YST-48R型MWD仪器的Bt值异常分析与判断

乔传尚

(山东科瑞国际油气工程有限公司 山东东营)

YST-48R型MWD仪器的Bt值异常分析与判断

乔传尚

(山东科瑞国际油气工程有限公司 山东东营)

针对YST-48R型MWD(Measurement While Drilling)测斜仪的地磁强度Btotal值(简称“Bt值”)在测量过程中出现异常的问题,通过对测量时的环境因素进行分析,找出了使Bt值产异常的因素,总结了各个因素对Bt值的不同影响,以及对Bt值出现异常时的定性判断方法。为MWD工程师在今后的测量过程中,对YST-48R型MWD的Bt值出现异常,提供了判别方法和依据。

MWD;Bt值;无磁钻铤;钻井液;磁干扰

0 引 言

MWD技术的广泛应用,使我们在轨迹测量方面有了更好的测量工具,弥补了单点测斜仪的效率低、不能实时监测、测量参数少的缺点,也比有线随钻测斜仪更加简单、灵活,效率更高。但是MWD和单点测斜仪、有线随钻测斜仪一样,都属于磁性测量仪器,其测量的精度都受测量条件和环境因素的影响。MWD的测量精度直接影响到井眼轨迹的控制、中靶率以及与邻井的防碰问题,所以MWD工程师要具备对影响MWD测量精度的因素的分析和判断能力。北京海蓝公司生产的YST-48R型MWD的测量精度准确与否,主要是通过地磁强度Bt值来判断的。本文以YST-48R型MWD为例,介绍了在Bt值出现异常时,通过对测量环境的分析,找出影响Bt值因素的方法,以便采取相应的措施,来保证MWD的测量精度,为MWD工程师对测量精度的判断提供依据和方法。

1 YST-48R MWD仪器定向探管工作原理[1]

YST-48R MWD测斜仪是利用当地已知的重力场和地磁场做为基准定义方向参数,并利用定向探管坐标系与基准的相互关系计算出方向参数,因此需要建立探管测量头坐标系是很自然的。测量头坐标系如图1。X、Y、Z、O直角坐标系的XOZ平面与T形槽定位面平行,而Z轴平行于测量头轴向。三个加速度计Gx、Gy、Gz和三个磁通门Bx、By、Bz的敏感轴分别平行于OX、OY、OZ。因此,前者可以感受重力场的重力加速度在三个方向上的分量,后者感受地磁场在三个方向上的分量。然后在通过一系列的电路转换和计算,解算出工具面、井斜、方位、Bt等参数的值。

图1 测量头坐标系示意图

2 导致Bt值异常的因素

图2 磁场分布示意图

由MWD仪器工作原理可知,磁通门Bx、By、Bz测出来的是地磁场中X,Y,Z轴三个不同方向的地磁场分量值,由磁场分布示意图[2]如图2可知Bt=(Bx2+By2+Bz2)1/2。仪器是否受到磁干扰是通过Bt值来判定的,Bt值在无磁干扰的情况下的值为1,但在实际施工过程中很难做到无任何磁干扰,所以各个仪器厂家都给定了Bt值的误差范围,YST-48R MWD的Bt值范围是1±0.10。Bt值在此范围内可认为仪器工作状态正常,测出的数据值是可信的,否则,Bt值超出此范围说明仪器的工作状态是非正常的,此时测量出的数据是不可信的。造成这种情况的原因可归纳为2个,一是仪器本身出现故障;二是仪器受到外界磁干扰。外界磁干扰源主要有:钻井液、地层中的铁矿物、底部钻具组合、邻井、无磁钻铤被磁化等。

2.1 钻井液

钻井液对磁性仪器的影响主要是因为钻井液有一定的磁性,会产生干扰磁场,从而影响Bt值。钻井液中的磁性来源主要分为三部分,一是基浆本身会有磁性;二是加重材料如重晶石、钛铁矿等会产生磁性干扰;三是钻柱和套管磨损产生的铁屑会产生磁性干扰。钻井液产生的磁干扰存在于仪器周围,对磁通门Bx、By、Bz值都会产生影响,从而影响测出的方位角的准确性。钻井液磁干扰导致对方位角的测量误差如图3所示[3]。

图3 横轴磁场上1%的误差(刻度误差)造成的方位误差图

2.2 地层中的铁矿物

地层中的铁矿物对磁性仪器的影响也是很大的,在有铁矿物存在的地区使用YST-48R测量时,如果发现Bt值出突然出现异常,就要考滤铁矿物的影响因素,比如在赣西、湘东地区分布有赤铁矿;在东北、华北地区分布有磁铁矿;在河北、山西、安徽、云南、内蒙古等地均有铁矿[4];长垣的上侏罗系、四川盆地下三迭系飞仙关组和侏罗系上沙溪庙组等都含有磁性层[5]。铁矿物对YST-48R的影响有明显的特征,一般都是在地层的交界处Bt值突然出现较大的异常,从返出的岩屑成分中可以发现磁性矿物含量有明显增加,穿越这个层位后,Bt值就会正常。

2.3 钻 柱

钻柱都是由合金钢材制成的,能产生很强的干扰磁场,尤其是钻铤、稳定器、动力钻具和短钻铤等离MWD仪器较近的工具,产生的磁干扰极大,而且钻柱的磁干扰是一直存在于整个MWD测量过程中的。如果无磁钻铤的长度不够,或是对磁干扰的屏蔽能力不强,那么钻柱产生的磁干扰就直接影响MWD的测量,使Bt值出现异常,此时测量出的方位角、磁性工具面、地磁倾角等值都不够准确。

2.4 邻井套管

邻井套管的磁干扰在丛式井中表现尤为突出,丛式井中各井口间的距离比较近,陆上丛式井各井口间距离一般3 m～5 m,海上平台各井口之间距离更小,海上平台结构一般为5×7、5×8、4×9的丛式平台结构[6],井距1.5 m×1.7 m,4×9海上丛式平台结构如图4。MWD探管在井下离磁性物体3m则磁干扰无明显影响[7],在丛式井钻进过程中,当与邻井的距离小于3 m时,出现Bt值异常,就要考滤邻井套管的磁干扰因素了,另外这也是与邻井防碰的一个前兆,此时要采取相应措施,以避免事故发生。

图4 4×9海上丛式平台结构示意图

2.5 无磁钻铤磁化

目前制作无磁钻铤的材料主要有蒙乃尔合金、铬镍合金、铬锰为基础的奥氏体合金、敏铜合金、SMF无磁钢等[8],合格的无磁钻铤能屏蔽磁干扰,为磁性测量仪器提供一个无磁干扰的测量环境,保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。无磁钻铤在使用过程中,其屏蔽磁干扰的能力也会逐渐下降,当无磁钻铤的相对磁导率(磁导率是用来衡量物质导磁能力的物理量,通常把某种物质的磁导率和真空的磁导率的比值叫做该物质的相对磁导率)大于1.010时[9],就不能更好的屏蔽磁干扰了,如果长时间使用相对磁导率大于1.010的无磁钻铤,无磁钻铤就会被磁化,此时无磁钻铤非但不能屏蔽磁干扰,而且本身也会产生磁干扰,从而使Bt值产生异常。

3 Bt值异常的判断方法

Bt值出现异常时首先要判断是来自仪器横向的磁干扰还是来自轴向的磁干扰,由MWD工作原理可知,Bz表示探管检测到的轴向的磁场分量,Bx、By表示探管检测到的横向磁场强度分量,由此可知如果Bz出现异常说明磁干扰来自仪器轴向,如Bx、By值异常则说明磁干扰来自仪器横向。

由公式1[10]计算出真实的仪器轴向磁通门传感器分量Bz_calc,然后将Bz_calc的值与MWD仪器实测出的轴向磁通门传感器分量Bz比较,如果两数据吻合,说明Bt值异常是由于仪器横向受到磁干扰引起的,此时就要分析与邻井套管的距离是否过近、所钻地层中是否含有铁矿物等;如果两数据差别较大,说明仪器轴向也受到磁干扰,此时要考滤无磁钻铤是否被磁化、无磁钻铤长度是否合适、钻井液中是否含有磁性物质等。

式中,Bz_calc为真实的轴向磁通门传感器的分量;Btotal_actual为井口本地真实磁场强度;Dip为本地的磁力线倾角;AZI为实测方位角;INC为实测井斜角。

4 应用实例

在延长油田铁53-13井施工过程中,该井是丛式井组中的第3口井,在井深1 125 m时,Bt值开始出现异常,测量数据如表1。Bt值出现异常之后,通过公式1的计算,判断出是仪器横向受到磁干扰,因为是丛式井,所以当时首先考虑到的原因是邻井套管的干扰,但是从防碰图上来看,该井与邻井的距离8.43 m,这个距离是安全距离,不会对仪器产生影响,然后就对返出的岩屑进行分析,该层位并不含有铁矿物,排除了地层铁矿物产生磁干扰的可能。将钻具起到井深1 100 m,重新测量,发现Bt值正常,由此说明仪器本身没有故障。最后,又重新从邻井套管着手分析,因为该井组的前2口井是由其他公司提供的定向技术服务,防碰图也是他们画的,当时怀疑防碰图有错误,于是就按上2口井的电测数据,重新画防碰图,新画的防碰图与原防碰图相差很大,原防碰图数据确实有误,从新防碰图上看,该井与邻井距离只有0.93 m,采用重力工具面,对井身轨迹进行防碰调整后,Bt值恢复正常,由此可见井深1 125 m时出现的Bt值异常是由于邻井套管产生磁干扰引起的,正确判断导致Bt值异常的原因,在钻井施工过程中十分重要,尤其是在防碰方面能给技术人员提供很好的帮助。

表1 Bt值异常时测量数据

5 结论与建议

为了避免MWD仪器的Bt值出现异常,以保证测量数据的准确性,在日常施工过程中,工程技术人员应注意以下几点:

(1)在钻井液中不要使用含有磁性物质的材料,如果必须使用时,应告知MWD工程师,在测斜前将井内含有磁性物质的钻井液置换出来,以避免钻井液磁干扰对MWD的影响。

(2)要正确选择和使用无磁钻铤,在不同地区、不同的井斜角和方位角时,要选用不同长度的无磁钻铤。在日常施工中,要对无磁钻铤进行定期的检测,对相对磁导率不在合格范围内的无磁钻铤,要进行更换,不能再作为无磁钻铤使用,可以作为普通钻铤使用。

(3)MWD工程师要在施工前,对地层中是否含有磁性物质要有一定的了解,以便当Bt值在该地层中出现异常时,能及时的做出判断。

(4)MWD工程师要掌握邻井资料,并在施工中做好防碰扫描,以避开邻井套管的磁干扰对MWD仪器的影响。

[1] YST-48R泥浆脉冲随钻测斜仪使用说明书.北京海蓝公司,2009(资料)

[2] 王清江,毛建华,韩贵金,等.定向钻井技术[M].北京:石油工业出版社,2009

[3] Torgeir Torkildsen,谷 凯,严新新.钻井液对MWD磁性方位和井眼位置的影响[C].SPE/IADC 87169

[4] 第二篇矿产地质调查[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/2d265e3f5727a5e9856a616f.html.2010-12-01

[5] 磁异常的解释推断与磁力勘探的应用[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/2a44e8c24028915f804dc27a.html.2010-12-01

[6] 魏 刚,张春琳,邵明仁.小井距密集丛式定向井防碰技术[J].内蒙古石油化工,2010,20(2)

[7] 李根奎,陈小元.江苏油田实钻井眼轨迹误差因素初探[J].小型油气藏,2008;13(3)

[8] 李诚铭.新编石油钻井工程实用技术手册[M].北京:中国知识出版社,2006

[9] ANSI/API规范7-1,旋转钻柱构件规范[S].美国石油协会,2006

[10] 王明哲,陆 斌,于跃军.Sperry-Sun MWD轴向磁干扰的解决方法及应用[J].石油仪器,2008;22(2)

Measurement and analysis of abnrmal Bt value of YST-48R MWD.

Qiao Chuanshang.

In view of some problems of unnormal Bt(field strength of Earth magnetism)value when YST-48R MWD is used factors of unmormal Bt value are foumd.Influence of various factors on Bt value is summed up by analysing environmental factors.For the MWD engineers,this article provides them with a method to analyze the Bt value of the YST-48R in their future measurement.

MWD;Bt value;non-magnetic drill collar;drilling fluid;magnetic influence

TE271

B

1004-9134(2011)04-0023-03

乔传尚,男,1981年生,钻井工程师,2003年毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业,现在山东科瑞国际油气工程有限公司从事定向井工作。邮编:257067

2011-03-24编辑刘雅铭)

PI,2011,25(4):23～25

·计算机与通讯技术·