座键式LWD 循环套技术改进与应用

杨晓峰

(中国石油集团油长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司 辽宁 盘锦 124010)

0 引 言

随钻测井系统LWD(Logging While Drilling)是在随钻测量系统MWD(Measuring While Drilling)上发展起来的一种功能更齐全，结构更复杂的随钻测量系统。LWD因为同时能提供定向参数和测井曲线，应用更加广泛，实时决策能力更强。而LWD 仪器的信号传输依赖于探管和泥浆脉冲发生器，并且很多仪器采用的是正脉冲座键式［1］。脉冲探管主要将传感器测得的井下参数按照一定的方式进行编码，产生脉冲信号。脉冲信号控制脉冲发生器伺服阀阀头的运动，利用循环的泥浆使主阀阀头产生同步的运动，同时就导致了主阀阀头与下面的限流环之间的泥浆流通面积发生变化，进而使得泥浆压力有规律地波动。施工中我们通过选择主阀阀头的外径和限流环的内径尺寸来控制信号强弱，因为限流环装在定位循环套里面，所以循环套的技术参数设计合适与否，直接决定了LWD 仪器入井后仪器是否有信号，以及信号的强弱［2］。

1 原厂LWD 循环套的技术缺陷

1.1 限流环存在掉落的风险

原厂的循环套采用的是双卡簧设计，限流环是“下部装入”的方式。限流环首先装进一个铜套筒里，然后下部以卡簧固定;之后铜套筒再装到循环套的里面，下部再以卡簧固定。如图1、图2 所示，由于泥浆对循环套进行正面的冲刷，卡簧存在一定程度的冲蚀，如果限流环卡簧损坏，则会导致限流环下沉，那么引斜的主阀头和限流环的相对位置改变，可能导致信号变弱或者干脆无信号;如果铜套筒的卡簧损坏，铜套筒下沉或者掉到循环套外，同样导致仪器没有信号，严重的时候如果铜套筒落到下部电阻率和伽马接头处，还容易造成伽马接头被砸坏，那么损失更大。曾经我们在一口设计4 000 m的深井中使用LWD 仪器，因为无信号起钻，发现限流环卡簧损坏了，我们不得不把LWD 甩到地面，用工具取出循环套，然后再进行维修，这不仅步骤复杂，而且费时费力［3］。

图1 原厂循环套铜套筒结构图

图2 原厂循环套下部结构图

1.2 信号强度抗干扰能力差

在6 in(1in=25.4 mm)井眼中，我们通常使用的循环套规格为79 mm 循环套。在钻进过程中，排量一般为800 L/min，泵压17 MPa ～19 MPa。为了提高仪器的信号强度，我们能够选择的原厂最小的限流环规格为Φ32.5 mm，主阀芯最大规格Φ28.5 mm，到底以后信号强度基本上在80 kPa ～150 kPa，抗干扰能力很差。一旦遇到螺杆憋压或者泥浆泵噪音高，立管压力稍有波动，泵噪音和仪器信号混淆在一起，导致地面设备不解码，信号质量、可信度、解码率连50%都达不到(见图3)，导致仪器和定向施工非常困难，严重影响了仪器的入井成功率。这时只能人为地倒泵或者停泵重开重新进行同步，浪费了宝贵的钻进时间［4］。特别在小井眼(例如6 in 井眼)长水平段的钻进中，漏涌同层，钻井监督需要根据现场条件频繁地调整泥浆的性能，有时候排量降到700 L/min，给仪器的正常施工提出了严峻的考验。

图3 泵噪音导致原循环套仪器入井解码困难

2 LWD 循环套的技术改进和应用

2.1 循环套限流环的技术改进

针对LWD 原厂循环套存在卡簧失效的难点，我们对循环进行了技术改进。改进型循环套限流环采取的是“上部装入”的方式，限流环下部有稳定的台阶支撑，这样就很好地解决了限流环下沉的风险［5］。同时，对改进型循环套进行脉冲发生器座键试验，保证主阀芯和限流环配合良好。限流环本体外部设计一个导槽，同时循环套本体上设计三个螺丝孔，然后以三个螺丝对限流环进行固定。循环套安装到LWD 里面也很简单方便，极大地提高了仪器的稳定性和可操作性。

2.2 优化限流环/主阀芯配合关系

想要得到更高的信号强度来抑制泵的噪音，就必须减小泥浆在限流环处的过流面积。在泥浆的排量一定的情况下，仪器的信号强度与限流环和主阀芯的配比关系成正相关。现场施工中，我们将限流环内径重新设计为Φ30.6 mm，这样主阀芯尺寸为Φ27.6 mm，同样在6 in井眼，800 L/min 的排量下，信号强度达到70 psi，如图4所示。这样，无论在定向还是复合钻进，或者上下活动钻具以及正倒划眼，泵噪音虽高达25 psi 左右，却依然处于脉冲信号的强度之下，对仪器的解码影响非常小，基本上做到“无人值守”，极大地提高了时效。

图4 改进型循环套仪器信号抗干扰能力强

3 结 论

1)改进型循环套彻底地解决了限流环掉落的难题，大大提高了仪器的入井成功率。

2)通过优化限流环和主阀芯的配比组合，提高了信号强度，抑制了信号干扰。

3)经过现场的实践，证明了改进循环套有效地保证了仪器的正常工作，这对于加快定井施工，保证井下安全具有重要意义。

［1］王 宇.辽河古潜山欠平衡钻井技术的应用［J］.特种油气藏，2004，11(11):61 -62.

［2］杨晓峰.CPR 随钻测井系统在薄油层中的应用［J］.特种油气藏，2011，18(2):129 -131.

［3］高 成. 水平井在杜84 断块超稠油开发中的优势研究［J］.特种油气藏，2002，9(6):47.

［4］任志杰.中曲率水平井入靶设计与控制技术［J］.特种油气藏，2006，13(5):82.

［5］杨晓峰.伊朗Azadegan 油田AZNN -004 水平井钻井技术难点及对策［J］.特种油气藏，2012，19(1):127 -130.