MWD磁干扰的判断和矫正

商森 连世鑫

中石化西北油田分公司石油工程监督中心 新疆 巴音郭楞 841600

目前钻井工艺多以定向井为主。轨迹控制的随钻测量（MWD）也成了钻井中常用的工具，用来获取井斜、方位等。不同的MWD仪器有着不同的测量精度，这不仅与仪器的质量有关系，还与MWD测量时所处的外在环境因素（如磁场强度）有着直接的关系。因此，在钻进过程中如何时MWD、随钻地质导向（LWD）等磁性传感器不受外在磁性的干扰，就成了工作中经常面对的问题。我们这里对如何辨别MWD受到磁性的干扰和收到干扰时，如何矫正做了简单的阐述[1]。

1 MWD 磁干扰的原因分析

MWD受到的磁干扰有很多种情况：（1）无磁环境不够或无磁环境被磁化；（2）地层岩性中含磁性矿物，如玄武岩；（3）钻井液中含磁性添加剂；（4）地层存在铁质工具干扰，如邻井套管，大型从式井组的表套，井下落鱼等等[2]。

2 MWD 磁干扰的判断方法

现在最简单的判断是否存在磁干扰的方法，是把本地的磁场强度大小和井下仪器测量得出磁场强度相比较，如果两者数值接近，则说明无磁干扰；如果差别较大，说明井下存在磁干扰。大部分磁干扰来自邻井套管、仪器本身出现问题、无磁环境受到破坏。用这种比较简单的方法在平时来判断是否有磁干扰，一般可满足钻井需要[3]。

首先地球磁场是一个矢量，MWD的工作原理，是通过探管内的磁力传感器测量得三个方向（用X、Y、Z表示3个方向）在磁场中的强度。测得的磁场强度用Bx、By、Bz表示，Bt表示当地的磁场强度。他们3者的关系图1和图2。

图1 MWD磁通门传感器测量方向示意图

图2 X、Y、Z轴地磁场强度示意图

图1中，X、Y轴分别代表探管的径向方向，而Z轴则代表探管的轴向方向。

图2根据矢量的平行司边行法则有：

Boxy =（Bx2+ By2）1/2

式中：Bx、By为探管在磁场径向方向得强度；Bz为探管在磁场轴向方向的强度。不难发现Boxy不仅是Bx和By的矢量和而且还是Bt的分量。

经计算得到的Boxy是探管在磁场中的径向合力，当受到磁场干扰，Boxy就会出现变化。Bz则反应着探管在磁场中轴向方向的变化，如果探管的无磁环境受到破坏，钻具被磁化，钻具上下的就会出现磁干扰，Bz的值就会出现变化。因此在定向钻井过程中，在稳斜井段，上下测点的井斜角和方位角应基本一致，若出现当前测点的Boxy和Bz较大偏差说明有磁性干扰，具体分2种情况：

（1）当钻井钻进至稳斜段时，在之前的Boxy和Bz都是正常测得的结果的情况下，最新测得的Boxy和Bz出现变化。如果Boxy数值相近，而Bz差别很多大，则说明轴向方向的磁性干扰很严重，有可能是无磁环境不足，无磁钻具被磁化、无磁钻具破损等。如果Bz数值相近，而Boxy差别很多则说明，怎么说明干扰来自探管的径向方向，比如，别如仪器损坏、玄武岩底层、或者邻近套管干扰等[4]。

（2）若没有之前测点得Boxy和Bz数据，可以根据设计中磁场强度和地磁倾角，和随便一个测点的井斜方位，通过公式计算出Boxy和Bz，然后在和异常测点所测出的Boxy还有Bz进行比较来得到我们想要的结果。

依据图3通过公式推导总磁场强 Bt如图 2所示：

图3 井眼方向与磁场方向夹角示意图

上述过程是在有井眼数据和知道该井的磁场强度的情况下，计算出Boxy和Bz，来分和测得的数值比较尔得干扰结果得。

在直井段时：

不论是直井段还是稳斜段，都可以用此法，计算并且判断干扰源。

3 矫正磁干扰

MWD得工作需要一个稳定的无磁环境，由无磁承压、无磁悬挂、无磁钻铤、无磁变径接头等提供。在实际钻进过程中无磁钻具在地磁作用下缓慢磁化。通过Russell研究发现，当无磁钻具长度大于3.05m时，径向磁干扰可忽略不计。无磁钻具大都是铬镍合金制成的，除次之外还有铬锰、敏铜等材质无磁钻具，由于材质不均，局部会出现剩磁和感应磁，俗称磁热点[5]。

3.1 校正径向磁干扰

VanDongen曾提出通过旋转360°钻具，通过比较来确定是否存在径向干扰。如图4，当钻具在同一位置时，测量仪器沿钻具方向旋转，若无径向磁干扰，测得随机2个Bx和By读数满足公式Bx2+By2=H，H是定值；有径向磁干扰时，磁热点对径向干扰是定值，钻具相对探管固定，可得到（Bx-Mx）2+（By-My）2=H。把Bx，By放在直角坐标系中，可得在径向干扰下，Bx，By关系为偏心圆。

图4 测量仪器钻具内受径向干扰示意图

矫正径向磁干扰后的磁通门读数为：

3.2 轴向磁干扰的解决方法

MWD测量数据是否准确，参考以下指标：三个重力加速度计的矢量和、三个磁通门传感器的矢 量和。依据测量数据求取矢量和，若测量值在0.997～1.003 G内，说明重力分量准确，若数值与当地地磁场强度误差在-0.02～0.02以内，说明磁力分量准确。

井身轨迹参数由下式求得

上式中，gx、gy、gz和Bx、By、Bz分别为重力分量和磁场分量ФG为重力工具面角，ФM为磁力工具面角。φ为方位角。

哈里伯顿公司的MWD提供了一种校正轴向磁干扰的短钻铤测量方式，在实际施工过程中，若无磁钻具长度不满足仪器需求，可选择短钻铤测量方式，以期能够校正轴向磁干扰引起的方位角不准确的问题。

具体测量方法如下：利用设计中当地磁场强度Bt、磁倾角θ、测得的三个重力分量和它们之间的几何关系来计算轴向磁力分量Bzc，将上述数据代入下式（9）得到9初始轴向磁力分量Bzc；将计算得到的初始磁力分量 Bzc 代入式（10）中，会得到新的方位角φc ，而此次的φc 也是不准确的，继续将其代入式（9）计算得到新的Bzc，然后在代入式（10）；当连续两次计算得到的φc 相差较小时，可以认为就是真实φc，循环迭代结束。

4 实例分析

某定向钻井过程中，在施工稳斜段时，上段井眼测得井斜角、方位角基本一致，没有太大变化，所测得的Boxy和Bz值也基本一致，Bz=-0.340，Boxy=0.814说明仪器正常无磁干扰发生。但是当钻进至3156m时，所测得方位角突然减小较多，由于在此之前一直以复合方式进行钻进，方位角不应该发生如此大变化，故重新复测，结果依然一样，认为存在磁干扰。对比测得的Bz和Boxy值，其中，Bz=-0.342，Boxy=1.124发现Boxy发生较大变化，存在径向磁干扰。在确认防碰和钻井液不存在问题后，认为地层原因引起的磁干扰，与地质录井进行了确认，经过邻井对比及岩屑分析，确认进入玄武岩地层。

5 结束语

（1）M磁场的干扰会极大的影响到MWD测斜仪，测得数据会和真实值有狠大的差别，造成很严重的后果，我们要尽力避免这种情况的发生。

（2）本文的定性和定量两个方面的分析结果，可以为现场施工人员提供判断是否存在磁干扰以及磁干扰来源的手段。

（3）引起MWD磁干扰的因素很多，在进行轴向磁干扰校正时，需要首先进行判断磁干扰的来源，确定径向不存在磁干扰，才能够采用文中的方法。

（4）由于无磁环境不够，而引起的轴向磁干扰问题，利用短钻铤测量方式能够有效的进行校正，其结果具有一定的可靠性。