贝克休斯随钻测井工具

!国外石油机械#Baker Hughes 无线随钻多路电阻率测井仪于　江　李瑞营　杨海波(大庆石油管理局钻井工程技术研究院) 摘要　介绍了Baker Hughes 公司无线随钻多路电阻率测井仪的系统组成、主要技术参数和工作原理。

该仪器依靠钻井液脉冲传输信号,信号传输速度快,便于定向控制,同时实时传输地层参数数据进行实时测井,具有操作方便、测量准确、应用范围广泛等特点。

在50余口水平井的应用表明,该仪器减少了由于钻井液污染地层而造成的测井误差,从而降低成本,节约作业时间,具有广阔的应用前景。

关键词　无线随钻测井仪　多路电阻率　应用引 言大庆石油管理局钻井工程技术研究院于2001年初从美国贝克休斯公司(Baker Hughes )引进一套无线随钻多路电阻率测井仪,经过3年多的应用,在国内外及大庆油田内部共完成50余口水平井的随钻测量。

该仪器具有操作方便、测量准确、应用范围广泛等特点,它不仅可以完成水平井的定向测量,还可以进行随钻地质参数测量(伽玛及电阻率);依靠钻井液脉冲传输信号,传输速度快(11s ),便于定向控制,同时实时传输地层参数数据进行实时测井,从而实现随钻测井。

系统组成及技术参数1.系统组成无线随钻多路电阻率测井仪系统主要由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分又分为地面控制设备和井下管串工具,软件部分主要由Advantage 和Case 集成软件包组成。

(1)井下管串　井下管串主要由主阀总成、控制阀总成、无磁钻铤、转换头、多路电阻率总成、下部柔性短节等几大模块体组成(见图1)。

主阀总成、控制阀总成产生钻井液正脉冲,把信号从井下传输至地面。

多路电阻率总成中含有多路电阻率探管,测量地层电阻率。

下部柔性短节中含有伽玛探管和近钻头井斜探管,测量岩性和近钻头井斜,工具总长13102m 。

图1　井下管串示意图1—无磁钻铤;2—钻铤接头;3—模块接头;4—多路电阻率总成短节;5—防磨带;6—存储器外接口;7—上部发送器;8—接收器;9—下部发送器;10—井斜传感器;11—伽玛传感器;12—下部柔性短节(2)地面硬件控制设备　地面硬件控制设备主要由计算机、S ARA 控制箱、传输盒、电源盒、线路连接转换器、轴编码、司钻显示器以及连接电缆等组成。

第三节Baker Hughes INTEQ公司测量仪器Baker Hughes INTEQ公司的定向钻井工具在世界上也是处于领先水平。

其Navi-Drill系列井下动力钻具，能适用于不同尺寸的任何井眼施工。

同时，该公司和Agip Spa公司联合研制成功的旋转导向闭环钻井系统AutoTrak TM已经获得了商业性的应用，其卓越的旋转导向功能带来了钻井工业一场新变革。

其NaviGator TM地质导航系统集地质评价仪器和井下动力钻具于一体，实现了钻井过程中对地层进行更早期的实时评价，为安全、高效钻井施工提供了更可靠的依据。

关于旋转导向钻井系统AutoTrak TM将在第四章的“旋转地质导向钻井技术”中和其它旋转导向工具一起对比介绍，NaviGator TM地质导航系统将在本章第五节“地质导向钻井工具”中和其它的地质导向工具一起对比介绍。

本节将着重介绍该公司的MPR TM、MNP TM、MDL TM、MDP TM、SDN TM及ORD™等系列仪器。

一、MWD测量系统Baker Hughes INTEQ公司的MWD测量仪器有很多种，但总的来说可以分为3类：1、常规定向MWD系统Baker Hughes INTEQ公司的常规定向MWD系统采用井下涡轮发电机供电，可为钻井施工实时提供井斜、方位、工具面、仪器工作环境温度等参数，同时也是其它井下MWD/LWD 测量仪器向上传输实时数据的基本工具。

该MWD测量仪器有4-3/4”、6-3/4”、7-3/4”、8-1/2”、和9-1/2”五种尺寸，可广泛用于5-7/8”以上的井眼施工。

2、带伽玛参数的MWD系统Baker Hughes INTEQ公司的NaviTrak SM/NaviGamma SM (NT/NG) MWD 测量系统可以加挂伽玛测量段节，从而可随钻提供定向参数和/或自然伽玛参数。

该系统结构采用模块化设计，结构简单，在现场可以根据施工的需要组装，仪器钻铤尺寸从3-1/8”到9-1/2”，可广泛用于3-1/2”以上井眼的任何钻井施工。

最新随钻声波测井仪器的技术性能近年来，声波测井技术已成功应用于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)中。

随钻声波测井技术为钻井施工和储层评价提供了全面的数据支持和测井解释。

目前，国外三大公司分别推出了最新的随钻声波仪器，它们分别是贝克休斯公司的APX随钻声波测井仪，哈里波顿Sperry Drilling Service公司研制的双模式随钻声波测井仪器（BAT）和斯伦贝谢公司研制的新一代随钻声波仪器sonicVISION。

下面我们对三种仪器的性能分别进行介绍和对比。

1．APX随钻声波测井仪APX随钻声波测井仪由贝克休斯公司INTEQ公司生产，其结构简图见图1。

该仪器声源以最佳频率向井眼周围地层发射声波，声波在沿井壁传播的过程中被接收器检测并接收。

接收器采用了先进的嵌入技术，将接收到的声波模拟信号转换为数字信号，以获取地层声波时差(△t)，而后将原始声波波形数据和预处理的声波波形数据存储在高速存储器内。

仪器的主要技术性能●计算机模型(FEA)：该模型是为声学仪器的优化配置而设计，同时具备有助于不同窗口模式的评价和解释。

●全向发射器：与典型的LWD仪器等单向的有线测井仪不同，APX发射器使用一组圆柱形压电晶体，对井眼和周围地层提供3600的覆盖范围，其声源能够在10～18，000Hz频率范围内调频，并可以单极子和偶极子发射。

●全向接收器阵列：6×4接收器阵列，间距228.6mm。

这种全向结构类似于XMAC电缆测井系统，接收器阵列与声源排成一条线，以实现径向多极子声波激发。

●接收器。

该仪器的声源具有优化发射频率功能，其接收器有几个比仪器本身信号低很多的波段，可以显著减少接收器及钻柱连接的干扰。

在关掉发射源的情况下，该仪器测试到的信号主要来自于频率低于5KHz的PDC钻头噪音。

●较大的动力范围。

该仪器具有较大的信号采集动力范围，能够显著提高信号穿越地层的能力，有助于信号的提取。

●四极子波技术。

首次采用四极子波发射技术，同时兼容单极子和偶极子的信号发射和接收。

来攻关方向思考: 以中国石化油气勘探为例[J]. 石油钻探技术,2016, 44（2）: 1–9.MA Yongsheng, CAI Xunyu, ZHAO Peirong. The support of petroleum engineering technologies in trends in oil and gas exploration and development: case study on oil and gas exploration in Sinopec[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2016, 44(2): 1–9.王敏生，光新军， 皮光林，等. 低油价下石油工程技术创新特点及发展方向[J]. 石油钻探技术, 2018, 46（6）: 1–8.WANG Minsheng, GUANG Xinjun, PI Guanglin, et al. The characteristics of petroleum engineering technology design and innovation in a low oil price environment[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2018, 46(6): 1–8.［2］PITCHER J L, SCHAFER D B, BOTTERELL P, el al. A new azimuthal gamma at bit imaging tool for geosteering thin reservoirs[R]. SPE 118328, 2009.［3］WHEELER A J, BILLINGS T, RENNIE A, et al. The introduction of an at-bit natural gamma ray imaging tool reduces risk associated with real-time geosteering decisions in coalbed methane horizontal wells[R]. SPWLA -2012-167, 2012.［4］SUH A, JAMES B, FELTHAM G. Overcoming complex geoste-ering challenges in the Cardium Reservoir of the Foothills of Can-ada to increase production using an instrumented mud motor with near bit azimuthal gamma ray and inclination[R]. SPE 173036, 2015.［5］MINETTE D C. Method for analyzing formation data from a for-mation evaluation MWD logging tool: US5091644[P]. 1992-02-25.［6］SPROSS R L. Methods for determining characteristics of earth formations: US6619395B2[P]. 2003–09–16.［7］BITTAR M, CHEMALI R, MORYS M, et al. The “depth-of-electrical image ” a key parameter in accurate dip computation and geosteering[R]. SPWLA-2008-TT, 2008.［8］McKINNY K, BOONEN P, HUISZOON C. Analysis of density image dip angle calculations[R]. SPWLA-2008-ZZ, 2008.［9］袁超，周灿灿，张锋，等. MC 模拟在随钻方位伽马成像正演中的应用[J]. 原子核物理评论, 2014, 31（4）: 505–510.YUAN Chao, ZHOU Cancan, ZHANG Feng, et al. Application of Monte Carlo method in forward simulation of azimuthal gamma ima-ging while drilling[J]. Nuclear Physics Review , 2014, 31(4): 505–510.［10］WANG Jiaxin, HUISZOON C, XU Libai, et al. Quantitative studyof natural Gamma ray depth of image and dip angle calculations[R].SPWLA-2013-BBB, 2013.［11］卢俊强，鞠晓东，乔文孝， 等. 数字信号处理器在随钻声波测井仪中的应用[J]. 测井技术, 2013, 37（5）: 527–530.LU Junqiang, JU Xiaodong, QIAO Wenxiao, et al. Application of digital signal processor to acoustic LWD tool[J]. Well Logging Technology , 2013, 37(5): 527–530.［12］LEONARD Z S, RAHMAN S, STEINSIEK R R, el al.Development of transducer and electronics technology for an LWD ultrasonic imaging tool[R]. OTC 27758, 2017.［13］IEEE Std 1057–1994 IEEE standard for digitizing waveformrecorders[S].［14］IEEE Std 1057–2017 IEEE standard for digitizing waveformrecorders[S].［15］［编辑　令文学］贝克休斯公司研制出可辅助控制井眼轨迹的PDC 钻头目前，多用水平井开发非常规油气藏，用弯壳体井下马达和旋转导向系统控制井眼轨迹，在钻进过程中常因钻头移动、地层推动等外力导致井眼轨迹发生偏移，需通过滑动钻进调整井眼轨迹，这会严重影响机械钻速。

随钻声波测井技术综述随钻测井的研究从20世纪30年代开始研究，在1978年研究出第一套具有商业价值的随钻测井仪器。

在那以后，随钻测井在国外取得迅速发展并获得广泛应用，我国对随钻测井的重视达到了前所未有的程度。

随钻声波测井也是如此。

1发展随钻测井的意义和随钻声波测井发展现状随钻测井（LWD）是近年来迅速崛起的先进技术。

它集钻井技术，测井技术和油藏描述等技术于一体，在钻井的同时完成测井作业，减少了钻机占用井场的时间，从钻井测井一体化中节省成本[1]。

跟常规电缆测井相比，除了节省成本外，随钻测井有如下优势：（1）从测量信息上讲，随钻测井是在泥浆尚未侵入或者侵入不深时测量地层信息，泥饼和冲洗带尚未形成，所测得到的曲线更加准确，更能反映原始地层的真实信息，如声波时差等。

（2）从对钻井的指导作用来讲,随钻测井可以提前检测到超压地层，以指导钻井泥浆的配制，提高钻井安全系数。

它也可以根据测井信息，分析出有利的含油气方向，确定钻井方向，增强地质导向功能。

（3）从适应环境上讲，在大斜度井，水平井或特殊地质环境（如膨胀粘土和高压地层），电缆测井困难或者风险大以致不能进行作业时，随钻测井可以取而代之。

目前在海上，几乎所有钻井活动都采用随钻技术[2]。

正因为这些优点，作为随钻测井的重要组成部分的随钻声波测井近年来也获得了巨大的发展。

总体而言，国外无论在随钻声波测井的基础理论研究方面还是在仪器研发方面都比较成熟，而国内近年来也对随钻声波测井的相关难题进行了大量的工作。

具体而言，从上世纪90年代起，贝克休斯、哈里伯顿、斯伦贝谢三大公司就率先开始了随钻声波测井的研究，并逐渐占领随钻测井的国际市场份额。

APX随钻声波测井仪,CLSS随钻声波测井仪,sonicVISION随钻声波测井仪的相继出现，更加巩固了他们的垄断地位。

在国内，鞠晓东，闫向宏[等人在随钻测井数据降噪[3]，存储[4]，压缩[5],传输特性[6]和电源设计[7]等方面做出了大量的工作。