旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍

1、向中石油集团公司领导向中石油集团公司领导专家学习！专家学习！SST ESS一、测量仪器发展历程一、测量仪器发展历程二、几何导向井下工具仪器二、几何导向井下工具仪器三、地质导向井下工具仪器三、地质导向井下工具仪器四、案例四、案例1 1：FEWDFEWD应用于胜利油田水平井开发应用于胜利油田水平井开发五、案例五、案例2 2：FEWDFEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发应用于哈得逊油田薄层水平井开发六、案例六、案例3 3：FEWDFEWD应用于磨应用于磨152H152H井施工井施工内容内容水平井仪器工具水平井仪器工具一、测量仪器发展历程一、测量仪器发展历程 测量的定义：测量是指用仪器确定空间、时间

2、、温度、速度、功能等的有关数值。 石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型。从物理意义上讲, 测量井下钻具的工具面角, 即为井下钻具定向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。由于石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器, 采取间接测量的方法来完成。 目前, 石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介, 即大地的重力场、大地磁场和天体坐标系, 由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器元器件。 测量仪器发展历程测量仪器发展历程 A. 借助于重力场测量井斜角或高边工具面, 采用的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。这类仪器的测量基准是测点与地心的连线, 即铅垂线。主要测取井斜

3、角 B. 借助于地磁场测量方位角或磁性工具面, 采用的测量元件为罗盘或磁通门等。这类仪器的测量基准是磁性北极, 所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极, 即地理北极的数据。主要测取方位角 C. 借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面, 采用的测量元件为陀螺仪。陀螺仪为惯性测量仪器, 不以地球上任何一点为基准, 这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。测量仪器发展历程测量仪器发展历程 1 1）国外测量仪器的发展）国外测量仪器的发展年代内容测量仪器发展历程测量仪器发展历程 2)2)、国内测量仪器的发展、国内测量仪器的发展测量仪测量仪器器氢氢氟氟酸酸测测

4、斜斜仪仪，机机械械式式罗盘罗盘引引进进有有线线随随钻钻测测斜斜系系统统，电电子子单单多多测测量量系系统统及及陀陀螺螺测测量量系统系统发展了无线、有线发展了无线、有线随钻测斜系统，开随钻测斜系统，开始引进带地质参数始引进带地质参数的MWD系统的MWD系统有线随钻测量仪有线随钻测量仪器仍在使用，无器仍在使用，无线测量仪器开始线测量仪器开始普及，引进部分普及，引进部分地质参数测量仪地质参数测量仪器器 80 80年 代年 代 90 年 90 年代代 60-70 60-70年代年代现在现在年代年代内容内容测量仪器发展历程测量仪器发展历程 上个世纪上个世纪3030年代年代, ,国外就开始研究随钻地质测量仪

5、器。国外就开始研究随钻地质测量仪器。 到到6060年代初期，由年代初期，由ARPSARPS公司和公司和LANE WELLSLANE WELLS公司联合研制出了自然伽玛公司联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器。由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能受到和电阻率随钻测井仪器。由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能受到限制，钻井工艺落后，该技术没有获得广泛推广，仅在有限的几口井中投限制，钻井工艺落后，该技术没有获得广泛推广，仅在有限的几口井中投入使用。但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础。入使用。但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础。 6060年代后期到年代后期到7070年代，人们认识到

6、了随钻测量技术在钻井工业中的重年代，人们认识到了随钻测量技术在钻井工业中的重要地位，开始重点研制井下遥测系统，先后开发出了有线随钻测量仪器要地位，开始重点研制井下遥测系统，先后开发出了有线随钻测量仪器（SSTSST）和无线随钻测量仪器（）和无线随钻测量仪器（MWDMWD）。特别是无线随钻测量技术，为以后）。特别是无线随钻测量技术，为以后随钻地质测量仪器的发展打下了坚实的基础。随钻地质测量仪器的发展打下了坚实的基础。 8080年代初期年代初期, ,研究出具有商业应用价值的随钻地质测量仪器，为导向钻研究出具有商业应用价值的随钻地质测量仪器，为导向钻井、大斜度井、水平井的发展打下了基础。井、大斜度井

7、、水平井的发展打下了基础。 此后此后, ,伴随具有商业应用价值的地质导向仪器和工具的出现，随钻地质伴随具有商业应用价值的地质导向仪器和工具的出现，随钻地质测量仪器开始大规模应用于生产。测量仪器开始大规模应用于生产。3 3、地质导向仪器发展过程、地质导向仪器发展过程测量仪器发展历程测量仪器发展历程n SPERRY-SUN SPERRY-SUN公司公司( (现在属于现在属于HALLIBURTONHALLIBURTON公司公司) )是一家综合性的钻井是一家综合性的钻井技术服务公司。技术服务公司。n该公司率先采用短无磁钻铤测量方法该公司率先采用短无磁钻铤测量方法n19681968年在世界上首次推出有线

8、随钻测量仪器年在世界上首次推出有线随钻测量仪器n19831983年首家推出具有商业应用价值的电磁波感应电阻率随钻测井工具年首家推出具有商业应用价值的电磁波感应电阻率随钻测井工具n19861986年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井工具年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井工具n19881988年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井工具年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井工具n19921992年首家推出具有商业应用价值的四极多深度随钻电阻率测井工具年首家推出具有商业应用价值的四极多深度随钻电阻率测井工具n19941994年首家推出具有商业应用价值的年首家推出具有商

9、业应用价值的4-3/4“4-3/4“随钻测井工具随钻测井工具n19961996年首家推出具有商业应用价值的随钻声波测井工具年首家推出具有商业应用价值的随钻声波测井工具测量仪器发展历程测量仪器发展历程 5、目前的技术水平目前的技术水平 9090年代，地质导向钻井技术进入了大规模应用阶段。各种功能全面、性能年代，地质导向钻井技术进入了大规模应用阶段。各种功能全面、性能优良、能满足各种井眼尺寸随钻施工的新型随钻地质测量仪器相继出现。目前优良、能满足各种井眼尺寸随钻施工的新型随钻地质测量仪器相继出现。目前, ,已完全可以取代电缆测井。已完全可以取代电缆测井。 目前已开发出的随钻地质导向测井工具包括：目

10、前已开发出的随钻地质导向测井工具包括： 自然伽玛自然伽玛 电阻率电阻率 岩石密度岩石密度 孔隙度孔隙度 井井 径径 井底压力井底压力 声波测井声波测井 核磁成像等。核磁成像等。测量仪器发展历程测量仪器发展历程测量仪器发展历程测量仪器发展历程目前国内配备的MWD 包括：斯派里森公司MWD通用公司QDT-MWD科学钻井SDI-MWD 北京海蓝YST-48X 英国吉奥林公司Orienteer哈里伯顿公司的探路者系统、斯伦贝谢SLIM-ONE贝克休斯公司Navi-Gator测量仪器发展历程测量仪器发展历程目前国内配备的MWD 主要包括： 斯派里森公司FEWD 英国吉奥林公司Orienteer 贝克休斯

11、公司Navi-TRACK8 8、国内在用的几种进口地质参数仪器对比、国内在用的几种进口地质参数仪器对比性能参数性能参数哈里伯顿哈里伯顿贝克休斯贝克休斯吉奥林吉奥林仪器类型仪器类型FEWD-RLLFEWD-RLLMPR LWDMPR LWDTRIM LWDTRIM LWD测量参数测量参数伽玛伽玛 / / 电阻率电阻率 / / 振动振动伽玛伽玛/ / 电阻率电阻率 / / 振动振动伽玛伽玛 / / 电阻率电阻率具备扩展孔隙度具备扩展孔隙度/ /岩岩石密度能力否石密度能力否是是是是目前不具备目前不具备地面系统地面系统Windows NTWindows NT集成软件集成软件/ /Windows NTW

12、indows NT集成软集成软D O S D O S 操 作 系 统 ，操 作 系 统 ，WINDOWSWINDOWS伽玛探测精度伽玛探测精度3API 50API3API 50API0 380 API0 380 API3API 100API3API 100API0 250 API0 250 API3%3%电阻率探测精度电阻率探测精度 探测范围探测范围1% 10 1% 10 欧姆米欧姆米0.05 - 20000.05 - 2000欧姆米欧姆米1% 0.1-50 1% 0.1-50 欧姆米欧姆米0.1 - 30000.1 - 3000欧姆米欧姆米1% (1% (全量程全量程) )0.1 - 200

13、00.1 - 2000欧姆米欧姆米电阻率发射电极电阻率发射电极4 4个个4 4个个1 1个个电阻率接收射极电阻率接收射极2 2个个2 2个个1 1个个频率类型频率类型2MHz, 1MHz2MHz, 1MHz2MHz , 400KHz2MHz , 400KHz20KHz20KHz传感器类型传感器类型钻铤式钻铤式钻铤式钻铤式探管式探管式井下电源井下电源涡轮发电涡轮发电涡轮发电涡轮发电锂电池锂电池脉冲方式脉冲方式正脉冲正脉冲正脉冲正脉冲负脉冲负脉冲测量仪器发展历程测量仪器发展历程项目项目哈里伯顿哈里伯顿FEWDFEWD贝克休斯贝克休斯MPRMPR吉奥林吉奥林工作时间工作时间可长时间连续工作可长时间连

14、续工作可长时间连续工作可长时间连续工作150-180150-180小时小时地面系统性能地面系统性能明显优势，明显优势，Windows NTWindows NT与泥与泥浆录井、欠平衡钻井集成作浆录井、欠平衡钻井集成作业，现场信息和控制业，现场信息和控制/ /实时网实时网络或卫星传输络或卫星传输 Windows NTWindows NT，现场信息，现场信息和控制和控制/ /可实时网络或卫可实时网络或卫星传输星传输 DOSDOS、WINDOWSWINDOWS操作环境操作环境 电阻率传感器性能电阻率传感器性能 4 4个发射极，个发射极，2 2个接收极个接收极 4 4种种探测深度探测深度2MHz, 1M

15、Hz电阻率曲电阻率曲线，沙、泥岩界面感应电阻线，沙、泥岩界面感应电阻率率4 4条曲线呈发散状，条曲线呈发散状，有精度有精度补偿技术补偿技术 多个发射极、多个发射极、2 2个接收极，个接收极，一种频率为一种频率为2MHz , 2MHz , 400KHz400KHz感应电阻率单一感应电阻率单一曲线，曲线，有精度补偿技术有精度补偿技术 单个发射极、单个接收极，单个发射极、单个接收极，一种频率为一种频率为200kHz的感应的感应电阻率单一曲线电阻率单一曲线 ，无精无精度补偿技术度补偿技术 伽玛传感器性能伽玛传感器性能钻铤短节式钻铤短节式，镶嵌在钻铤上，镶嵌在钻铤上，双向自然伽玛，直接接触地双向自然伽玛

16、，直接接触地层，层，双向测量双向测量有钻铤隔离带，单一测量有钻铤隔离带，单一测量有钻铤隔离带，单一测量有钻铤隔离带，单一测量补偿中子孔隙度补偿中子孔隙度钻梃短节，钻梃短节，镅镅241241中子源中子源无无无无岩石密度岩石密度钻梃短节，钻梃短节，铯铯137137中子源中子源无无无无钻柱震动传感器钻柱震动传感器 咖玛短节内，咖玛短节内，切向震动切向震动- -闪动闪动实时数据实时数据，工况，工况 无无无无8 8、国内在用的几种进口地质参数仪器对比、国内在用的几种进口地质参数仪器对比测量仪器发展历程测量仪器发展历程二、二、导向导向(几何几何) )井下仪器工具井下仪器工具导向导向(几何）井下仪器工具几何

17、）井下仪器工具几何几何导向钻井井下钻具主要由导向钻井井下钻具主要由导向仪器导向仪器、井下导向工具井下导向工具和和配套工具配套工具组成。组成。导向仪器导向仪器主要是只提供定向参数的测量仪器。导向仪器主要是只提供定向参数的测量仪器。导向仪器主要为主要为MWDMWD，但在我国由于各种因素的限制，目前部分油田，但在我国由于各种因素的限制，目前部分油田仍然将仍然将SSTSST作为导向钻井的主要仪器，因此结合我国的国情，作为导向钻井的主要仪器，因此结合我国的国情，将将SSTSST也作为导向仪器加以介绍。也作为导向仪器加以介绍。导向工具导向工具主要是井下动力钻具、可变径稳定器和配套工主要是井下动力钻具、可变

18、径稳定器和配套工具组成。具组成。MWD导向钻具常用组合导向钻具常用组合 SST 导向钻具常用组合导向钻具常用组合导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.13.1 有线随钻测量仪有线随钻测量仪 有线随钻测量仪有线随钻测量仪采用单芯铠装电缆传输数据，整个系统采用单芯铠装电缆传输数据，整个系统主要由主要由 5 5 部分组成：部分组成： 地面数据处理系统地面数据处理系统 井下仪器总成井下仪器总成 地面数据显示系统地面数据显示系统 电缆操作设备电缆操作设备 辅助作业工具。辅助作业工具。 导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.1.13.1.1有线随钻主要工作原理有线随钻主要工作原理

19、系统进入工作状态后，地面数据处理系统给井下仪器通过电缆供电，井下系统进入工作状态后，地面数据处理系统给井下仪器通过电缆供电，井下仪器完成对数据的实时采集后，按一定格式对数据编码，然后通过电缆将编码仪器完成对数据的实时采集后，按一定格式对数据编码，然后通过电缆将编码后的数据以脉冲信号的形式传送至地面，地面数据处理系统对井下仪器传送上后的数据以脉冲信号的形式传送至地面，地面数据处理系统对井下仪器传送上来的脉冲信号解码、处理、计算，并将数据实时向钻台上的数据显示系统司钻来的脉冲信号解码、处理、计算，并将数据实时向钻台上的数据显示系统司钻阅读器发送，实现随钻施工。阅读器发送，实现随钻施工。地面数据地面

20、数据处理系统处理系统井下井下仪器仪器地面数据地面数据显示系统显示系统实时数据井下测量数据井下测量数据供电供电有线随钻测量仪器工作原理图有线随钻测量仪器工作原理图导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.1.2有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-SST导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具探管型号探管型号1000系列系列全角探管全角探管900系列系列高温探管高温探管700系列系列高温探管高温探管井斜角井斜角测量范围测量范围018001800180系统精度系统精度0.30.30.30.30.30.3井斜方位井斜方位角角测量范围测量范围036360036360036360系统精度系统精

21、度2.02.02.02.02.02.0工具面角工具面角测量范围测量范围036360036360036360系统精度系统精度2.02.02.02.02.02.0外径外径35mm25mm25mm耐温耐温125182182抗压筒抗压抗压筒抗压15000 Psi15000 Psi15000 Psi抗压筒外径抗压筒外径44.5mm34.5mm34.5mm3.1.2有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-SST导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.1.3有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-MS3导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具井斜角井斜角测量范围测量范围0180系统精度系统精度0.30.

22、3井斜方位角井斜方位角测量范围测量范围036360系统精度系统精度2.02.0磁边工具面磁边工具面角角测量范围测量范围036360系统精度系统精度2.02.0高边工具面高边工具面角角测量范围测量范围036360系统精度系统精度2.02.0外径外径35 mm工作温度范围工作温度范围-25+125抗压筒抗压抗压筒抗压20000Psi抗压筒外径抗压筒外径35mm3.1.3有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-MS3导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.1.4有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-YST导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具设备代码设备代码 井斜角测量范围井斜角测量范围01

23、80设备名称设备名称有线随钻测斜仪有线随钻测斜仪井斜角测量精度井斜角测量精度0.2设备型号设备型号YST-35、YST-25方位角测量范围方位角测量范围0360系统电源系统电源220V15%(4060Hz)方位角测量精度方位角测量精度2井下仪器供电方式井下仪器供电方式接口电源箱接口电源箱磁性工具面角测量范围磁性工具面角测量范围0360最高工作温度最高工作温度125磁性工具面角测量精度磁性工具面角测量精度2井斜井斜10最大工作压力最大工作压力100MPa高边工具面角测量范围高边工具面角测量范围0360仪器外筒外径仪器外筒外径45mm、35mm高边工具面角测量精度高边工具面角测量精度2井斜井斜10

24、地面计算机类型地面计算机类型通用计算机或通用计算机或专用数据处理仪专用数据处理仪35探管长度探管长度670mm探管外径探管外径35mm、25mm25探管长度探管长度804mm系统软件系统软件Windows9835抗压筒长度抗压筒长度1450mm操作软件操作软件HRM.exe25抗压筒长度抗压筒长度1600mm3.1.4有线随钻测量仪器有线随钻测量仪器-YST导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.23.2 无线随钻测量仪无线随钻测量仪MWDMWD 无线随钻测量仪无线随钻测量仪MWDMWD主要由五部分组成主要由五部分组成: : 即地面数据处理系统即地面数据处理系统 地面检波系统地面检波

25、系统 地面数据显示系统地面数据显示系统 井下仪器总成井下仪器总成 辅助设备。辅助设备。 导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.2.13.2.1无线随钻无线随钻主要工作原理主要工作原理 主要工作原理为：井下仪器利用自备发电机或电池供电。系统进入工作主要工作原理为：井下仪器利用自备发电机或电池供电。系统进入工作状态后，井下仪器开始采集数据并按一定格式对数据编码，然后泥浆介质或状态后，井下仪器开始采集数据并按一定格式对数据编码，然后泥浆介质或地层介质将编码后的数据以泥浆压力脉冲或电磁波的形式传送至地面，地面地层介质将编码后的数据以泥浆压力脉冲或电磁波的形式传送至地面，地面检波系统自动检测

26、来自井下的数据并将数据传送到地面数据处理系统，地面检波系统自动检测来自井下的数据并将数据传送到地面数据处理系统，地面数据处理系统对地面检波系统传送来的信号解码、处理、计算后，得到井下数据处理系统对地面检波系统传送来的信号解码、处理、计算后，得到井下仪器的测量数据，并将数据实时向钻台上的数据显示系统发送，实现随钻施仪器的测量数据，并将数据实时向钻台上的数据显示系统发送，实现随钻施工。工。地面数地面数据处理据处理系统理系统理系统系统井井下下仪仪器器数据显数据显示系统示系统实时数据实时数据地面地面检波检波系统系统泥浆压力脉冲泥浆压力脉冲或电磁波或电磁波有线随钻测量仪器工作原理图有线随钻测量仪器工作原

27、理图导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.2.3无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-MWD导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.2.4无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-DWD导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具系系统统精精度度井斜角井斜角测量范围测量范围0 0180180系统精度系统精度0.20.2井斜方位角井斜方位角测量范围测量范围0360系统精度系统精度1.51.5磁边工具面角磁边工具面角测量范围测量范围0360系统精度系统精度2.82.8高边工具面角高边工具面角测量范围测量范围0360系统精度系统精度2.82.8 测量数据修正时间测量数据修正时间2.5分钟

28、分钟 工具面修正时间工具面修正时间 14秒秒 (0.5HZ)9.3秒秒(0.8HZ)类型类型超小系统超小系统350350系统系统 650 650 系统系统 950 950 系统系统 12001200系统系统外径外径89mm89mm121 mm 121 mm 165 mm 165 mm 203 mm 203 mm 241 mm241 mm长度长度5.33m5.33m1.829 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 接头接头特殊方扣特殊方扣 NC38 NC38 4-1/2 IF 4-1/2 IF 6-5/8 REG 6-

29、5/8 REG 7-5/8 REG7-5/8 REG3.2.4无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-DWD导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具泥浆排量泥浆排量5.775.7l/s泥浆类型泥浆类型水基泥浆、油基泥浆水基泥浆、油基泥浆泥浆密度泥浆密度小于小于2.17g/cm2.17g/cm含砂量含砂量小于小于1%1%塑性粘度塑性粘度小于小于50cp50cp最大压力最大压力102Mpa102Mpa最高工作温度最高工作温度125125堵漏材料堵漏材料细、中型短纤维细、中型短纤维,含量小于含量小于57kg/m3.2.4无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-DWD导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪

30、器工具Super-slim :5.712.6,350: 9.522.1,650:14.241,1200:22.175.73.2.5无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-QDT 不发射脉冲不发射脉冲 发射脉冲发射脉冲导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具系系统统精精度度井斜角井斜角测量范围测量范围0 0180180系统精度系统精度0.10.1井斜方位角井斜方位角测量范围测量范围0360系统精度系统精度1.01.0磁边工具面磁边工具面角角测量范围测量范围0360系统精度系统精度1.01.0高边工具面高边工具面角角测量范围测量范围0360系统精度系统精度1.0 1.0 3.2.5无线随钻测量仪器

31、无线随钻测量仪器-QDT导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具泥浆类型泥浆类型水基泥浆、油基泥浆水基泥浆、油基泥浆泥浆密度泥浆密度小于小于2.17g/cm2.17g/cm含砂量含砂量小于小于1%1%塑性粘度塑性粘度小于小于50cp50cp最大压力最大压力102Mpa102Mpa最高工作温度最高工作温度125125堵漏材料堵漏材料无无3.2.5无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-QDT导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具 SDIMWD由井下仪器和由井下仪器和地面设备两大部分组成。井下地面设备两大部分组成。井下仪器包括探管、锂电池短节、仪器包括探管、锂电池短节、MWD控制器、脉冲发

32、生器驱控制器、脉冲发生器驱动器、脉冲发生器等；地面设动器、脉冲发生器等；地面设备包括控制箱备包括控制箱MSI、编程电源、编程电源、深度显示器、司钻阅读器、压深度显示器、司钻阅读器、压力传感器、泵传感器等。力传感器、泵传感器等。 3.2.6无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-SDI导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具泥浆流过控制阀未动泥浆流过控制阀未动作作 产生脉冲，控制阀打开产生脉冲，控制阀打开无泥浆流过时脉冲发无泥浆流过时脉冲发生器的状态生器的状态导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具强有力的主弹簧推动蘑菇头强有力的主弹簧推动蘑菇头轴，一直试图关闭该阀。蘑轴，一直试图关闭该阀

33、。蘑菇头阀处于关的位置。菇头阀处于关的位置。钻井液推动驱动活塞下移，钻井液推动驱动活塞下移，推动主蘑菇头下移，允许泥推动主蘑菇头下移，允许泥浆通过，驱动活塞两端压力浆通过，驱动活塞两端压力相同。相同。贯穿蘑菇头总成有一个通道，连贯穿蘑菇头总成有一个通道，连通脉冲发生器顶部与驱动活塞下通脉冲发生器顶部与驱动活塞下部，驱动活塞下部的截面积比蘑部，驱动活塞下部的截面积比蘑菇头阀座的大。菇头阀座的大。仪器外径4-3/46-1/46-1/26-3/489-1/2仪器长度滑动28/30m20/30m20/30m20/30m12/30m12/30m转动12/30m10/30m10/30m10/30m7/30

34、m7/30m最高温度最高压力允许排量400GPM400GPM400GPM1000GPM 1500GPM 1500GPM允许狗腿度12520000Psi36ft磁/高边转换数据更新速度11.2秒测量时间150秒工具面精度0.15,井斜大于3方位精度0.25,井斜大于3井斜精度0.15,任何井斜伽玛标准AAPI单位(标准)3.2.6无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-SDI导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具3.2.7无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-YST-48X导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具 YST-48X型无线随钻测斜仪是一种正脉冲的测斜仪，其利用控制循环管柱中泥浆压

35、力将测量参数传输到地面，不需要电缆连接，无需缆车等专用设备，具有活动部件少，使用方便，维修简单等优点，其井下部分是模块状组成并具有柔性，可以满足短半径造斜需要，其外径为48毫米，适用于各种尺寸的井眼，而且整套井下仪器可以打捞。设备代码设备代码 井斜角测量范围井斜角测量范围0180设备名称设备名称泥浆脉冲随钻测斜仪泥浆脉冲随钻测斜仪井斜角测量精度井斜角测量精度0.2设备型号设备型号YST48X方位角测量范围方位角测量范围0360系统电源系统电源160260V(4060Hz)方位角测量精度方位角测量精度2井下仪器供电方式井下仪器供电方式电池组电池组磁性工具面角测量范磁性工具面角测量范围围0360最

36、高工作温度最高工作温度125磁性工具面角测量精磁性工具面角测量精度度2,井斜井斜10最大工作压力最大工作压力100MPa高边工具面角测量范高边工具面角测量范围围0360仪器外筒外径仪器外筒外径48mm高边工具面角测量精高边工具面角测量精度度 2 , 井 斜井 斜10地面计算机类型地面计算机类型通用计算机或专用数通用计算机或专用数据处理仪据处理仪远程数据处理器型号远程数据处理器型号SXW200探管外径探管外径36mm 系统软件系统软件Windows98 操作软件操作软件HMWD.exe 3.2.7无线随钻测量仪器无线随钻测量仪器-YST-48X导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具仪器类

37、型 有线 无线 信号传输方式 电缆 泥浆或地层介质 优点 费用低、数据传输快、信号受钻井操作影响小、对钻井液没有特殊要求。 操作简单、占用有效钻机时间少、施工安全、效率高。 缺点 施工工艺复杂、占用有效钻机时间过多、井下安全得不到有效保障、施工效率低下。 数据传输速度较SST慢，信号受钻井操作及介质的影响较大，成本高。 应用情况 国外已经淘汰，我国在浅定向井、水平井中还在使用。 国外是必须使用的仪器，国内在定向井、水平井和大位移井的施工中广泛使用。 导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具导向工具主要是动力钻具和可调径稳定器，如下图所示。导向工具主要是动力钻具和可调径稳定器，如下图所示。

38、 配套工具包括高性能钻头、无磁钻杆、井下仪器配套工具包括高性能钻头、无磁钻杆、井下仪器MWDMWD悬挂短节、无磁悬挂短节、无磁钻铤、短无磁钻铤、钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜台阶钻杆、井下加力钻铤、短无磁钻铤、钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜台阶钻杆、井下加力器、震击器、扶正器、单向阀和其它无磁器、震击器、扶正器、单向阀和其它无磁/ /非无磁配合接头等，有时还需非无磁配合接头等，有时还需要配备定向接头、弯接头。要配备定向接头、弯接头。导向导向(几何）井下仪器工具几何）井下仪器工具三、地质三、地质导向井下仪器工具导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具 几何几何导向技术在提高定向井钻井速度

39、、缩短建井周期、精导向技术在提高定向井钻井速度、缩短建井周期、精确控制轨迹走向方面发挥了积极的作用，但该钻井技术不能确确控制轨迹走向方面发挥了积极的作用，但该钻井技术不能确保轨迹一直在产层中穿行，在碰到意外地质变化的情况下仍需保轨迹一直在产层中穿行，在碰到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真实的目的层或重新评价其开发价值，要借助电测仪器来确定真实的目的层或重新评价其开发价值，因此，该技术存在一定的局限性。因此，该技术存在一定的局限性。 随着钻井技术的不断发展和人们对现场施工的要求不断提随着钻井技术的不断发展和人们对现场施工的要求不断提高，钻井技术人员不能再单单依靠常规导向方法，而需要

40、地质高，钻井技术人员不能再单单依靠常规导向方法，而需要地质参数来辅助几何导向。参数来辅助几何导向。 地质导向井下钻具主要由地质导向井下钻具主要由地质导向仪器地质导向仪器、地质导向工具地质导向工具和和配套工具配套工具共同共同组成。组成。 地质导向仪器由地质导向仪器由MWDMWD和带地质参数的传感器组成。和带地质参数的传感器组成。 地质导向工具主要是指能实现井下地质导向施工的工具，主要是井下动地质导向工具主要是指能实现井下地质导向施工的工具，主要是井下动力钻具。和几何导向相比，地质导向工具的性能更高，范围也更广，如可调力钻具。和几何导向相比，地质导向工具的性能更高，范围也更广，如可调弯壳体、近钻头

41、井斜伽玛传感器等。弯壳体、近钻头井斜伽玛传感器等。 地质导向仪器实时提供轨迹控制所需要的工程、地质数据，井下导向工地质导向仪器实时提供轨迹控制所需要的工程、地质数据，井下导向工具更精确地实现轨迹的控制。具更精确地实现轨迹的控制。地质导向井下钻具的构成地质导向井下钻具的构成地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具2.12.1地质导向钻井技术常用钻具组合地质导向钻井技术常用钻具组合钻头钻头+ +马达马达+ +单向阀单向阀+ LWD+ LWD地质短接地质短接+ +无磁钻杆无磁钻杆+ +转换接头转换接头+ +震击器震击器+ +转换接头转换接头+ +钻杆（斜钻杆（斜台阶或普通）台阶或普通）+ +加重钻杆

42、加重钻杆+ +上部钻具，如图上部钻具，如图A A和图和图B B所示。所示。 图图A A带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合图图B B带二种地质测量仪器的地质导向钻具组合带二种地质测量仪器的地质导向钻具组合 该钻具组合是现场使该钻具组合是现场使用比较多的使用动力钻用比较多的使用动力钻具的钻具组合结构，在具的钻具组合结构，在地质导向钻井施工中最地质导向钻井施工中最常见。常见。 图图B B是图是图A A的简化钻的简化钻具组合，由于只采用两具组合，由于只采用两种地质仪器，钻具结构种地质仪器，钻具结构简化，刚性减弱，在施简化，刚性减弱，在施工过程中既满足了实时工过程中

43、既满足了实时地质评价的需要，又提地质评价的需要，又提高了施工安全，该钻具高了施工安全，该钻具组合也是经常使用。组合也是经常使用。 地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具2.22.2地质导向钻井技术常用钻具组合地质导向钻井技术常用钻具组合 钻头钻头+ +可调径稳定器可调径稳定器+ +单向阀单向阀+LWD+LWD短接短接+ +无磁钻杆无磁钻杆+ +转换接头转换接头+ +震击器震击器+ +转换接头转换接头+ +钻钻杆（斜台阶或普通）杆（斜台阶或普通）+ +加重钻杆加重钻杆+ +上部钻具，如图所示。上部钻具，如图所示。带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合带四种地质测量仪器的地质导向钻具组合 该钻具组

44、合是比较常用的不带动力钻具的井下地质导该钻具组合是比较常用的不带动力钻具的井下地质导向钻具结构，常用于稳斜段、水平井水平段施工。向钻具结构，常用于稳斜段、水平井水平段施工。地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具2.32.3地质导向钻井技术常用钻具组合地质导向钻井技术常用钻具组合钻头钻头+ +带地质测量仪器的动力钻具带地质测量仪器的动力钻具+ LWD+ LWD地质短接地质短接+ +无磁钻杆无磁钻杆+ +转换接头转换接头+ +震击器震击器+ +转换转换接头接头+ +钻杆（斜台阶或普通）钻杆（斜台阶或普通）+ +加重钻杆加重钻杆+ +上部钻具，如图所示。上部钻具，如图所示。 该钻具组合使用了带地质

45、仪器的动力钻具和井径、地层压力该钻具组合使用了带地质仪器的动力钻具和井径、地层压力/ /温度温度测井仪，这样使实时地质参数更接近钻头，利用井径数据对测量的地测井仪，这样使实时地质参数更接近钻头，利用井径数据对测量的地质数据进行校正，使得测量结果准确。还可利用地层压力、地层温度质数据进行校正，使得测量结果准确。还可利用地层压力、地层温度参数对地层进行评价，同时也增加了施工的安全。参数对地层进行评价，同时也增加了施工的安全。带地质测量仪的动力钻具所组成的简化地质导向钻具组合带地质测量仪的动力钻具所组成的简化地质导向钻具组合 地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具2.42.4地质导向钻井技术常用钻

46、具组合地质导向钻井技术常用钻具组合钻头钻头+ +带地质测量仪器的动力钻具带地质测量仪器的动力钻具+ LWD+ LWD地质短接地质短接+ +无磁钻杆无磁钻杆+ +转换接头转换接头+ +震击器震击器+ +转换转换接头接头+ +钻杆（斜台阶或普通）钻杆（斜台阶或普通）+ +加重钻杆加重钻杆+ +上部钻具，如图所示。上部钻具，如图所示。 该钻具组合采用该钻具组合采用声波传感器声波传感器，不使用地层密度和中子孔隙度参数，不使用地层密度和中子孔隙度参数就可实现对地层的全面评价。就可实现对地层的全面评价。地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具带声波测井仪的地质导向钻具组合带声波测井仪的地质导向钻具组合 L

47、WD是国际上九十年代发展起来的一种先是国际上九十年代发展起来的一种先进的随钻测量仪器，它将地质参数测量与井身进的随钻测量仪器，它将地质参数测量与井身轨迹控制测量组合在一起，可以提供地质参数轨迹控制测量组合在一起，可以提供地质参数的随钻测量。使现场地质师可以及时的获取准的随钻测量。使现场地质师可以及时的获取准确的地质资料，对地质变化作准确、及时的判确的地质资料，对地质变化作准确、及时的判断和预报，配合工程施工，对井身轨迹进行及断和预报，配合工程施工，对井身轨迹进行及时的调整，保证井眼的准确命中储层并穿行于时的调整，保证井眼的准确命中储层并穿行于储层中有利于开采的最佳位置，完成地质导向储层中有利于

48、开采的最佳位置，完成地质导向施工。施工。3、地质参数随钻测量仪、地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具 可实现地质资料的随钻测量；可实现地质资料的随钻测量； 获得的地质资料及时、准确；获得的地质资料及时、准确； 地层暴露时间短，地层未受泥浆侵入。地层暴露时间短，地层未受泥浆侵入。 模块化设计；模块化设计； 可根据现场需要，采用不同的传感器组合。可根据现场需要，采用不同的传感器组合。 可扩展性。可扩展性。 随技术进步和现场的需要，可以添加新的传感器。随技术进步和现场的需要，可以添加新的传感器。特点特点地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质

49、导向井下仪器工具 DGR DGR传感器采用双向伽玛测量技术，传感器采用双向伽玛测量技术，双向自然咖玛传感器包含有两组伽马射线双向自然咖玛传感器包含有两组伽马射线探测器，每组由探测器，每组由8 8根根22.9mm22.9mm长的盖革长的盖革米米勒计数管组成，勒计数管组成，1616根计数管在仪器周围按根计数管在仪器周围按360360度排列。度排列。两组探测器捕获的地层自然两组探测器捕获的地层自然伽玛射线计数，地层中的放射性元素主要伽玛射线计数，地层中的放射性元素主要有钾、钍、铀。钾和钍存在于页岩和粘土有钾、钍、铀。钾和钍存在于页岩和粘土矿物（伊利石、高岭石、蒙脱石）中。矿物（伊利石、高岭石、蒙脱石

50、）中。传传感器将记数捕获的自然咖玛的原始计数转感器将记数捕获的自然咖玛的原始计数转换成换成APIAPI标准计数，经过平均计算后合成标准计数，经过平均计算后合成咖玛测井曲线。咖玛测井曲线。这种结构可以在有一组探这种结构可以在有一组探测器失效的情况下，仍可以保证获得可靠测器失效的情况下，仍可以保证获得可靠的伽玛计数。的伽玛计数。地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具 DGR DGR 传感器主要技术参数传感器主要技术参数 地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD主要应

51、用主要应用a a、划分岩性并确定地层界面、划分岩性并确定地层界面b b、进行地层物性的初步评价、进行地层物性的初步评价c c、水平井钻进时，根据曲线变、水平井钻进时，根据曲线变化可以预告地层变化。化可以预告地层变化。地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD SPERRY-SUN SPERRY-SUN公司的公司的EWR-Phase4EWR-Phase4电电磁波电阻率传感器采用独有的四相磁波电阻率传感器采用独有的四相位测量技术，具有高精度、高灵敏位测量技术，具有高精度、高灵敏度和可靠性好的特点。仪器由四个度和可靠性好的特点。仪器由四个发射器和两个接受器组

52、成，通过测发射器和两个接受器组成，通过测量每一组传感器和接受器之间的相量每一组传感器和接受器之间的相位差和波幅衰减，可以绘制出八条位差和波幅衰减，可以绘制出八条不同探测深度（极浅、浅、深、极不同探测深度（极浅、浅、深、极深）的电阻率曲线，相位差和对应深）的电阻率曲线，相位差和对应的波幅衰减经过组合，可以得到组的波幅衰减经过组合，可以得到组合电阻率曲线合电阻率曲线（CPACPA）。）。 地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具1MHzTransmitter2MHzTransmittersNearReceiverFarReceiverMeasurePoint12”12”6”6”6”地质参数随钻测量

53、仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD技技术术参参数数地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD主要应用主要应用a a、利用地层的电阻率差异区分油水界面或其他液相界面。、利用地层的电阻率差异区分油水界面或其他液相界面。 b b、配合咖玛测量数据，可预告地层变化，回避油水界面。、配合咖玛测量数据，可预告地层变化，回避油水界面。c c、结合咖玛数据，进行地层物性的初步评价。、结合咖玛数据，进行地层物性的初步评价。d d、水平井钻进时，根据曲线变化可以预告地层变化。、水平井钻进时，根据

54、曲线变化可以预告地层变化。地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具原理原理 补偿中子孔隙度测井传感器采用补偿中子孔隙度测井传感器采用A Am241m241-Be-Be作为中子源。作为中子源。A Am241m241在衰变过程中产生在衰变过程中产生粒粒子，子，粒子轰击粒子轰击BeBe，产生平均能量为，产生平均能量为4MeV4MeV的中子。中子在放射源附近与地层中的氢原的中子。中子在放射源附近与地层中的氢原子发生弹性散射减速为热中子后，很快被岩石中的其它原子核俘获，放出中子子发生弹性散射减速为热中子后，很快被岩石中的其它原子核俘获，放出中子射线射线。中子。中子射线的有效运行距离约为射线的有效运行距离

55、约为12”,12”,而传感器设计的放射源至盖革而传感器设计的放射源至盖革- -米勒计数管之米勒计数管之间的距离为间的距离为14”14”，因此在放射源附近和地层中的氢原子发生弹性散射的中子变成热中，因此在放射源附近和地层中的氢原子发生弹性散射的中子变成热中子后，很快被岩石中的其它原子核俘获，放出中子子后，很快被岩石中的其它原子核俘获，放出中子射线在没有到达盖革射线在没有到达盖革- -米勒计数管米勒计数管之前就已经消失，这时探测器检测到的之前就已经消失，这时探测器检测到的射线是没有和氢原子发生弹性散射的中子经射线是没有和氢原子发生弹性散射的中子经过长距离的运行后，到达探测器附近被其它原子俘获后释放

56、的过长距离的运行后，到达探测器附近被其它原子俘获后释放的射线。射线。 由此可见，传感器盖革由此可见，传感器盖革- -米勒计数器检测到的中子米勒计数器检测到的中子-射线的强度取决于地层中的射线的强度取决于地层中的含氢量。地层中含氢量越大，在放射源附近被俘获的中子越多，到达含氢量。地层中含氢量越大，在放射源附近被俘获的中子越多，到达探测器的探测器的射射线的强度值越低，地层的孔隙度高；反之氢含量越小，在放射源附近被俘获的中子越线的强度值越低，地层的孔隙度高；反之氢含量越小，在放射源附近被俘获的中子越少，到达少，到达探测器的探测器的射线的强度值越高，地层的孔隙度低。射线的强度值越高，地层的孔隙度低。

57、补偿中子孔隙度测井传感器上装有远、近两个探测补偿中子孔隙度测井传感器上装有远、近两个探测射线的探测器，该探测器组射线的探测器，该探测器组通过测量到达探测器的中子通过测量到达探测器的中子射线的分布情况，从而统计、计算出地层的孔隙度。射线的分布情况，从而统计、计算出地层的孔隙度。 地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具补偿中子孔隙度传感器补偿中子孔隙度传感器地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具Near1FarDetectorSourceDrillCollarNearDetectorFarDetectorN

58、earDetectorNear0Far0Far1主要技术参数主要技术参数地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD主要应用主要应用：A A、确定地层的岩性；、确定地层的岩性；B B、与、与DGRDGR测量参数一起测量参数一起, ,划分油划分油/ /气层界面和油、气气层界面和油、气层厚度；层厚度；C C、确定地层的孔隙度、确定地层的孔隙度D D、对孔隙压力进行正确评估，准确预测高压，回避、对孔隙压力进行正确评估，准确预测高压，回避钻井风险。钻井风险。地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质

59、参数随钻测量仪-LWD 岩石密度测井传感器采用铯岩石密度测井传感器采用铯-137-137（Cs-137Cs-137）作为）作为射线放射源。在射线放射源。在放射源附近，有近、放射源附近，有近、远两个低密度窗口，窗口内有各自的远两个低密度窗口，窗口内有各自的射线探测器射线探测器- -闪烁记数器。铯闪烁记数器。铯-137-137发射发射射线，射线，射线经过一段距离的运行后，到射线经过一段距离的运行后，到达密度窗口。密度窗口允许地层反射回来的达密度窗口。密度窗口允许地层反射回来的射线进入，并引发内部闪射线进入，并引发内部闪烁计数器对烁计数器对射线进行计数。由于闪烁记数器具有区别射线进行计数。由于闪烁记

60、数器具有区别射线能量级的射线能量级的功能，因而可以获得的在不同能窗范围内的计数，从而统计、计算出所功能，因而可以获得的在不同能窗范围内的计数，从而统计、计算出所测岩石的密度值和光电值，再采用测岩石的密度值和光电值，再采用“脊脊- -肋肋”校正技术，对近、远两个探校正技术，对近、远两个探测器测取的密度值进行校正，最终得到岩石真实密度值。测器测取的密度值进行校正，最终得到岩石真实密度值。 岩石密度岩石密度 传感器传感器地质导向井下仪器工具地质导向井下仪器工具地质参数随钻测量仪地质参数随钻测量仪-LWD技技术术参参数数主要应用：主要应用：A A、确定岩层的密度及地层的孔隙度；、确定岩层的密度及地层的