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旋转导向随钻测控技术
王忠良 李金刚 黄 川
水平井开发作为提高单井产量及采收率的重要手段已在长庆区块普遍应用,而优质、高效地完成薄油层长水平段水平井开发则是其中技术难点.因此,随钻测井（Logging While Drilling,LWD）技术的作用显得尤为重要.
经过近30年的发展,旋转导向技术已经日趋成熟,国际三大油服企业都推出了性能可靠的选择导向系统,本文以贝克休斯AutoTrak GT4G为例,介绍旋转导向随钻测井技术.
传统随钻测井技术采用的滑动导向系统,在钻长水平段水平井时,由于上部钻柱不旋转,会引起摩阻和扭矩过大、方位漂移失控、井眼轨迹不平滑等问题.计算和实践均证明,水平井的水平段极限延伸能力受到了限制.而贝克休斯旋转导向随钻测控技术,能有效地解决上述难题.
贝克休斯AutoTrak 系统是一套集钻进和随钻测量为一体的随钻测井系统,含有多种自动化旋转钻进模式、三参数全系列随钻测井仪器、实时成像、近钻头测量、上下传输闭环通讯系统、大功率井下发电机、高速脉冲器等多项先进技术,可实现旋转钻进中改变井眼轨迹和全系列测井.
AutoTrak 系统主要由旋转导向头短节、ONTRAK 测量短节、BCPM通讯供电短节和SDN放射性测量短节4部分组成.它测量参数齐全,不仅有工程数据、地面数据、钻井安全指标数据,还有地质导向和测井评价所需的各种数据,如当量循环密度、伽马成像、电磁波电阻率、超声波井径、补偿中子及密度成像等.
AutoTrak 系统有以下技术指标：
①含沙量：小于0.5%
②最大泵压：25000psi
③最小转盘转速：50rpm
④最高钻压：67kN
⑤工作温度：-20～150℃
⑥钻头处最大扭矩：12kNm
⑦狗腿度：旋转：10°/30m；非旋转：30°/30m
旋转导向随钻测井系统打破了传统随钻测井系统的单向通讯模式,实现了可在地面实时发送指令,保证了地面与井下工具的有效通讯.该系统也可实时测量近钻头井斜、旋转方位,实时计算井底轨迹,并含有多种智能化钻进模式,大幅提高控制轨迹的精准性.由于全井段旋转钻进,因此可以减小钻具磨阻扭矩,降低施工风险 ,平滑井眼,最大限度延长水平位移.
对于水平段地质导向来讲,随钻测量仪器离钻头越近越好,其成像探边功能也会大大提高地质导向的效果.AutoTrak 有可实时测量近钻头井斜、旋转方位的功能,可以帮助工程人员精准掌握工具在地层中的位置,更好地控制实钻轨迹.
AutoTrak GT4G系统拥有目前最先进的实时伽马成像技术,可以判断实钻轨迹从目的油层的上部或下部钻出地层,即提供轨迹与地层之间的切割关系.也可以提取地层倾角,据此来提前确认地层开始变化的位置和地层倾角,进而实时修正地质模型、调整轨迹,降低构造不确定性对地质导向结果的影响.
岩性识别是地质导向的关键技术.ONTRAK 测量短节中装有两个角度呈180°的伽马探测器,确定测斜传感器工具面与伽马探测器正方向的旋转角,使随钻伽马具有方位特性.在实时旋转钻进过程中可提供上、下、左、右4条伽马曲线,生成4扇区的伽马成像图：成像图中上边和下边表示井筒的高边,即上伽马探测值；中间表示井筒的低边,即下伽马探测值.颜色深表示伽马值大,颜色浅表示伽马值小.下图是长庆油田榆平X井的一个应用实例,在3034m处,成像伽马图显示轨迹明显下切,平均伽马上升至45API左右,钻时变快,由4m/h上升至14m/h,井底气测低,岩屑泥含量增加,通过成像伽马计算地层倾角90.5°.立即采取措施在两根内将井斜从89.64°增至90.72°,增斜至储层中上部钻进,保证轨迹在低伽马的目的层中穿行.
地质模型修正主要是根据伽马成像图计算视地层倾角.传统的自然伽马测井没有方位信息,虽然能根据控制井算视地层倾角,但利用伽马成像技术,在任何情况下特别是在控制井数量少时,只要轨迹穿过一个层面,就可以获取穿越点处该层面的视地层倾角信息.根据实时计算得到的视地层倾角实时更新地质模型,相对更准确、客观的得到轨迹与地层的位置关系,从而为井眼轨迹调整赢得时间,真正实现地质导向实时决策.
应用随钻旋转导向AutoTrak 系统主要有以下3大优势：
（1）大幅降低钻具磨阻扭矩.由于旋转导向系统采用全井段旋转送进钻杆,保证了钻压的正常传递,减少了井下钻具改变井斜、扭方位过程中的托压问题,可以有效保证钻压正常施加在钻头上.施工过程中,钻具的磨阻扭矩比常规滑动钻进时小的多,降低了井下事故发生的概率.
（2）有效提高机械钻速,缩短周期.结合施工钻井队缺少顶驱,无法提供持续高转速的情况,为了提高机械钻速,随钻测井技术人员决定从二开接井到完钻一直使用旋转导向系统自带的X-treme模块马达.该马达具有双向通讯的功能,可将地表较低转速转化为较高转速提供给钻头,并具有强大的功率和扭矩输出,比常规泥浆马达高60%,效率更高.
（3）井眼轨迹平滑.由于旋转导向体统无需常规螺杆进行定向钻进,并能智能精确地控制井斜角及方位角,因此钻出的井眼轨迹平滑,井身质量好.
与传统滑动导向随钻系统相比,旋转导向随钻系统可以更精细地控制井眼轨迹,更好地指导实钻轨迹在目的层中稳定地穿行,提高储层钻遇率.该系统不仅能提供地面参数、工程参数而且能提供钻井安全数据和各种测井参数、成像数据,为安全施工提供了保障同时也可取消电缆测井,缩短钻井周期.
针对贝壳休斯AutoTrak GT4G缺乏电阻率成像测井参数的情况,中国石油集团测井有限公司休斯顿研究中心开发的电阻率成像随钻测井仪RIT,与贝壳休斯旋转导向系统AutoTrak GT4G进行配套,不但弥补了随钻电阻率成像测井技术的短板,而且可以通过与贝克休斯公司开展战略合作,将随钻电阻率成像测井仪打入高端随钻测井市场,与世界一流随钻测井技术同场竞技.
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