MWD仪器角差测量方法研究

MWD仪器角差测量方法研究

张涛，冯焕银

中国石油西部钻探定向井仪装中心 新疆克拉玛依 834000

摘要:MMD(Measurement hile Drilling) 随钻测量仪器是随导向仪器的重要组成部分，主要负责测量仪器的井斜、方位和工具面角等井眼轨迹参数，并且完成测量数据的实时上传。根据重力工具面角、角差数据和工具位置偏角能够计算出JID工具钻链刻线和井下马达的弯曲方向，因此，准确测量MID仪器的角差是确认井下作业工具位置变化趋势的关键条件，研究MMD仪器的角差测量方法具有实用价值。文中主要介绍了三种测量角差数据的有效方法。

关键词:随钻测量仪器;角差;方法;价值

0引言

随着时代的进步，测井行业技术得以不断创新与发展，测斜仪器的种类也越来越多，MWD无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器，近几年，这种仪器的发展亦逐渐趋于成熟，在无数次的现场作业实践中，充分证明随钻测量仪器测量井眼轨迹参数和定向井施工参数的关键作用。

随钻测量仪器MWD主要由两大部分组成，脉冲器和探管。无论是新生产的MWD工具，还是现场作业返回经过维修保养的仪器，在装入钻链之前都需要根据作业需求进行组装，并且完成角差测量，而传统单一的机械测量方法容易出现操作失误，机械和电相结合的测量方式则大大提高角差测量的准确率，减少因数据计算错误导致的钻井失败，减少损失，研究更加严谨的角差测量方式是测井行业向做专做强方向靠近的需求。

1MWD无线随钻测量及角差简介

MWD 是在钻井过程中进行井下信息实时测量和上传技术的简称,MWD 的最大优点是可实时地“看”到井下的情况，从井底测量参数到地面接收数据只延误几分钟，因此 MWD 的应用将会大幅提高钻井施的效率。

1.1胜利定向井公司DWD无线随钻测系统

胜利油田定向井公司1991 年从美国 SperrySun 公司引进正脉冲定向 MWD 随钻测量仪器(简称 DWD),1999 年又从该公司引进了随钻地质评价仪器 FEWD 成套设备，测量参数包括定向参数、自然伽马、电磁波电阻率、中子孔隙度、地层密度及井下钻具振动量。目前，定向井公司的 DWD 共有 Super slim、350、650 和1200 四类,其中 350、650 及1200 系统又各有新、旧两种。

DWD 无线随钻测量仪器由地面部分井下部分及辅助工具、设备组成，其工作原理是利用仪器内的涡轮发电机将部分钻井液的能量转化成电能为探管供电，同时钻井液脉冲发生器将探管探测到的数据通过钻井液传递到地面,地面上采用钻井液压力传感器检测来自井下仪器的钻井液脉冲信息，并传输到地面解码箱进行处理，最终井下仪器所测量的井斜角、方位角和工具面数据等信息可以显示在计算机或 DDU 司钻阅读器上。

1.2角差

角差是井底仪器内方位传感器方位测量零点与动力钻具弯接头方位的差值。在 MWD 仪器下井之前，需要进行角差测量并需将角差值输入 MWD配套软件中，仪器入井后开始正常工作时，地面工作软件所显示的工具面值就是井底仪器所测到的方位值经角差值修正后的值。

角差是影响 MWD 测量系统的一个重要参数在一口井的施工过程中，如果施工人员所测量的角差值出错或偏差较大，将会严重影响该井的正常施工，情况严重的甚至会导致填井重钻或井眼报废。

2 MWD仪器角差的测量方法

传统的角差测量方式完全是借助水平气泡尺找到流简高边和探管高边的夹角，容易出现因失误操作造成测量值与实际值不符的现象，为了减少此类事件的发生，研究了地面测试系统和水平气泡尺相结合的方式进行角差测量，两者互相验证，大大提高了测量结果的准确率。地面测试系统功能强大，设备相对繁重，地点转换难，在距离地面系统较远的情况下研究出一种使用随钻控制面板测量角差的方式。

2.1角差的定义

随钻测量仪器的角差（HSG）定义：由流筒高边向下看顺时针方向转到探管高边的角度，即角差，如图1所示。MWD仪器在装入钻铤HOC时，流筒高边需要与钻铤刻线对齐才能装入，因此从仪器的上端往下端看，HOC刻线与探管测量点顺时针方向的夹角亦为角差。

图1 仪器角差

2.2传统角差测量方式

传统角差测量方式使用到的主要测量工具是水平气泡尺，分为两种，一种是带刻度的，如图2所示，另一种是不带刻度的，如图3所示。

图2 带刻度的水平尺

图3 不带刻度的气泡尺

传统角差测量步骤如下：

（1）将脉冲器与探管仪器连接，确保零刻度对齐并锁紧，套入探管，箭头朝向流筒方向，然后将不带刻度的气泡尺锁紧到探管高边的螺纹孔处，朝探管高边水平朝上方向转动仪器，细微调整，直至不带刻度的水平尺气泡居中，此时探管高边处于水平位置。

（2）调整带刻度的气泡尺，保持探管不动，找到气泡水平居中的位置，锁紧气泡尺刻度处。

（3）选择另一个不带刻度的气泡尺，将其锁紧到流筒高边螺纹孔处，转动仪器，找到气泡居中位置，此时流筒高边处于水平朝上位置。

（4）将探管方向的水平气泡尺的水平锁紧松开，单独转动气泡尺，使其与流筒高边气泡尺一致，直至气泡居中，此时读出的刻度值就是角差值。

2.3概念替换法角差测量方式

随钻测量仪器能够测量井眼轨迹参数：井斜、方位、和工具面，其中工具面分为重力工具面和磁工具面，文中主要用到重力工具面的定义：从流筒往探管方向，水平面与探管测量点顺时针方向的夹角即为重力工具面。从定义中可以推测出，当流筒高边处于水平位置时，重力工具面值和角差值的大小一致。从而推测出另一种角差测量方式。

（1）将不带刻度尺的气泡尺锁紧到流筒高边螺纹孔处，朝流筒高边水平朝上的方向转动仪器，细微调整，直至气泡居中，此时流筒高边处于水平位置。

（2）使用跨接线连接探管与地面系统，直流电源通过数据棒给探管仪器供电32V，打开TOOLAssistant软件读取探管传感器测量数据，此时的重力工具面数据TFG就是角差值。

（3）将MWD仪器装入钻铤外壳，钻铤刻线水平朝上，因刻线和流筒高边位置一致，此时采用步骤2的电测方式读取传感器重力工具面角，同样等同于角差。

此种方法避免了人为操作带来的失误，在实际应用中，一般会在传统角差测量方式的基础上，采用电测方式来验证测量结果是否在有效范围内。保证测量数据准确性的同时，也避免因失误造成的反复拆装仪器，提高了工作效率。

2.4控制面板测量角差方式

地面测试系统功能强大、体积繁重，搬运不方便，为了能够更加方便的随时完成角差测量，研究了應用随钻检测仪面板测量角差的方式。随钻检测仪面板有一项快速角差测量功能，本身也能够给探管仪器供电，检测仪面板。

使用控制面板进行角差测量的步骤如下：

（1）探管和脉冲器连接好，同样的方法使用气泡尺找到流筒高边的水平朝上位置。

（2）在定向探管总成的底部插上通讯电缆。

（3）打开检测仪电源开关

（4）将HSG开关拨到“ON”位置，LCD屏幕将不断刷新显示角差值。等待角差稳定后记录HSG（角差）值。

在实际应用中同样和传统角差测量方法共同进行，互相验证。

3结束语

经过长时间的工作经验证明，MWD仪器角差测量的3种方式，可以两两进行，起到互相验证测量结果的作用，在实际工作中，充分灵活运用，能够有效提高工作效率和工作质量，保障现场作业顺利。

4 参考文献

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