UTE方位伽马近钻头测量系统原理及现场应用.pdf

石油管材与仪器2023年第9 卷第6 期PETROLEUM TUBULAR GOODS&INSTRUMENTS97经验交流UTE方位伽马近钻头测量系统原理及现场应用*杨晓峰（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司辽宁盘锦12 40 10）摘要：针对常规随钻测井存在的技术局限问题，介绍了UTE方位伽马近钻头测量系统的组成及原理，并通过现场应用，证明了UTE方位伽马近钻头测量系统能够通过近钻头井斜和方位伽马进行精确的地质导向，及时掌握所钻地层岩性变化，提高了在薄目的层中井眼轨迹控制能力和目的层钻遇率。关键词：方位伽马；轨迹控制；地质导向；钻井参数中图法分类号：TE271D0I:10.19459/ki.61-1500/te.2023.06.018Principle and On-Site Application of UTE Azimuth Gamma(CNPC GWDC Drlling Technical Services Company,Panjin,Liaoning 124010,China)Abstract:Aiming at the technical limitations of conventional logging while drlling,the structure and principle of UTE azimuthal gammanear-bit measurement system are introduced.Through on-site application,it is proved that the UTE azimuthal gamma near-bit measurementsystem is able to carry out accurate geosteering by means of the near-bit inclination and azimuthal gamma,grasp the change of lithology ofdrilled formations in a timely manner,and improve the ability of trajectory controlling of the well borehole and the drill-in rate to the targetlayer.Key words:azimuth gamma;well path control;geosteering;drilling parameter0引言常规随钻测井工具的测点离钻头较远，无法及时准确判断钻头处的地层岩性和倾角，储层钻遇率较低。随钻测井（LoggingWhileDrilling，L WD）工具测点距离钻头一般都在10 m以上,严重影响了地质导向对于地层位置的判断,致使一些薄油层和边际油层如果采用常规随钻测井工具很难进行再次开发 。近钻头地质导向工具将传感器安装在靠近钻头的位置，不但具有随钻地质导向的能力,而且还有随钻地质参数测量的功能 2 。目前近钻头地质导向工具在胜利油田临盘油区、西南油田上罗地区、自贡地区、华北油田煤层气等多个区块推广应用,施工水平井的储层钻遇率得到了明显提高 3。相比初投稿收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 2;修改稿收稿日期：2 0 2 3-0 7-0 3*基金项目：中国石油长城钻探工程有限公司2 0 2 2 年局级重点科研项目“川南深层页岩气水平井提速提效示范工程技术研发与试验”（编号：GWDC202201-01）；中国石油长城钻探工程有限公司2 0 2 3年局级重点科研项目“旋转导向系统维保关键技术研究”（编号:GWDC2023-01-AHX-01)第一作者简介：杨晓峰，男，19 8 3年生，高级工程师，2 0 0 6 年毕业于大庆石油学院测控技术与仪器专业，现主要从事国内外各种旋转导向工具的现场应用、技术推广、维修保养工作。E-mail：2 530 8 0 2 9 q q.c o m文献标识码：ANear-bit Measuring SystemYANG Xiaofeng于国产近钻头地质导向工具，加拿大UT a r g e t En e r g y公司研发的UTE方位伽马近钻头测量系统，其伽马测点距离钻头不足1m,是一种钻式的测量井斜角、方位伽马和振动的高温近钻头随钻测量工具。同时,UTE方位伽马近钻头测量工具系统具有测量井下环空压力、管内压力以及振动测量的功能，提升了井下作业的安全性和地质导向决策功能。1UTE方位伽马近钻头测量系统组成及原理1.1系统组成UTE方位伽马近钻头测量系统由地面解码系统和井下工具两部分组成。文章编号：2 0 9 6-0 0 7 7(2 0 2 3)0 6-0 0 9 7-0 498地面解码系统主要由防爆司显、解码箱、压力传感器和深度追踪系统组成，其用途主要是接收井下传来的泥浆脉冲信号并解码显示在计算机上。井下工具主要由近钻头短节、接收短节和探管式随钻测量（MeasareWhile Drilling，MWD)工具组成。近钻头短节位于钻头和螺杆之间，探管式MWD插人到无磁钻链中、底部总成坐入坐键短节中。1.2近钻头短节测量原理近钻头本体共有5个腔体，腔体中分别安装有发射电路板、测量电路板、方位伽马电路板、电池1和电池2。测量电路板由3个重力计和3个磁力计组成，本身能够测量的参数有静态测斜（井斜角、方位角）、动态井斜角、动态方位角、方位伽马、转速、振动参数 5。方位伽马由于采用了有效的采样、算法和标定方法，在出人层时能够有效地判断出储层的变化，便于地质导向人员快速做出轨迹决策 。同时采用特殊算法处理后的近钻头井斜具有非常高的精度,和后端MWD的静态测斜误差都在0.3之内,对定向工程中的轨迹控制有很好的指导作用。近钻头本体设计长度10 0 cm，伽马零长小于50 cm。UTE方位伽马近钻头测量系统近钻头结构如图1所示。伽马测点距离近钻头底部台肩34cm图1近钻头短节结构示意图UTE方位伽马近钻头测量系统伽马短节采用8 扇区悬挂短节控制短节包含控制电路板，主要具有以下功能：1）电源控制,与电脑同步时间。2)模式控制,可以将数据按照电磁波、泥浆脉冲和二者同时发送这3种方式中的任意一种上传到地面。3）接收近钻头数据。近钻头的测量数据以电磁波方式通过地层跨过螺杆等中间钻具到达控制短节，控制短节再把获得的近钻头数据传递给测量电路板和伽马电路板的中央处理器,经处理后传给泥浆脉冲器 9 。泥浆脉冲器将中央处理器发来的数据以钻柱管内泥浆柱为媒介,通过特定组码方式以压力脉冲的方式反映在地面压力传感器上，并通过电缆传输到地面解码系统。石油管材仪器4方位伽马，测量具有很高的采样率，能够保证在最大400r/min的情况下把每个时刻测得的地层伽马值准确地放人到所对应的扇区中。UTE方位伽马近钻头测量系统的伽马扇区测量示意图如图2 所示。86象限一上一下-右一左5图2 伽马扇区测量示意图近钻头短节向MWD系统的传输采用无线跳传技术。近钻头短节的所有测量数据通过电磁波发射设备向上传递到位于电机上方和MWD相连的接收短节，接收短节再将信息传递给MWD,最终将自身测量结果和近钻头测量数据一起通过泥浆脉冲或电磁波上传到地面。1.3MWD测量原理MWD系统由泥浆脉冲短节、测量电路板、伽马短节、控制短节和电池短节组成。UTE方位伽马近钻头测40cm量系统MWD系统主要组成如图3所示。并斜角、方位角伽马短节用于测量来自地层的伽马值,及时反映岩6性的变化。测量电路板由3个三轴重力计和3个三轴磁力计组成，用于测量井斜角、方位角、重力和磁力工具34cm伽马泥浆脉冲短节电池短节图3MWD系统组成图2现场应用YS129H2平台所处的沐爱向斜位于四川台坳川南低陡褶带南缘，南与滇黔北坳陷相邻，沉积盖层从震旦系到侏罗系,厚约6 0 0 0 7 0 0 0 m。川南低陡褶带以华釜山背斜为主体，向南逐渐分支，发育有温塘峡一临峰场等构造带,背斜构造呈左列雁行排列。各个构造带北高南低，北半段褶皱强，断层发育，为狭长梳状构造，轴部多出露三叠系;向南延伸褶皱逐渐减弱,断层少,为膝状和丘状构造,轴部出露自流井群和沙溪庙组。地震资料解释成果表明，YS129H2平台周边断裂不发育，局部2023年12 月74面、总磁场强度、总重力场强度、地磁倾角、转数、振动参数等。中央处理器收集处理伽马短节和测量电路板获得的数据,按要求进行组码,并将测量结果传送给脉冲短节 8 。控制短节定向和伽马短节32023年第9 卷第6 期区域构造简单，向斜中部地层产状近水平，地层区域展布稳定，为页岩气有利保存区。YS129H2平台钻井轨迹设计如图4.所示。图4YS129H2平台钻井轨迹设计平面图（龙马溪组底界构造图）YS129H2-1井位于YS129H2平台，该井三开上部215.9mm井段降斜曲率较大，三开开钻直接下人旋转导向工具，施工至A点后起钻，用常规随钻测井具有目的层轨迹控制困难、伽马测点距离长导致地质层位判断滞后的问题，故更换UTE近钻头工具施工水平段 10 该井由旋导施工至井深2 6 57 m下入UTE近钻头工具,水平段7 2 m,剩余19 7 8 m（含50 m口袋）,层位位于龙一1-1小层顶部，井斜8 9.1,方位2。钻具组合为215.9mmPDC钻头+17 6 mm近钻头短节+17 2 mm单弯无扶螺杆（1.2 5）+16 5mm浮阀+17 2 mm坐键接头+172mm无磁钻1根+17 2 mm绝缘接头1根+17 2 mm保护接头1根+12 7 mm加重钻杆1柱+16 5mm随钻震击器+12 7 mm加重钻杆1柱+12 7 mm钻杆7 根+水力震荡器+旁通阀+12 7 mm钻杆2 0 0 根+411/52 0 变扣+139.7 mm钻杆。该井龙一1-1小层伽马垂直分布,厚度约1.3m。杨晓峰：UTE方位伽马近钻头测量系统原理及现场应用钻至井深39 6 7 m，钻进中发现自然伽马一直有降低的趋势，并且上伽马值为2 6 1API，下伽马值为2 7 4.5API,地质导向判断当前轨迹位于龙一11小层顶部，为防止顶出箱体进人2 小层，依据近钻头井斜9 3，要求降斜调整，10 m降斜0.5至9 2.5钻进观察。此后由于地层倾昭1.0 4角变化,实钻轨迹进人了龙一1-2 小层，自然伽马和方YSH1-1位伽马一直有降低的趋势，地质要求继续降斜，施工至4019.5m，近钻头井斜测得9 1.5，此时上伽马值为XS129H261 API,下伽马值为2 9 7 API,重新回到了龙一1-1小129层。在实钻轨迹出龙一12 小层,并返回龙一11小层期间,MWD测斜系统在测点39 6 1.6 2 m处测得井斜93.58,3990.39m处测得井斜9 2.7，40 19.16 m处测得井斜9 1.6,与实钻过程中近钻头井斜基本一致,误差小于0.1。该井在钻进过程中共发现2 个比较明显的硬层，一号硬层位于龙一11小层上部，距离顶部40 cm，伽马2502 7 0 A PI 左右，二号硬层位于龙一11中部偏下，距离底部大约50 cm，伽马32 0 350 API处,2 个硬层之间的厚度约40 cm。该井最适合施工的位置还是第2 个硬层以下直到龙一1-1底部,厚度大约50 6 0 cm,该位置上边有2 个硬层作为屏障。利用钻井参数可以控制轨迹稳斜钻进，同时UTE近钻头测量系统的自然伽马和方位伽马值的变化，结合近钻头井斜，可精确判断出是接近目的层顶界还是穿出目的层底界，提高了对储层特性的判断和钻头在储层内轨迹的控制能力,实现准确的地质导向功能。YS129H21井UTE近钻头工具施工井段2 6 57 4635m，施工段长19 7 8 m，纯钻时间2 38.3h，平均机械钻速8.3m/h,滑动进尺30 6 m，滑动比列15.47%，目的层钻遇率10 0%。YS129H21井地质导向图如图5所示。99001-080-0视平移2000YS129H2-12100U/垂22002300实钻A点：2.58 5.0 0 m垂深：2 2 7 2.37 m井斜：8 9.35方位：0.110240200视平移：2 44.17 m0200由小居100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020002002200230024002-1A400图5YS129H2-1井地质导向图2-1B井深：46 2 8.0 0 m垂深：2 18 8.2 3m井斜：9 4.2 0 视平移：2 2 8 3.6 0 m方位：357.9 460080010001200140016001800 200022002.400视平移/m100.同平台YS129H2-2井,水平段仍由UTE近钻头测量系统施工，下入井深2 7 0 7 m,此时水平段施工57 m，剩余1493m（含50 m口袋），层位位于龙一1-1小层顶部，井斜9 0.5,方位18 1。该井地质要求在龙一1-1小层的中下部穿行，距五峰较近，水平段前1350 m地层相对稳定，倾角变化频繁，依靠近钻头工具实时参数调整轨迹及时控制能保证钻遇率 1。后10 0 m突遇倾角变大，定向增斜到9 8.5,实钻轨迹相对龙一11小层仍在不断下切，导致出箱体进入五峰组。实钻水平段长1450 m，钻遇率为9 4.5%。3结论1)UTE近钻头测量系统具有方位伽马和近钻头井斜测量功能，并能够实时地进行井眼的伽马成像。它适用性广，故障率低，地质导向和实时决策能力更强。2)UTE近钻头测量系统MWD部分具有测量井下环空压力、管内压力以及振动测量的功能，可以协助判断井下工况和钻进震动情况，实现安全钻井。3）四川昭通区块的实践证明,UTE近钻头测量系统是针对薄储层和构造复杂地层开发的有力工具，提高了目的层钻遇率、钻井成功率和采收率。参考文献1李继博，钱德儒,郑奕挺，等.近钻头伽马高精度实时成像+石油管材仪器技术研究与应用 J.石油钻探技术，2 0 2 1，49（3）：135-141.2吴振华，陈颖杰，等.近钻头方位伽马射线成像工具在超薄油藏中的地质导向新技术 J.国外测井技术,2 0 11（2）：65 68.3胡斌,马鸿彦,黄秉正，等.近钻头方位伽马随钻测量系统的研制与应用 J.石油钻采工艺,2 0 2 1,43（5）：6 13-6 18.4杨晓峰.Centerfire双间距补偿型随钻测井系统 J.石油仪器,2 0 12,2 6(1):30-33.5】杨晓峰.座键式LWD循环套技术改进与应用 J.石油管材与仪器,2 0 15,1(6):8 6-8 7.6杨晓峰.FEWD地层评价随钻测井系统及其现场应用J.石油仪器,2 0 14,2 8(6):47-49.7李文斌,刘永贵，王大力，等.随钻测量系统在波浪水平井中的应用 J.石油钻采工艺，2 0 0 5,2 7（5）：2 6-2 9.8】杨晓峰.近钻头CGDS-LWD侧向测井技术研究及应用，石油仪器,2 0 11,2 5(2):14-15.9杨晓峰.Trim-LWD随钻感应测井系统原理和现场应用，石油仪器,2 0 11,2 5(1):33-34.10】向长生,王智锋,亢武臣.随钻自然伽马地层边界模型分析,石油钻采工艺,2 0 13,35(1):112-114.11赵成刚,周强,王磊，等.旋转导向技术在吉林油田水平井钻井施工中的应用，石油管材与仪器,2 0 15，1（5）：6 5-69.（编辑：屈忆欣）+2023年12 月(上接第9 6 页)参考文献1聂明涛，叶朋朋，魏铁，等.WTU无线节点与有线仪器联合应用实例 J.地质装备，2 0 2 2,2 3（6）：2 0-2 4.2聂明涛，占春启,郎文立,等.6 串1并与3串2 并检波器串连接方式对比分析 J.石油管材与仪器,2 0 2 2,8(6)：8 1-84,90.3聂明涛,魏铁,齐永飞，等.可控震源高效采集中TD规则的研究与应用 J.石油工业技术监督,2 0 2 0,36(8)：1-5.4孙军和,张慕刚,邢振国.可控震源有线一致性测试的思考和改进 C/SPG/SEG南京2 0 2 0 年国际地球物理会议论文集（中文），南京：中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司,2 0 2 0:1431-1433.5杨艳平,仲明惟,刘晓辉.一种震源有线一致性同步测试技术在高效采集生产中的应用 J.物探装备，2 0 18,2 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