电磁波接力传输随钻测量系统研制与应用

无论是气体钻井的防斜打快还是定向井和水平井钻井,都必须有效监测和控制井斜,但目前采用的电磁波随钻测量系统却因传输深度受地层电阻率影响较大,特别是低电阻率地层信号衰减快,限制了其推广应用,如何提高传输深度则是问题的关键所在。为此,在国内首先提出"测量总成+中继电缆+发射总成"模块化的EM-MWD接力传输技术方案,并研制了一套电磁波接力传输随钻测量系统(CQEMWD-I型)。该系统电磁波发射总成位于钻柱中部,接收测量总成经中继电缆向上传输的测量数据,再以电磁波信号向地面发射,实现了电磁波接力传输,从而提高了测量传输深度。CQEMWD-I系统分别在气体介质条件下推广应用了6口井,钻井液介质条件下推广应用了4口井,遥测垂深达到3 841m,均获得了有效的测量数据。该系统研制和试验成功,突破了气体钻定向井、水平井轨迹测量的技术瓶颈,填补了该项技术的国内空白,达到国外同类技术的先进水平。     

电磁波随钻测量仪器测量效果影响因子分析

准确预测低频电磁波在地层中的信号衰减是改进井下仪器、优化施工参数进而提高电磁波随钻测量仪器遥测深度与工作可靠性的前提和基础。低频电磁波在地层里面传输受地质特征、钻井工况等多种因素影响,准确评价计算难度较大。为此,文章基于电磁波基本原理,借助有限元法,对电磁波随钻测量仪器低频电磁信号传输的衰减特性进行了研究,定量评价了钻井循环介质、钻井深度、地层电阻率、信号频率、下部钻具组合(BHA)、信号发射方式等因素对随钻测量效果的影响,为进行电磁波随钻测量仪器应用适应性评价和电磁波随钻测量技术改进提供了理论依据和技术支持。结果表明,电磁波随钻测量仪器电磁波信号强度沿井深成指数衰减,增加绝缘短节以下的钻柱长度、减少发射信号的频率有利于减少信号衰减,地层电阻率的增加有利于信号的传输。     

CEM-1型电磁波随钻测量系统的研制与应用

电磁波随钻测量技术是气体、泡沫等非液相钻井的重要测量技术手段。以CEM-1型MWD系统为基础,介绍了系统的构成和工作原理,分析说明了该测量系统的井下发射机系统、非对称偶极子钻杆天线模型、地面接收系统等关键技术,重点分析了低频电磁衰减规律。将该系统在大牛地气田D66-129井进行现场应用,应用结果表明,CEM-1型电磁波随钻测量系统能在钻井液钻井中的循环、起钻和下钻过程中测量和传输数据,并且不受钻井液性质的影响,在电阻率大于4Ω.m的地层传输深度可达3 081 m,工作时间约216 h。系统整体性能能够满足实际工作需要。     

气体钻井发电机涡轮设计与性能试验

近年,电磁波和微波随钻测量传输技术被应用于气体钻井井眼轨迹的测量与控制,但由于电池供电功率较低,无法满足大于3 000 m井深的随钻测控需求,井下发电机技术可有效提高传输功率,只是气体密度低且可压缩,涡轮和导轮构成的常规组件无法驱动井下发电机正常运转。文章在研究了二维流场中涡轮叶片的速度矢量三角形基础上,结合气体钻井工况分析了涡轮的输出转速、扭矩关系,提出借助行星轮机构提高涡轮输出抗扭特性的设计思路,设计出适用于气体钻井的井下发电机驱动涡轮,使发电机在负载改变时依然可维持稳定输出,并运用计算流体动力学软件(CFD)对涡轮进行全三维流场仿真模拟,通过测试装置验证了发电机的输出效果。结果表明：发电机稳态输出功率可达500 W,满足气体钻井随钻测量传输电磁波和微波传输的大功率需求。     

电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中的应用

BlackStar电磁波随钻测量系统具有不受钻井液影响、信号传输速度高、测量时间短等特点。论述了电磁波随钻测量系统在延平1井中的应用情况。介绍了随钻聚焦伽马在钻井中的作用和意义。结果表明,随钻环空压力能够在钻进过程中准确测量钻具与井壁问的压力;与常规无线随钻测量系统相比,电磁波无线随钻测量系统在煤层气等浅层水平井施工中具有较大优势。     

电磁随钻测量技术在泡沫定向钻井中的应用

常规的钻井液脉冲随钻测量仪器是以发射钻井液脉冲产生的压力波传输信号,无法在空气和泡沫等钻井液体系中传输,而电磁随钻测量系统为解决可压缩介质中信息传递提供了可能。分析了地层电阻率、表层金属套管、信号发射频率、环空钻井介质及地面环境对电磁信号的影响。CEM-1型EM-MWD在泡沫定向钻井中的应用结果表明:该系统传输性能基本不受钻井液性质的影响,在泡沫钻井过程中能很好地传输数据,且测试数据与测井数据相差很小。该技术在泡沫定向钻井中的成功应用可为类似可压缩钻井液体系中钻井提供参考。     

定向井空气钻井和测量技术应用探讨

定向井在石油开采领域应用较广,定向井空气钻井也逐渐得到业界的广泛认可与应用。本文对定向井空气钻井技术进行了深入分析,包括Navi-drill井下空气动力马达、空气泡沫钻井、技术要点等,并对电磁波MWD随钻测量系统的技术特点、井下传感器组合及技术优势进行了探讨。结果表明,依据钻井中空气泡沫流体技术原理设计的Navi-drill井下空气动力马达和电磁波MWD随钻测量系统在碳酸盐岩裂缝性低压油气田定向井空气钻井方面具有显著的技术优势。     

气体钻井MMWD随钻数据传输及试验研究

目前气体钻井过程中随钻测量和传输手段有限,电磁波测量和传输受地层电阻率影响,传输速率相对较低,传输深度相对有限,不适应现有气体钻井应用井段不断加深的客观需要。针对这一问题,提出了MMWD微波信号传输的理念,微波信号在钻杆内依靠钻杆内壁表面电流传输,传输速率快,不受地层电阻率影响。采用链式中继的传输原理,可以突破气体钻井过程中随钻测量和传输深度的限制,从而适应当前气体钻井轨迹监测和控制的需要,现场试验表明,研制出的微波通讯短节和井下测量短节能适应气体钻井过程中井下工况,且测得的井斜数据和实钻中电子单点测得的井斜变化趋势数据吻合,能够有效指导气体钻井过程轨迹监测与控制。它在一定程度上克服了电磁波测量技术的不足,在气体钻井中具有较强的推广应用前景。     

E-LINK电磁波无线随钻测量系统的分析及应用

为了及时掌握和应用电磁波井下传输技术,引进了E-LINK带随钻伽马的电磁波无线随钻测量系统,并将其应用到DP5井进行生产试验。E-LINK电磁波无线随钻测量系统主要由井下仪器和地面仪器组成,井下仪器主要由井下发射部分、流量开关及井下测量部分组成,井下发射部分将井下测量部分传来的数据信号变为低频电磁波信号,并通过上下绝缘中间导通的偶极子发射到地层中。现场应用表明,该系统能够适应国内的钻井设备环境及大牛区的地层特性。     

泡沫定向钻井技术在涪陵焦石坝地区页岩气井的试验

泡沫定向钻井是气体钻井技术在定向井段的延伸,与直井段气体钻井相比,需要使用导向钻具和工程参数随钻测量仪器,需要解决井眼气体介质条件下工程参数随钻测量的传输问题,施工工艺相对复杂。目前空气螺杆和无线随钻测斜仪(EMWD)是泡沫定向钻井必须的工具和仪器。介绍了泡沫定向钻井的实施方法、经验、问题及建议,为今后泡沫定向钻井技术的完善和再实践提供了宝贵经验。     

ZTS电磁波随钻测量系统及其现场试验

俄罗斯定向钻井主要采用的是电磁波随钻测量方式,相关研究较早,技术也比较成熟。经中国石化集团总公司科技部安排,在胜利油田对俄罗斯ZTS - 172M电磁波无线随钻测量系统进行了性能测试。通过现场应用,对俄制电磁波随钻测量仪器的基本结构、工作原理、系统优点以及待改进问题等有了基本了解。并对俄罗斯EM -MWD电磁波无线随钻测量系统进行基本介绍和现场试验情况总结。     

普光气田气体钻井集成配套技术新进展

气体钻井在钻井提速、防漏治漏、发现和保护油气层方面优势明显,已成为国内勘探开发的一项实用性先进技术。为此,介绍了气体钻井集成配套技术,包括空气锤及配套钻头研制、雾化钻井(雾化基液的基础配方:雾化剂为0.1%～0.3%、抑制剂为0.3%～0.7%、气雾稳定剂为0.05%～0.15%、增黏剂为0～0.15%、固结剂为0～1.5%)、泡沫钻井、空气钻井燃爆监测预警、空气钻井取心以及气体钻井钻具失效预防技术现状及取得的进展。电磁波随钻测量技术、延长气体钻井使用井段技术和用气体钻井发现和提高油气井产量技术是气体钻井今后发展应用的重点和方向。     

无线随钻测量信息传输的现状与问题

为了及时获得钻井作业时的随钻测量信息,准确建立地面与井底之间的闭环信息流通,对无线随钻测量信息的传输方式进行了研究。介绍了钻井液脉冲、电磁波、声波三种无线随钻测量信息传输的工作原理,对比了三种传输方式的优缺点,并对三种传输方式存在的问题进行了详细分析。最后,指出了无线随钻测量信息传输方面的研究重点:钻井液脉冲传输方式应研发连续波信号发生器,实现更高的数据传输速率、工作可靠性以及环境适应能力;电磁传输方式应优化信号发生器的工作频率和效率,研究微弱信号检测及处理,增加信号中继器等技术,提高电磁传输信号的距离;声波传输方式应在码间干扰、噪音、声波能量的衰减等方面予以研究。     

近钻头方位伽马随钻测量系统的研制与应用

近钻头方位伽马随钻测量系统采用了伽马探测传感器和角度探测器实现了更为精确的方位伽马随钻测量;在电磁波传输系统中采用了高斯最小频移键控调制技术,提高了通讯信号的抗地层干扰和抗衰减能力,使得仪器具有更好的稳定性;地面信息处理系统采用了集成电路技术,增强了电路系统的稳定性;信号信息处理软件各个功能模块集成度高,操作更为便捷....     

Technology and Applications of Foam Drilling Fluid in Fractured and Complex Formations

Abstract

Fractured and complex formations where types of fractured and porous mud loss occurred in commonly induced instability of wellbore and drilling accidents such as borehole collapse and blowout; therefore, it is the technological bottleneck for the development of oil and gas. Solid free recyclable foam drilling fluid was developed and aimed to deal with the MIS oilfield of Iran, which has abnormally low pressure and developed fracture-cave hydrocarbon reservoir with a high concentration of H₂S, which has problems such as serious lost circulation and H₂S risk. A sectionalized drilling fluid system has been adopted in this oilfield, and drilling with water can meet the operation requirements during first spud and saturated salt polymer system or undersaturated salt polymer in second spud; the horizontal section adopts solid free recyclable foam drilling fluid to achieve near balance drilling and effectively solves the lost circulation problem in fractured limestone formation. The spot application indicates that solid free recyclable foam drilling fluid has excellent rheology, and meets the requirement of drilling engineering. Meanwhile, the system can retard the H₂S corrosion effect on drillstring and guarantee to provide a good MWD transmission signal. A new idea has been provided for drilling engineering in fractured and complex formations.     

我国电磁随钻测量技术研究进展

EM-MWD 系统是气体钻井随钻测量的主要技术手段，是近年来国外新技术研究的热点之一。中国石化石油勘探开发研究院成功研制了具有独立知识产权的电磁随钻测量系统样机—CEM-MWD。在地层电阻率为2～3 Ω·m 的地层条件下，有效测量深度达到了2100 m。阐述了CEM-MWD 的系统构成及工作原理，介绍了CEM-MWD 的现场试验情况，分析了试验数据及电磁信号传输的影响因素，论述了EM-MWD 技术的发展前景及趋势。其研究成果对于发展国内的EM-MWD 技术具有借鉴和指导意义。     

牛102泡沫欠平衡水平井轨迹控制

针对新疆吐哈油田三塘湖区块油藏低压、低渗的地质特点,确定水平段采用泡沫钻井液钻进以有效地保护油气层,最大限度地控制和减少对油层的侵害。合理利用配套的水平井钻井技术和泡沫欠平衡钻井工艺,应用MWD无线随钻测斜仪、DST有线随钻测斜仪,结合旁通接头同步下钻的测斜方法,监测井眼轨迹,优化钻井方案,安全优质地完成了牛102井的各项施工任务,为今后进行同类钻井施工摸索出了一定的成功经验。     

vorteX型动力导向钻井系统在渤海油田的应用

为解决渤海油田深井和大位移井钻井中机械钻速慢、井下故障频发等问题,优选并试验应用了vorteX型动力导向钻井系统。该钻井系统由MWD/LWD、大扭矩井下动力总成、Filter+Flex总成、旋转导向系统等部件组成,由顶驱系统与动力总成复合驱动下的钻头高速旋转来实现破岩,由C-Link以电磁短程通讯方式完成旋转导向系统与MWD之间的信号双向传输,再经MWD完成电信号与钻井液脉冲信号间的转换后,实现与地面收发装置间的信号双向传输。现场应用表明,该系统的总动力达到133~257 kW,机械钻速可提高30.34%~205.06%;最大工作负荷由45 kN·m降至36 kN·m,理论磨损值降至原来的1/4;日平均进尺由74 m提高至160 m,节省工期153 d,折算费用1亿5 300万元。由此可知,vorteX动力导向钻井系统是旋转导向工具与大扭矩井下动力总成的有效结合,适用于深井与大位移井钻井,能显著提高机械钻速,减少井下故障的发生。