长庆区域钻井随钻测量工具现状及需求

田逢军，郝宁，陈琪，王万庆，丁黎

(1.川庆钻探长庆钻井总公司，陕西 西安 710000；2.长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710000)

0 引言

随钻测量技术最早兴起于国外，到1980年Schlumberger公司推出第一支随钻测量(MeasureWhileDrilling)工具M1，仅能提供井斜、方位和工具面测量。定向钻井技术的研发促进了MWD工具的快速发展，使其在数据传输速率、稳定性、耐磨性、工作频率可变、抗振性、体积更小等方面表现逐渐变优异。随着高斜度井、水平井、 大位移井的增多，随钻测量工具与钻井工具组合形成类似于常规电缆测井，并能够将实时数据传输地面的随钻测井(Logging WhileDrilling)技术[1]。 随钻测量技术包括地面和地下测量两部分，井下系统包括供电、测量、信号发生和数据传输四部分。井下系统一般由电池或涡轮供电。电池供电有持续供电优势，但作业时间一般较短；涡轮供电则需要在开泵工作的条件下实现供电，但其适应各种排量和耗电量较大的工作环境。测量部分(MWD)可提供钻井轨迹的井斜、方位、 工具面等参。MWD工具与某些特殊功能的测量短节组合可测量伽马、电阻率、钻压、扭矩、环空压力、环空密度、环空温度等参数。这些数据通过MWD信号传输至地面，这些测量短接通常称MWD外挂仪器。

国内随钻测量技术较国外起步较晚，2000年左右国内生产常温无线随钻测量工具，并陆续在油气田使用，2004年以后大规模使用，测量精度都能满足钻井轨迹控制需要，随钻技术的发展应用促进了钻井技术的大飞跃，钻井速度明显提高、并且水平井向规模化应用发展。近年来，国内的随钻测量工具不断的发展，高温高压工具已经成熟应用。近钻头地质测量等方面也有了很大发展，取得了一些成就，但与国外仍有很大差距。主要传输速率比较低等。

1 长庆区域主要特点

长庆油田凭致密气、页岩油规模开发打破“天花板”— 驱动“三低”油气田高质量发展，陇东国家级页岩油示范区建设支撑庆城10亿t大油田开发，致密气是我国最大的致密气产地，油气并举，项目众多，作业井井型多样化、垂深变化范围1 000～4 600 m，平均井温100 ℃，整体呈现出钻井成本低、速度快、容错空间小的特点，随钻仪器以国产下座键仪器为主，兼顾部分进口仪器及国产上悬挂仪器。常规井提供随钻定向服务及工程测量，水平井提供随钻定向及伽马测量；开窗侧钻井提供陀螺服务及小径仪器随钻测量及定向服务；使用的随钻测量工具大部分传输速率1 bit/s以下。

目前开发的井型水平井占比比较大，大平台大井丛工厂化钻井，大偏移距，长水平段取得突破，钻探长水平段的能力受多种因素影响，技术进步的关键是能够在一趟钻中精确地钻进更长井段。这要通过提高定向钻井工具的可靠性来实现，包括马达、随钻测量和旋转导向系统(RSS)。

2 主要存在的问题及挑战

2.1 水平井大规模多层系开发，地质条件不一

为了钻遇地质“甜点”随钻地质调整频繁等特点。需要随钻地质导向工具，随钻近钻头地质导向工具帮助地质工程师及时研判地层岩性等目的层情况。根据地层钻遇情况及时调整实钻提高钻遇率。

2.2 塌漏矛盾，提前加重等问题突出

超前注水区，为维护井壁稳定及防漏需要，钻井液比重比较高。气田 “双石层”坍塌、刘家沟漏失，油井部分区块侏罗系漏失严重，水平段目的层裂缝或断层导致井漏严重，目的层钻遇泥易坍塌，部分区块井温120～140 ℃；能满足添加堵漏剂及加大比重下使用。

2.3 投资逐年下降、运营成本升高，经营压力大

甲方单井勘探投入整体呈下降趋势；受原材料涨价、人工成本增高、环保需求升级的影响，施工单位整体运营成本大幅度增加；施工难度越来越大，甲方技术需求逐年升高，产品换代升级投入需要资金大；低成本提速提效格局下造成仪器NPT时效几乎无“容错空间”。钻井成本低，仪器方面投入减少，大量仪器超负荷使用。

2.4 全面“激进钻井”

优选大功率螺杆，大钻压、高转速全面推广、大排量规模化应用；钻井参数不断优化，机械钻速显著提高。钻井周期缩短。随钻测量仪器使用频率高，使用时间长，国产仪器故障率明显提高，主要体现为高震动、高冲刷带来的探管夹表损坏、脉冲器机械件提前冲蚀等系列问题。近年来整体故障率较激进参数推广前增加50%以上，严重制约着钻井后续提速。随钻测量工具需适应钻井环境的变化。

2.5 小井眼，绿色环保钻井

因绿色开发及环保要求，老井侧钻井及部分井需要小井眼完成，钻头尺寸变小，钻具及随钻测量工具外径也要相应变小。

2.6 进口随钻测量仪器“卡”脖子

近年，国产随钻测量仪器在不断的改进，但仍存在功能单一、故障率高，稳定性不足的问题，与进口仪器还存在较大差别。

部分进口仪器存在保养维修周期长、费用高、工具储备不足等情况。以三大油服为例：借助旋转导向、近钻头工具、LWD等工具垄断，价格高、合同条款要求严，甚至出现过工具作业费用高于钻机费用的情况。

3 对随钻测量仪器的需求

3.1 传输速率方面，随钻测量工具

不仅要满足测量钻井轨迹数据，钻井地质导向及工程参数仪等外挂工具，需要应用无线随钻测量仪器传输井下测量数据，国产随钻测量工具使用机械脉冲器，传输速率在1bit/s以下，传输的数据越多，传输速度越慢。传输速率，数据解码失真等问题成为拦路虎。

3.2 测井方面

国际项目随钻测井逐步成为标配，最新数据显示，国际上近50%常规测井工作量逐步被随钻测井取代，随钻测井的前提是高速化的数据传输能力，基本达到3～6 bit。国产随钻测量工具目前还达不到。

3.3 仪器稳定性、功能性改造方面

国产仪器Tensor通讯协议比较多[2]，具有操作简便、使用维护费用低、钻探公司保有量大等特点，但该仪器结构决定了减震效果差、特别是激进钻井后故障率大幅增加。尽管不断的改进、改造、抗冲蚀研究等但仍不能满足需要，为钻井一趟钻和提速提效的拦路虎。部分井仪器震动剧烈、相当一部分井需要加入堵漏材料，对仪器抗堵、抗震，稳定性要求比较高。

3.4 小型化、轻量化、无线化及模块化方面

小井眼钻井，常规45～48 mm杆径仪器呈现出压耗大，抗冲蚀、耐振动性能差的问题，仪器连续故障多次发生。严重影响钻井速度及降本增效。需要φ38～42 mm小径仪器，开窗侧钻井使用小径仪器后故障率较常规仪器低75%左右。国内油田现场技术人员普遍不足，单井现场技术服务人员有限，需同时兼DD及MWD。需要仪器轻量化方便拆卸、安装；随着信息化进程的推进，仪器地面连接线存在高空临边等危险性较大的作业且连接线易夹断老化等系列问题。因此对仪器地面链接无线化改造需求较高；为方便仪器的故障快速诊断，维修及保养，仪器内部核心部件模块化、批量化生产。用户单位根据需求，自主进行检测、更换，减少维修周期、提高仪器作业效率

3.5 外挂工具传输方面

油田水平井，大平台大井丛，长水平段，大偏移距钻井施工，特别是超低渗油田，页岩油、致密气的钻井开发，储层薄，储层不确定性增多，钻进过程需要地质导向地层识别工具相结合，减少地质循环及等指令，引导钻头在目的层中精准钻进，才能提高钻遇率，提高钻井效率。进口工具地质识别效果好，甲方认可度高，但价格高昂。国产工具完成功能性试验，但商业化应用还需进一步验证。为防止井下复杂及事故发生，需要使用井下参数仪、工程测量工具等外挂工具，实时检测钻头、钻具情况。

3.6 随钻测量工具所需能量及电池安全问题

由于仪器的超负荷使用，激进参数钻井，使用外挂的地质导向工具，仪器使用要满足一趟钻等提速提效需求，需要电量比较大，单电池使用时间短造成电池原因起下钻，一般使用双电池，但电池安全问题也比较突出。近年，电池在井下及地面发生爆炸时有发生，极少数的地面爆炸后对操作人员造成伤害，一方面要电池电量大使用时间长，另一方面电池更安全。使得电池的安全隐患大增，需要更安全的电池。仪器涡轮发电机可以替代电池，使用较为安全，但同时又存在停泵状态不能测斜的问题。

4 随钻测量工具标准问题

现有随钻测量仪器标准多以厂家为主，缺少第三方权威机构建立一套整个行业的通用技术标准。各厂家标准不统一；各钻探公司标准不统一；仪器作业环境要求、电路板使用报废标准等关键条款无第三方理论支撑；钻探公司提出采购、维修、配件、服务等技术需求无标可依。与随钻测量仪器厂家易产生技术“争论”。仲裁难度大，需要建立随钻测量仪器行业标准。

随钻测量仪器电池标准目前也不统一，厂家对自己的电池标准保密，出现电池爆炸等安全问题发生，同时低成本钻井，仪器的超负荷运行都为仪器及电池的安全埋下隐患，建议由第三方权威机构建立随钻测量工具电池的参数通用标准及检测办法，规范使用标准。保障随钻测量工具的健康发展、安全发展。为石油钻井行业发展做出贡献。

5 结语

(1)随钻测量工具的更新换代迫在眉睫，首先需要高的传输速度，高速脉冲发生器。传输速率达到3bit/s以上；

(2)国产化的近钻头测量工具及地质导向工具需进一步突破，规模化应用，提高地质识别能力；

(3)随钻测量工具的高可靠性和稳定性。适应激进钻井需要，这要求电子元器 件具有耐高温、耐高压、大存储容量、抗磁干扰等特征。能适应复杂条件下的随钻测量，如高斜度、薄储层、小井眼甚至更恶劣环境下的测量；

(4)测量范围更大、更全面、更精确、可视化。这在探边和成像技术中运用较多要求较高；

(5)我国的随钻测量技术与国外的技术相比还相对比较落后。没有行业技术标准及检测机构。不利于该项技术的发展。