一种随钻测井仪器的研制及应用

一种随钻传播电阻率测井仪器的设计思路摘要调研目前国内外的主要随钻电阻率仪器，总结各自特性和优缺点，取长补短设计了一种新型的随钻传播电阻率仪器，并分析了其具体的测量方式、实现方法，并付诸实践，从电子线路、软件设计、硬件匹配等方面，分析选择电子器件的注意事项和优缺点。

通过模拟测量实验，分析认为仪器达到了设计目标、性能稳定，测量准确。

关键词随钻电阻率测井仪器设计中图分类号：p631.8 文献标识码：a随钻测井技术（measurement while drilling）是一种全新的测井技术，主要伴随着水平井和大斜度井的发展而发展起来的一种测井技术，它不同于电缆测井技术，随钻测井是在钻井的过程中，随着钻井仪器的钻井，随钻测井便实时的开始测量地层参数，因此，随钻测井技术时效性非常强，测井的精度也必将非常高，另外由于不需要将钻杆等取出井再进行测量等操作，将测井的成本控制到了最小，并且在某些情况下，电缆测井无法使用，如水平井的水平段，常规电缆测井无法进行测量，或者钻井时间过长的时候，都需要使用随钻测井来代替电缆测井。

1 一般随钻电阻率仪器的工作原理图1为西方阿特拉斯公司最早设计的随钻电阻率测井的收发线圈系统，分别有一个发射线圈tc，两个接收线圈rc，因此这种结果就会在地层中形成2个变压器结构，钻杆起到了承接的作用，对发射线圈而言，其相当于变压器的次级，而对接收线圈而言，其相当于变压器的初级。

其工作原理是，在钻井的过程中，电阻率仪器开始工作，首先给发射线圈供以交变激励电流，然后再两个等效变压器上会产生一定的电动势，以便在钻杆和地层之间形成电路回流，使电流进入地层获取地层信息，如此在钻井深入的过程中，电阻率仪器便不断获取地层中的信息。

电流回流到接受线圈时，在接收线圈上会产生感生电动势，测量钻杆上所感生的电动势和接收线圈上所感生的电压即可得到近钻头电阻率。

2传播电阻率测井仪器的设计与实现笔者设计的随钻传播电阻率仪器，主要结构图如图2，该系统的测量主要装置安装在接近钻头的特殊钻杆以内，该钻杆性质指标优异，它的探测装置采用单发双收的结构，主要由钻杆上的发射线圈、和钻杆下部的两个接收线圈组成，工作的时候发射线圈发射激励电流，电流经过井眼进入到地层中，然后电流流经地层后携带地层的信息回到接收线圈，另外发射变压器会将电流分成两个部分，分别对应发射电极和回路电极，使得电流进入地层更深，同样两支电流进入地层，就使得传播电阻率仪器具有不同的探测深度。

MWD无线随钻测斜仪在钻井中的应用【摘要】在地质钻探、石油钻井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、对井眼轨迹进行及时调整必不可少的测量工具。

特别是定向井、水平井工程中，随钻测量系统的应用更为广泛。

【关键词】MWD无线随钻测斜仪；钻井；正脉冲；钻井液；监测一、MWD无线随钻测斜仪概述（一）MWD无线随钻测仪结构及工作原理海蓝YST-48R型MWD无线随钻测斜仪由地面设备和井下仪器两部分组成。

地面设备包括压力传感器、专用数据处理仪、远程数据处理器、电缆盘等。

井下测量仪器主要由定向探管、伽玛探管、电池、脉发生器、打捞头、扶正器等。

该仪器以钻井液作为信号传输通道，通过定向探管中的磁通门传感器和重力加速度传感器来测量井眼状态（井斜、方位、工具面等参数），并由探管内的编码电路进行编码，将数码转换成与之对应的电脉冲信号。

这一信号通过功率放大，并驱动电磁机构控制主阀头与限流环之间的泥浆过流面积，由此产生钻柱内泥浆压力的变化。

在主阀头提起时，钻柱内泥浆可以顺利通过限流环；在主阀头压下时，泥浆流通面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。

主阀头提起或压下的时间取决于脉冲信号，从而控制了泥浆脉冲的宽度和间隔。

安装在立管上的压力传感器可以检测到这个脉冲序列，再由远程数据处理器完成对泥浆脉冲的采样、滤波、识别、编码和显示，并将相关数据传送给专用数据处理仪进行解码处理。

（二）MWD仪器的精确度1、井斜测量精度：±0.1°；2、方位测量精度：±1°（井斜大于5°）；3、重力工具面测量精度：±1°；4、磁性工具面测量精度：±1°；5、工作温度范围：0℃～90℃；二、MWD无线随钻测仪的优点1、YST-48R以钻井液为信号载体，能在不间断钻井作业的情况下，及时获得井眼轨迹的各种监测参数，从而有效控制井眼轨迹的走向。

2、克服有线随钻不能应用于转盘钻进的缺点，而能有效地应用于深井、大位移井、导向钻井、水平井和侧钻水平井。

link appraisement中石化胜利石油工程有限公司随钻测控技术中心李闪（1972－）男，汉族，江苏省盐城市人，工学硕士，高级工程师，从事随钻测控仪器研发设计研究。

基金项目：国家重大科技专项（2016ZX05021提速提效关键工具与装备”李 闪 随钻自然伽马能谱测井仪设计和刻度方法图1 随钻自然伽马能谱测井原理框图放大器，调整信号幅度后，一路信号进入采集系统进行脉冲幅度分析，形成伽马能谱，按照不同道址进行存储，以便后期进为了进一步稳定整个能谱，在仪器中还使用实时测量地层的K 峰（1460 keV）和Th 峰（2615 keV）稳谱，在K 峰和Th峰的两侧都设置高、低能窗，K峰的能窗范围设置为（1365－1460） keV 和（1460－1590）keV，Th 峰的能窗范围设置为（2515－2610）keV 和（2610－2740）keV。

与Am 源稳谱的原理一样，测量K 峰和Th 峰的高低能窗计数率，如果高低能窗计数率相等，说明能谱稳定，否则调整比较器的门槛电压，使测量的全能谱位于正确位置。

随钻自然伽马能谱测井仪机械设计随钻自然伽马能谱测井仪机械结构框图如图5所示。

（2）响应关系的建立与验证aij，利用已知U、Th 和K 含量的标准刻度井层、高Th 层和高K 层组成），将仪器放置于三个层中进行刻度，得到5个能窗的15个不同的计数率。

则通过最小二乘法就可得到仪器响应系数，即方程组（2）另外，再利用在已知U、Th、K 含量的混合验证井中测图2 随钻自然伽马能谱测井仪电路框图图3 仪器稳谱电路框图图5 随钻自然伽马能谱测井仪机械结构示意图图6 箱体式钻铤结构示意图（a）K井（b） U井（c） Th井（d）混合井图7 随钻自然伽马能谱仪在刻度井中测量能谱得的一组能窗计数率，根据响应系数矩阵、选用恰当的解谱方法就可以得到K、U、Th含量的计算值。

将仪器解谱得到三种核素含量与实际值进行比较可以验证响应关系的正确性。

随钻测井技术最新进展及应用【摘要】随钻测井是一种能够既钻开地层又能同时对地层信息进行实时测量的钻井技术。

近年来水平井钻井、大斜度井活动使得随钻测井技术得到了发展，尤其是在海上钻井中随钻测井这种技术的利用率几乎是100%。

随钻遥测，随钻电法、核、声波、随钻地震以及核磁共振等技术在最近几年有着较大的发展空间和较好的发展前景。

随钻测井主要应用于地层评价以及地质导向。

我国在随钻测井这种技术的研究领域上，只有突破创新才能够跟上世界石油工业技术的前进步伐。

本文将系统的对随钻测井这种技术近些年的发展以及将来的趋势进行介绍。

【关键词】随钻测井需求随钻地震声波测井电阻率测井核磁共振应用1 市场需求带动随钻测井技术的发展由于在开采钻井的过程中时常会发生钻头偏离钻井轨迹的现象，通常是在对井眼轨迹设计的过程中产生了误差，导致钻头偏离现象的发生。

而这些现象的发生会造成开采过程中的资源物力的浪费，所以在钻井的过程中对其进行实时监控、钻井设计方案以及及时修改设计轨迹是十分必要的，而电缆测井这种技术无法解决上述问题，而随钻测井技术由于其可以将这些困扰解决使得其逐步发展起来，并成为当今钻井开采过程中获得实时信息的必要技术。

随钻测井参数可以反映地层的信息。

随钻测井在刚钻开地层、泥浆侵入地层刚开始发生的条件下进行，所得到的数据就是地层参数真值。

水平井、大斜度井以及复杂地层的经验不稳定时，可用随钻测井代替电缆测井以此来确保能够探测到地层信息得到测井资料。

这就避免了电缆测井遇卡、遇阻等事故。

随钻测井在钻井的同时可提供各个地层中的实时信息，用来预测地层压力及地层应力特殊的层段，为钻井及时提供信息。

减少钻井过程的资源物力的浪费，也大大的避免了钻井事故的发生。

2 随钻测井的近期发展及现状在二十世纪八十年代末九十年代初的时候，随钻测井技术只有中子孔隙度、伽马、光电因子、岩性密度、衰减电阻率和相移电阻率。

而在过去的这十几年里，随钻测井技术的发展突飞猛进，不仅是原有技术得到改进，而且还创新出许多新的方法。

随钻电磁波仪器在吐哈油田鲁克沁区块的应用摘要本文通过随钻电磁波仪器在玉平X井现场实时测井数据、钻后时间推移测井数据及电缆测井数据进行对比，证明该仪器现场实时数据的准确性和可靠性，同时通过实时测井曲线可以实现实时地质导向功能，提高油层的钻遇率。

为油田开发提供最新、最快捷的数据支持。

引言随着油田开发，将会有更多的水平井和大斜度井。

目前在水平井和大斜度的钻进施工中通过录井、气测等方法来判断钻具是否在储层中穿行，以上方法很容易钻出储层，从而井眼轨迹达不到设计要求。

随钻电磁波仪器是为随钻测井和钻后测量服务设计的补偿双频率（400kHz和2MHz）双电极距仪器，适用于各种井眼类型。

使用随钻电磁波仪器能够现场实时取得电阻率、自然伽马等测井数据。

应用领域包括地质导向、对比、替代电缆测井、起下钻测井、以及在空气和泡沫钻井中开泵或者不开泵的情况下测井。

利用不同地层液体的电阻率差异，通过对电阻率测量结果的分析，可以帮助现场工程师实时判断油气水界面，同时，在进入油层后可根据实时测井数据来调整钻具位置，使得井眼轨迹始终在油层中穿行，大大提高了油层的钻遇率。

基本原理电磁波测井是利用电磁波在导电地层中传播时，一次场的幅度衰减和相位的特点进行地层电导率测井。

根据理论推导和定义，电磁场在介质中传播，其传播常数可用下列公式表示：ω ：电磁波角频率； μ：介质导磁率ε’：介质介电常数，σ：介质电导率在真空中：一般地层的 ：从公式中可见：①当频率较低时，介电常数对感应测井无影响②但当频率增大而超过GHz 时，在此频率下进行介电常数测井。

③当频率选择上列两者中间，即MHz 级时，可以用电磁波传播的幅度衰减和相位移进行地层电导率测井这就是目前随钻电磁波测井的理论基础。

如下图：)(''2σωεωμμεωωμσγi i -=+-=随钻电磁波仪器可以在所有泥浆类型中工作，包括油基泥浆和饱和盐水泥浆，它能够提供灵活多样的传输格式。

SL-LWD1地质导向钻井随钻测量仪介绍组织编写单位：XX石油管理局编写人：XXX审核人：XXX2006年11月9日目录一、项目概况二、目前取得成果三、成果应用情况四、项目组织实施方案一、项目概况LWD无线随钻测量仪是把测量井眼姿态几何参数与油藏特性的一系列传感器以短节形式放置于井下，可测到传感器安装位置的井斜、方位、工具面、振动、钻压、扭矩、钻铤内外压力等工程参数及自然伽马、电阻率、中子孔隙度、岩性密度等地质参数。

然后通过泥浆脉冲、电磁波等方式把测量信息传至地面。

实现随钻过程中实时判断地层岩性变化，准确进行地质评价，实时测井解释。

预测地质结构特性，回避钻井风险，控制钻具穿行在油藏最佳位置，实现地质导向及随钻测井。

作为目前国际钻井行业普遍采用的一种先进的定向井测量仪器，LWD技术在新区勘探和老井开采中，发挥着越来越重要的作用。

它可以在钻井作业的同时，实时测量地质参数和井眼轨迹，并绘制各种类型的测井曲线，为油气田开发方案和措施的制定提供依据，对于提高保护油气层、钻井成功率、回避风险、提高钻井效率和降低钻井成本具有明显的效果。

在地质导向钻井中，LWD无线随钻测量仪器可提供实时地质参数，帮助现场人员随时监控地质参数的变化情况，对将要出现的地层变化作出准确的判断。

因此，在定向井、水平井及大位移井的钻井施工或薄油层的开发过程中，采用LWD 仪器进行地质导向，能准确地控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置，有效回避油／气和油／水界面的干扰，消除可能的侧钻作业，实时改进钻井作业方案，缩短建井周期。

因此，采用LWD技术可大幅度提高单井产量和储层采收率，从而提高经济效益。

通过对地质参数的综合分析，可以帮助预测诸如地层异常压力、钻具受力变化、地层岩性变化等可能出现的风险。

目前，该技术大都被国外大公司所拥有，进口一套LWD无线随钻测量仪(MWD+伽马+电阻率)约1600万人民币，其维修和配件非常昂贵，不可能推广应用。