楊文景，周智勇，閆國興，黃衍福，張春華，潘興明

（北京石油機(jī)械廠，北京100083）

有線傳輸式近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)用

楊文景，周智勇，閆國興，黃衍福，張春華，潘興明

（北京石油機(jī)械廠，北京100083）

在CGDS172 NB近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中，近鉆頭的地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)通過無線電磁短傳方式傳輸至MWD系統(tǒng)。無線短傳容易受井底復(fù)雜工況干擾，在有些地層介質(zhì)的干擾下，信號(hào)衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致信號(hào)傳輸失敗。為了使M WD系統(tǒng)得到高質(zhì)量的信號(hào)，采用有線傳輸?shù)姆绞剑ㄟ^在測傳短節(jié)、下過渡接頭、上過渡接頭、螺桿馬達(dá)、旁通閥總成之間建立有纜通道，研制出了有線傳輸式近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。介紹了有線傳輸式測傳馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特征。實(shí)踐證明，有線傳輸方式不僅節(jié)約成本，而且使信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)，可靠性更高。

導(dǎo)向鉆井；隨鉆測井；有線傳輸

地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是近年來國內(nèi)外鉆井工程界的一項(xiàng)高新技術(shù)，集鉆井、測井及油藏工程技術(shù)為一體，在隨鉆過程中既可以測量工程和地質(zhì)參數(shù)，又具有導(dǎo)向功能［1］。它在提高油氣探井的發(fā)現(xiàn)率和在水平井、大位移井、多分支井中提高鉆遇率、采收率，從而最終降低噸油成本方面發(fā)揮重要作用。國外高度壟斷此項(xiàng)技術(shù)，只提供高價(jià)技術(shù)服務(wù)而不出售產(chǎn)品。2005年底，中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院研制成功國內(nèi)首套CGDS172 NB近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。為了盡快實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，形成研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)的完整體系，中國石油集團(tuán)決定在中石油鉆井工程技術(shù)研究院北京石油機(jī)械廠進(jìn)行近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

CGDS172 NB近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)（簡稱CGDS172 NB系統(tǒng)）共有4個(gè)組成部分：測傳馬達(dá)、無線接收系統(tǒng)、正脈沖無線隨鉆測量系統(tǒng)和地面系統(tǒng)［2］。在CGDS172 NB系統(tǒng)中，測量短節(jié)測量的近鉆頭地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)需要準(zhǔn)確及時(shí)的傳輸?shù)組WD系統(tǒng)。目前此系統(tǒng)的傳輸方式采用無線電磁短傳傳輸，將測量短節(jié)測量的近鉆頭信息跨井下馬達(dá)、萬向軸總成（總長約10 m）傳給無線接收系統(tǒng)，無線接收系統(tǒng)與MWD系統(tǒng)對(duì)接，再由MWD系統(tǒng)傳送到地面［3］。無線短傳容易受井底復(fù)雜工況干擾，振動(dòng)頻繁、沖擊不斷，在有些地層介質(zhì)的干擾下，信號(hào)衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致無線傳輸失敗。因此，嘗試采用有線傳輸?shù)姆绞?，研制出有線傳輸測傳馬達(dá)。

1 有線傳輸測傳馬達(dá)的研制

1.1 總體設(shè)計(jì)思路

在鉆井過程中，井下信息傳輸方式通常采用兩種方式：一種是有線傳輸；另一種是無線傳輸。相對(duì)而言，有線傳輸具有很多優(yōu)勢：傳輸穩(wěn)定、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高等［4］，但制造工藝復(fù)雜。針對(duì)無線短傳有時(shí)失敗的問題，嘗試采用有線傳輸方式，也就是將測量短節(jié)內(nèi)的傳感器測量的近鉆頭的地層信息通過“電纜”傳輸至 MWD系統(tǒng)，這些“電纜”要“埋”在測量短節(jié)至MWD系統(tǒng)之間每個(gè)機(jī)械零件上，建立有線信道。需要建立測傳馬達(dá)中各個(gè)短節(jié)（測量短節(jié)、下過渡接頭、上過渡接頭、螺桿馬達(dá)、旁通閥總成）的有纜通道，如圖1所示。

圖1 測傳馬達(dá)的有纜通道

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1） 過連接螺紋的密閉電纜通道設(shè)計(jì)。在不影響零件強(qiáng)度的條件下，在測傳馬達(dá)殼體內(nèi)加工細(xì)長孔，用于布置電纜，并且還需要建立過連接螺紋的密閉有纜通道［5］。如果在井下作業(yè)時(shí)，電纜通道出現(xiàn)泄露，高壓的泥漿會(huì)流入測量短節(jié)，破壞電器元件，使測量短節(jié)無法測量，致使整套系統(tǒng)無法工作而起鉆，損失非常嚴(yán)重。

2） 螺桿馬達(dá)的有纜通道設(shè)計(jì)。螺桿馬達(dá)的定子內(nèi)部壓制有橡膠，外部有金屬定子管體，比較容易建立密閉的有纜通道。

3） 旁通閥總成的設(shè)計(jì)。不影響旁通閥性能的前提下，可通過加長旁通閥殼體，在旁通閥芯部的前部增加芯部總成，實(shí)現(xiàn)旁通閥與MWD系統(tǒng)對(duì)接。同樣，在旁通閥殼體內(nèi)建立密閉的有纜通道。

4） 新設(shè)計(jì)通信控制單元。原通信控制單元為無線傳輸方式，將設(shè)計(jì)的有線傳輸?shù)目刂茊卧踩氲街眰鳒y量短節(jié)的控制系統(tǒng)，將引入測量短節(jié)的電纜與通信控制單元連通，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有纜傳輸。

1.3 有線傳輸系統(tǒng)與無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比

CGDS172 NB系統(tǒng)的有線傳輸與無線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成如圖2所示。通過比較，有線傳輸可省去無線傳輸?shù)腃GDS172 NB系統(tǒng)中的無線接收系統(tǒng)。無線接收系統(tǒng)是1根獨(dú)立的短節(jié)，內(nèi)部封裝有用于接收信號(hào)的天線裝置及用于將信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、糾錯(cuò)、解碼等的電路組、電池組等，接收本體采用無磁材料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高，電路器件費(fèi)用高，所以成本較高。

圖2 有線傳輸與無線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)比較

2 應(yīng)用實(shí)例

2013 年，有線傳輸式CGDS172NB系統(tǒng)在某油田的3口薄油層水平井應(yīng)用，都取得了很好的效果。以某井為例，需要在1 668～2 423 m井段進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)，以隨鉆電阻率、自然伽馬作為油層判斷參數(shù)，如圖3，實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡并跟蹤油層。

圖3 某井隨鉆伽馬、電阻率測井曲線

儀器在井口測試正常后開始下鉆，復(fù)測井段1 635～1 668 m，信號(hào)正常，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。復(fù)測完畢，開始定向鉆進(jìn)。儀器工作正常，脈沖信號(hào)良好，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。當(dāng)鉆進(jìn)至1 710 m，井斜89.14°，方位179.63°。測井曲線顯示1 689～1 696 m井段近鉆頭電阻率由45Ω·m下降至15Ω·m，伽馬值由80 API上升至100 API。地質(zhì)導(dǎo)向人員要求伽馬以上、下方向分兩次復(fù)測1 685～1 708 m井段，判定好油層位置。復(fù)測1 685～1 708 m井段，結(jié)果顯示上伽馬方向，1 690 m處伽馬值為80 API，1 693 m處升至95 API左右；下伽馬方向，1 695 m處時(shí)伽馬值80 API，1 699 m處升至95 API左右。判定油層位置在下方。工程人員接地質(zhì)指令：要求在2～3個(gè)單根內(nèi)將井斜降至89°，進(jìn)入好油層后將井斜控制在89.5～90.0°。當(dāng)井深由1 710 m鉆進(jìn)至1 720 m，測井曲線顯示1 712 m的伽馬值105 API，1 718 m伽馬值降至80 API，完全進(jìn)入好油層。當(dāng)鉆進(jìn)至井深2 009 m，井斜88.57°，方位179.29°，近鉆頭電阻率11Ω·m，伽馬值95 API左右，巖屑中深灰色泥巖增加。這時(shí)，地質(zhì)導(dǎo)向人員要求復(fù)測2 004～2 009 m井段，判定好油層位置。當(dāng)復(fù)測2 004～2 009 m井段，結(jié)果顯示上伽馬方向，伽馬值為78 API；下伽馬方向，伽馬值95 API左右。這時(shí)工程人員接地質(zhì)指令：井深2 007 m，井斜88.57°，方位179.29°，巖屑中深灰色泥巖增加，要求工程人員3～4個(gè)單根內(nèi)增斜至91°后穩(wěn)斜鉆進(jìn)。當(dāng)儀器鉆進(jìn)至井深2 087 m，井斜90.68°，方位181.68°。在儀器鉆進(jìn)至井深2 010～2 087 m井段，近鉆頭電阻率由11Ω·m升至21Ω·m，伽馬值由95 API降至75 API左右，并且呈現(xiàn)出電阻率繼續(xù)上升，伽馬值繼續(xù)下降的趨勢，進(jìn)入好油層。鉆進(jìn)至井深2 423 m，完鉆。圖3為儀器在工作過程中隨鉆伽馬、電阻率測井曲線圖。

整個(gè)施工期間，地質(zhì)導(dǎo)向人員2次通過方位伽馬判斷油層位置，使井眼軌跡始終保持在好油層中，達(dá)到了100%鉆遇率。

此次應(yīng)用，儀器連續(xù)使用148 h，使用井段為1 668～2 423 m，累計(jì)進(jìn)尺755 m，提供了788 m的地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)工作，儀器工作正常，性能穩(wěn)定，脈沖信號(hào)良好，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，一趟鉆完成鉆井服務(wù)任務(wù)。

在使用有線傳輸?shù)腃GDS172 NB系統(tǒng)過程中，實(shí)時(shí)電阻率和伽馬曲線圖與地質(zhì)撈砂地層解析圖匹配良好。通過調(diào)整儀器的姿態(tài)以及分析方位電阻率與伽馬的變化，及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出好油層的位置。鉆進(jìn)過程中充分發(fā)揮了儀器有線傳輸?shù)膬?yōu)勢，信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)及儀器本身離鉆頭近的優(yōu)點(diǎn)，在“多、廣、薄”的儲(chǔ)層中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)論

1） 通過將此前用MWD系統(tǒng)和無線接收短節(jié)對(duì)接來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，改進(jìn)為“有線傳輸”的測傳馬達(dá)后，測傳馬達(dá)與MWD系統(tǒng)直接對(duì)接，省去昂貴的無線接收短節(jié)，節(jié)約大量制造成本。

2） 測傳馬達(dá)的無線短傳方式改進(jìn)為“有線傳輸”的測傳馬達(dá)，信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)，可靠性更高，巖性適用性更好，特別是對(duì)高阻巖性，大幅提高了鉆井效率，同時(shí)降低了鉆井成本。

［1］ 蘇義腦.地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)概況及其在我國的研究進(jìn)展［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32（1）：92-95.

［2］ 王偉.CGDS172 NB近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在江漢油田的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2011，34（5）：34-36.

［3］ 李林.隨鉆測量數(shù)據(jù)的井下短距離無線傳輸技術(shù)研究［J］.石油鉆探技術(shù).2007，35（1）：45-48.

［4］ 張返立.有線傳輸技術(shù)特點(diǎn)分析和發(fā)展方向［J］.信息通信，2012（4）：204.

［5］ 肖仕紅，梁政.智能鉆井電纜信號(hào)傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀及難點(diǎn)［J］.石油礦場機(jī)械，2007，36（2）：15-18.

Application of Near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Transmission

YANG Wen-jing，ZHOU Zhi-yong，YAN Guo-xing，HUANG Yan-f u，ZHANG Chun-hua，PAN Xing-ming
（Beijing Petroleum Machiner y Factor y，Beijing 100083，China）

Near-bit geological and engineering parameters are trans mitted to MWDsystemthrough wireless electr o magnetic short distance trans mission in t he CGDS172 NB Near-bit Geosteering Drilling System.Wireless short distance trans mission is easily interfered by downhole complicated conditions，signal is badl y attenuated in so me stratu m and wireless trans mission failed.In or der to receive high quality signals f or MWD system，wire trans mission is used.The cable channel is established in t he measuring sub，lower transition sub，upper transition sub，power section by and pass valve and near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Trans mission is developed.This paper intr oduces the str uct ure of wire CAI MS（China Adjustable Instr u mented Motor Syste m）.It has been shown that wire trans mission not only can cut down cost，but also have the advantages of more stable signal trans mission，str onger anti-interf erence capability and higher reliability.

navigational drilling；logging while drilling；wire transmission

TE927.607

B

1001-3482（2014）06-0077-03

2013-11-05

楊文景（1979-），女，河北藁城人，工程師，碩士，2006年畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，現(xiàn)從事井下隨鉆儀器研究，E-mail：yangwenjing618520＠126.co m。