有线传输式近钻头地质导向钻井系统应用

杨文景，周智勇，闫国兴，黄衍福，张春华，潘兴明

（北京石油机械厂，北京100083）

有线传输式近钻头地质导向钻井系统应用

杨文景，周智勇，闫国兴，黄衍福，张春华，潘兴明

（北京石油机械厂，北京100083）

在CGDS172 NB近钻头地质导向钻井系统中，近钻头的地质参数和工程参数通过无线电磁短传方式传输至MWD系统。无线短传容易受井底复杂工况干扰，在有些地层介质的干扰下，信号衰减严重，导致信号传输失败。为了使M WD系统得到高质量的信号，采用有线传输的方式，通过在测传短节、下过渡接头、上过渡接头、螺杆马达、旁通阀总成之间建立有缆通道，研制出了有线传输式近钻头地质导向钻井系统。介绍了有线传输式测传马达的结构特征。实践证明，有线传输方式不仅节约成本，而且使信号传输更加稳定，抗干扰能力更强，可靠性更高。

导向钻井；随钻测井；有线传输

地质导向钻井技术是近年来国内外钻井工程界的一项高新技术，集钻井、测井及油藏工程技术为一体，在随钻过程中既可以测量工程和地质参数，又具有导向功能［1］。它在提高油气探井的发现率和在水平井、大位移井、多分支井中提高钻遇率、采收率，从而最终降低吨油成本方面发挥重要作用。国外高度垄断此项技术，只提供高价技术服务而不出售产品。2005年底，中国石油集团钻井工程技术研究院研制成功国内首套CGDS172 NB近钻头地质导向钻井系统。为了尽快实现批量生产，形成研发、制造、销售、服务的完整体系，中国石油集团决定在中石油钻井工程技术研究院北京石油机械厂进行近钻头地质导向钻井系统产业化项目。

CGDS172 NB近钻头地质导向钻井系统（简称CGDS172 NB系统）共有4个组成部分：测传马达、无线接收系统、正脉冲无线随钻测量系统和地面系统［2］。在CGDS172 NB系统中，测量短节测量的近钻头地质参数和工程参数需要准确及时的传输到MWD系统。目前此系统的传输方式采用无线电磁短传传输，将测量短节测量的近钻头信息跨井下马达、万向轴总成（总长约10 m）传给无线接收系统，无线接收系统与MWD系统对接，再由MWD系统传送到地面［3］。无线短传容易受井底复杂工况干扰，振动频繁、冲击不断，在有些地层介质的干扰下，信号衰减严重，导致无线传输失败。因此，尝试采用有线传输的方式，研制出有线传输测传马达。

1 有线传输测传马达的研制

1.1 总体设计思路

在钻井过程中，井下信息传输方式通常采用两种方式：一种是有线传输；另一种是无线传输。相对而言，有线传输具有很多优势：传输稳定、传输速率高、抗干扰能力强、安全性高等［4］，但制造工艺复杂。针对无线短传有时失败的问题，尝试采用有线传输方式，也就是将测量短节内的传感器测量的近钻头的地层信息通过“电缆”传输至 MWD系统，这些“电缆”要“埋”在测量短节至MWD系统之间每个机械零件上，建立有线信道。需要建立测传马达中各个短节（测量短节、下过渡接头、上过渡接头、螺杆马达、旁通阀总成）的有缆通道，如图1所示。

图1 测传马达的有缆通道

1.2 关键技术

1） 过连接螺纹的密闭电缆通道设计。在不影响零件强度的条件下，在测传马达壳体内加工细长孔，用于布置电缆，并且还需要建立过连接螺纹的密闭有缆通道［5］。如果在井下作业时，电缆通道出现泄露，高压的泥浆会流入测量短节，破坏电器元件，使测量短节无法测量，致使整套系统无法工作而起钻，损失非常严重。

2） 螺杆马达的有缆通道设计。螺杆马达的定子内部压制有橡胶，外部有金属定子管体，比较容易建立密闭的有缆通道。

3） 旁通阀总成的设计。不影响旁通阀性能的前提下，可通过加长旁通阀壳体，在旁通阀芯部的前部增加芯部总成，实现旁通阀与MWD系统对接。同样，在旁通阀壳体内建立密闭的有缆通道。

4） 新设计通信控制单元。原通信控制单元为无线传输方式，将设计的有线传输的控制单元植入到直传测量短节的控制系统，将引入测量短节的电缆与通信控制单元连通，实现信号的有缆传输。

1.3 有线传输系统与无线传输系统结构对比

CGDS172 NB系统的有线传输与无线传输的结构组成如图2所示。通过比较，有线传输可省去无线传输的CGDS172 NB系统中的无线接收系统。无线接收系统是1根独立的短节，内部封装有用于接收信号的天线装置及用于将信号进行放大、滤波、纠错、解码等的电路组、电池组等，接收本体采用无磁材料，结构复杂，加工成本高，电路器件费用高，所以成本较高。

图2 有线传输与无线传输的结构比较

2 应用实例

2013 年，有线传输式CGDS172NB系统在某油田的3口薄油层水平井应用，都取得了很好的效果。以某井为例，需要在1 668～2 423 m井段进行地质导向服务，以随钻电阻率、自然伽马作为油层判断参数，如图3，实时调整井眼轨迹并跟踪油层。

图3 某井随钻伽马、电阻率测井曲线

仪器在井口测试正常后开始下钻，复测井段1 635～1 668 m，信号正常，数据准确。复测完毕，开始定向钻进。仪器工作正常，脉冲信号良好，数据传输准确。当钻进至1 710 m，井斜89.14°，方位179.63°。测井曲线显示1 689～1 696 m井段近钻头电阻率由45Ω·m下降至15Ω·m，伽马值由80 API上升至100 API。地质导向人员要求伽马以上、下方向分两次复测1 685～1 708 m井段，判定好油层位置。复测1 685～1 708 m井段，结果显示上伽马方向，1 690 m处伽马值为80 API，1 693 m处升至95 API左右；下伽马方向，1 695 m处时伽马值80 API，1 699 m处升至95 API左右。判定油层位置在下方。工程人员接地质指令：要求在2～3个单根内将井斜降至89°，进入好油层后将井斜控制在89.5～90.0°。当井深由1 710 m钻进至1 720 m，测井曲线显示1 712 m的伽马值105 API，1 718 m伽马值降至80 API，完全进入好油层。当钻进至井深2 009 m，井斜88.57°，方位179.29°，近钻头电阻率11Ω·m，伽马值95 API左右，岩屑中深灰色泥岩增加。这时，地质导向人员要求复测2 004～2 009 m井段，判定好油层位置。当复测2 004～2 009 m井段，结果显示上伽马方向，伽马值为78 API；下伽马方向，伽马值95 API左右。这时工程人员接地质指令：井深2 007 m，井斜88.57°，方位179.29°，岩屑中深灰色泥岩增加，要求工程人员3～4个单根内增斜至91°后稳斜钻进。当仪器钻进至井深2 087 m，井斜90.68°，方位181.68°。在仪器钻进至井深2 010～2 087 m井段，近钻头电阻率由11Ω·m升至21Ω·m，伽马值由95 API降至75 API左右，并且呈现出电阻率继续上升，伽马值继续下降的趋势，进入好油层。钻进至井深2 423 m，完钻。图3为仪器在工作过程中随钻伽马、电阻率测井曲线图。

整个施工期间，地质导向人员2次通过方位伽马判断油层位置，使井眼轨迹始终保持在好油层中，达到了100%钻遇率。

此次应用，仪器连续使用148 h，使用井段为1 668～2 423 m，累计进尺755 m，提供了788 m的地质导向服务工作，仪器工作正常，性能稳定，脉冲信号良好，数据传输准确，一趟钻完成钻井服务任务。

在使用有线传输的CGDS172 NB系统过程中，实时电阻率和伽马曲线图与地质捞砂地层解析图匹配良好。通过调整仪器的姿态以及分析方位电阻率与伽马的变化，及时准确地判断出好油层的位置。钻进过程中充分发挥了仪器有线传输的优势，信号稳定、抗干扰能力强及仪器本身离钻头近的优点，在“多、广、薄”的储层中发挥重要作用。

3 结论

1） 通过将此前用MWD系统和无线接收短节对接来进行数据传递，改进为“有线传输”的测传马达后，测传马达与MWD系统直接对接，省去昂贵的无线接收短节，节约大量制造成本。

2） 测传马达的无线短传方式改进为“有线传输”的测传马达，信号传输更加稳定，抗干扰能力更强，可靠性更高，岩性适用性更好，特别是对高阻岩性，大幅提高了钻井效率，同时降低了钻井成本。

［1］ 苏义脑.地质导向钻井技术概况及其在我国的研究进展［J］.石油勘探与开发，2005，32（1）：92-95.

［2］ 王伟.CGDS172 NB近钻头地质导向钻井技术在江汉油田的应用［J］.钻采工艺，2011，34（5）：34-36.

［3］ 李林.随钻测量数据的井下短距离无线传输技术研究［J］.石油钻探技术.2007，35（1）：45-48.

［4］ 张返立.有线传输技术特点分析和发展方向［J］.信息通信，2012（4）：204.

［5］ 肖仕红，梁政.智能钻井电缆信号传输的研究现状及难点［J］.石油矿场机械，2007，36（2）：15-18.

Application of Near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Transmission

YANG Wen-jing，ZHOU Zhi-yong，YAN Guo-xing，HUANG Yan-f u，ZHANG Chun-hua，PAN Xing-ming
（Beijing Petroleum Machiner y Factor y，Beijing 100083，China）

Near-bit geological and engineering parameters are trans mitted to MWDsystemthrough wireless electr o magnetic short distance trans mission in t he CGDS172 NB Near-bit Geosteering Drilling System.Wireless short distance trans mission is easily interfered by downhole complicated conditions，signal is badl y attenuated in so me stratu m and wireless trans mission failed.In or der to receive high quality signals f or MWD system，wire trans mission is used.The cable channel is established in t he measuring sub，lower transition sub，upper transition sub，power section by and pass valve and near-bit Geosteering Drilling Systemthrough Wire Trans mission is developed.This paper intr oduces the str uct ure of wire CAI MS（China Adjustable Instr u mented Motor Syste m）.It has been shown that wire trans mission not only can cut down cost，but also have the advantages of more stable signal trans mission，str onger anti-interf erence capability and higher reliability.

navigational drilling；logging while drilling；wire transmission

TE927.607

B

1001-3482（2014）06-0077-03

2013-11-05

杨文景（1979-），女，河北藁城人，工程师，硕士，2006年毕业于燕山大学机械设计及理论专业，现从事井下随钻仪器研究，E-mail：yangwenjing618520＠126.co m。