡含量)极其不稳定,造成泵压变化较大,高压14M Pa ,低压3MPa ,但采用以上方法后都能保

证提供准确的测量数据,顺利钻完进尺。

(下转第366页)?363?第30卷第1期匡立新等:负脉冲MWD 的原理及其在可泡沫钻井液中的应用　

泄压速度小于017M Pa/min 。等候5min ,关闭放气阀,打开流量计阀,用气体流量计测气体泄漏量10min ,泄漏量不超过0105m 3/min ,说明该项功能符合A PI 标准。

3　现场应用情况

为了验证井下安全阀液压控制系统在实际应用中的持久性、稳定性以及井下安全阀在实际应用中碟阀的密封性能,井下安全阀研制成功后,经过严格的室内试验,在浅海油田应用了25井次。到目前为止,25口井已安全生产近3年,在生产过程中,液控系统压力稳定,只受季节温度影响稍有升降,一般每5～7个月补压一次即可。液控系统泄压后,在50～85s 内,油管内停止出液,说明该井下安全阀安全控制的具有良好的可靠性。

现场应用证明,该井下油管安全阀的各项性能指标均能满足浅海井控要求,当出现异常情况如输油管线堵塞、井口倒塌时或因生产调节需要关井时,可从地面控制盘泄压关闭井下安全阀,避免油流外溢,保护平台操作人员的生命安全和海洋环境。[参考文献]

[1]SY643221999,浅海石油作业井控要求[S]1

[2]API 14A ,井下安全阀设备规范[S]1

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[5]冯久鸿,吴树林1滩海油田井下安全控制系统的研制和应用[J ]1中国海上油气工程,1999,11(4):10～121

[编辑]　弘　文

(上接第363页)

,信号滞后现象也不再出现,但信号的可信程度是一个问题?由于没有对照数据,只能根据仪器本身测量值来判断。如果传输对测量值有影响,那么同步脉冲的译玛也会出现错误,而事实上S1或S8均译玛正常,这可以说明,仪器测量结果的传输准确性还是有保障的。4　结论与认识

1)负脉冲随钻测量系统在草古1002平5水平井泡沫钻井液中的成功应用,证明负脉冲随钻测量系统在欠平衡钻井中是可以使用的。

2)使用双泵钻进,提高泵压,有助于负脉冲随钻测量系统在泡沫钻井液体系中的正常使用。由于钻井液中气泡含量并不均匀,气泡在不同井段大小也不相同在地面气泡含量最大,这样钻井液泵达不到真实的排量,其真实排量只有原来的1/3,井下压耗低,MWD 无法正常工作,而开双泵则能保证仪器进行测量。在这样的情况下,通过该方法,MWD 测量在草古1002平5水平井泡沫钻井液中的试用,取得了圆满成功。

3)泵压低时,信号滞后现象等问题有待进一步研究解释。

[参考文献]

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[编辑]　苏开科?663?　石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年2月