国产SDM无线随钻测斜仪的推广与应用

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摘要：无线随钻测斜仪是定向井、水平井施工中必不可少的测量工具，近年来随着定向井、水平井的增加，特别是油田外部市场的迅猛发展，对无线随钻测斜仪的需求越来越大。从国外引进无线随钻测斜仪不但价格昂贵，而且供货周期也越来越长，为了满足油田内外部市场中定向井、水平井的生产需要，sdm 无线随钻测斜仪的广泛使用于生产，降低仪器购买成本，提高定向井、水平井的施工能力。

关键词：水平井；蜗轮发电；导向钻进；孔板

中图分类号：TH132.44

一、SDM 的工作原理及性能

1.SDM 工作原理。SDM 无线随钻测斜仪是一种正脉冲测斜仪，阀门通过限制井筒内泥浆流通来产生压力脉冲。当阀门阻碍泥浆流通时，钻柱内泥浆压力增加；当阀门复位，不阻碍泥浆流通时，钻柱内泥浆压力也恢复到初始状态，从而产生正压力脉冲。SDM系统的信号接收部分安装在立管上，其压力传感器可测出的压力脉冲幅值为0.35～0.7MPA。压力传感器将其转换为电信号传输到地面计算机，经计算机解码、处理、还原成原始的测量数据。井下仪器由蜗轮发电机提供电力， SDM 探管采集实时的工程数据，统一编码后，有规则的控制脉冲发生器内轴上端连接的液压泵，驱动脉冲发生器顶部连接的蘑菇头做往复式运动。蘑菇头伸缩于冲管顶部鱼颈头中的孔板，改变了流经孔板的液流面积，从而产生液柱压力的变化。通过专用计算机进行解码计算，得到井下测量探管测量出的井斜角、方位角和工具面角等数据，供现场技术人员使用。

2.SDM 数据传输快、数据精度高、可靠性很强。该仪器传输数据的频率为0.5Hz 。SDM 测量探管主要是由七芯连接插头、开关控制部分、电子电路部分、传感器部分和T型头几部分构成。SDM 测量探管传感器由三个重力加速度计（GX、GY、GZ）传感器、三个磁通门（BX、BY、BZ）传感器和一个温度传感器组成。利用三个重力加速度计和三个磁通门传器测量的分量值，通过相应的计算公式，就可得到相应的井斜角、高边工具面角以及方位角等参数。

3.该随钻测量系统具有短测量（SHORT SURVEY）和长测量（FULL SURVEY）功能。短测量方式的数据传输速度快，工具面的修正时间仅为9.3s。长测量方式可以将SDM探管测量的磁性和重力分量数据传输到地面数据处理系统进行处理，用于进行磁性参数的分析，消除来自井下钻具对仪器磁性干扰的修正，特别适用于大斜度定向井和水平井测量，能及时判断测量数据的误差原因以及确定测量的精度。

二.SDM 无线随钻测斜仪在现场的应用

1.辛17-斜48井概况。本井为全井小井眼施工，总进尺：1130m 工作时间：139小时 共三趟钻完成施工任务。该仪器地面浅层测试正常，钻进工作正常，波形好，工具面、井斜方位等设定数据解码正常，定向过程中钻具震动对仪器影响小各项数据更新快。全井使用SDM随钻测量仪器保证了及时准确地掌握井身轨迹的变化趋势，提高了剖面符合率及中靶精度，方便了施工。

2.施工难点

施工过程中，辛17-斜48井除了存在普通小井眼钻井的技术难题以外[3]，在以下几方面还需要采取重点措施。

2.1 小尺寸钻具刚度小，对钻井参数中的钻压较为敏感，若钻压偏大，井斜角和方位角变化率大，如果钻压太小，机械钻速低，不仅影响全井效益，并且定向施工中工具面受钻压影响较大，钻压稍不稳定就会出现工具面“乱窜”的现象，这就要求仪器工具面更新快。

2.2井斜角和方位角变化较大，裸眼井段长，井眼轨迹复杂，钻具多处弯曲，导致摩阻和扭矩增加，钻压传递困难，容易托压，造成定向困难，控制不好容易出现其他井下复杂。

2.3周围邻井多，需要绕障钻井，防碰距离小于30 m的井有8口，特别是辛50-斜98井，防碰最小距离只有0.96 m，稍有不慎就可能发生两井相碰，这就要求仪器使用全测量方式可以将探管测量的磁性和重力分量数据传输到地面计算机进行磁性参数的分析，消除井下钻具对仪器的磁性干扰，及时判断数据误差原因及确定测量精度。

2.4小井眼内钻井液流量小，立管压力低，发射的脉冲信号幅度低，且狭小的空间导致仪器脉冲信号衰减较快，对井下测斜仪器性能及使用寿命提出了更高的要求。

3、为增强仪器的信号所采取的措施

3.1 定、转子选择。定子角度是指定子叶片的角度（18、30和40）泥浆流经定子叶片，转子转动角度取决于定子角度和一定的流量，选错了定子，就可能造成发电机超速，因而缩短井下工具的寿命，或者发电不足，不能正常的向井下工具提供电能。在营2-斜36 井施工中，我们采用老式42°定子、新式35°转子，这样新老结合的方法使转子转速工作在合适的范围，取得较好的效果。

3.2孔板选择。孔板尺寸是批定装在孔板座上的孔板的内径，孔板的尺寸决定在脉冲发生器发送脉冲时施加在蘑菇头上的压力，地面接受到脉冲的幅度随孔板内径的增大而减小，选择孔板比计算的孔板小一号，增强信号的强度。

3.3蘑菇头定位。将鱼颈往里多拧进约0.5-1 毫米，缩短蘑菇头与孔板间的距离，达到增强信号强度的目的。

三、实验总结

SDM 无线随钻仪器自实验以来在胜利油田内部已完成了水平井、定向井的施工任务超过100口。由于SDM在这些井中的成功应用，使每口井的施工都很顺利，井深轨迹都精确控制在设计范围内，得到甲方的一致好评。结合现场施工经验，对该仪器在以下方面做如下总结。

1.地面处理器。最初使用一体机，将接口箱，防爆箱，计算机集成一体，其机构紧凑组装简单。施工中出现过死机，黑屏等现象。且在泥浆施工条件差的时候，解码效果不好；后使用笔记本电脑施工，通信不好且设置参数无法保存；最终使用台式机施工。

2.探管。最初使用MEP探管，并且需要安装在抗压桶内，安装复杂，稳定性不好，未锁频率。探管在0.8HZ施工时由于蘑菇头伸缩频率快，缩短了脉冲的使用时间。后使用pcd探管可以通过段外桶直接与脉冲器相连，安装方便稳定性好，精度高。

3.脉冲配件。SDM650系统转子使用35度，定子27度，在排量30l/s时转子转速在3200RPM左右，转速高振动量大造成脉冲器自身工作温度高，缩短了使用时间。后实验使用22度新式护盖定子，转子的转速降到2500左右，满足了探管的供电电压，信号发射正常。转速降低延长了脉冲器使用时间，由最初200小时延长到300小时，最长的达到400小时。

总之，结合近年来在水平井、定向井中的应用，SDM无线随钻测斜仪显示出有线随钻所无法比拟的优越性，提高了机械钻速，缩短了钻井周期。在施工中，除自身因素外，受周围环境影响较大，如泵的工作状态，泥浆性能等，为了获得稳定的仪器信号，不但要合理选择定转子的搭配和孔板尺寸，还要注意消除外界不良因素对仪器。

参考文献

[1]刘西林.地质导向无线随钻测量仪器FEWD 现场施工常见问题探讨[J].石油钻探技术，2005，33（4）：7375.

[2]闫铁，韩春杰，毕雪亮.斜井眼内钻柱轴向振动的有限元分析[J].石油钻探技术， 2006，34（4）：58

[3]刘修善，苏义脑.泥浆脉冲信号的传输速度研究[J].石油钻探技术，2000，28（5）：2426

[4]张辛耘，王敬农，郭彦军.随钻测井技术进展和发展趋势[J].测井技术，2006， 30（1）：101