FEWD在哈法亞油田實用技術探討

李武生 孔凡剛 蔣凱 程興春

摘要：分析了伊拉克哈法亞油田FEWD隨鉆地質評價儀器及INSITE系統使用情況，總結了FEWD現場使用過程中的注意事項，性能指標要求，常見故障及解決辦法，對今后FEWD在該地區施工具有一定借鑒意義。

關鍵詞：哈法亞油田;FEWD;水力振蕩器;注意事項;常見故障;曲線解釋

0 哈法亞項目簡介

伊拉克哈法亞油田位于伊拉克首都巴格達東南400km，米桑省南部。哈法亞油田油藏埋藏較深、跨度大，在1900m至4360m之間分布，目的層分別是NAHR?UMR、MISHRIF、SADI。鉆井作業中存在高壓（LOWER FARS-KIRKU K地層壓 因地質情況復雜，鉆井難度較大[1]。施工中卡鉆、溢流、漏失、蠕變等井下復雜情況經常發生，對FEWD提出了更高要求。對于易漏失層位，鉆進過程中需要加入循環堵漏材料，且定向鉆進過程中托壓現象嚴重。為了解決托壓對定向鉆井機械鉆速的影響，在定向施工鉆具組合中加入了水力振蕩器，儀器工程師需要高度重視循環堵漏材料大小及加入量，水力振蕩器振動對于FEWD信號的影響。

1 FEWD與INSITE介紹

FEWD（Formation Evaluation While Drilling）是隨鉆地質評價測量系統的簡稱，是美國Halliburton公司生產的正脈沖地質無線隨鉆測量系統，主要是借助于由測井傳感器、定向工程參數傳感器、鉆具振動等部分組成的傳感器組成測感系統，可以實時獲得地層中的自然伽瑪、電阻率、補償中子孔隙度、巖石密度等地質參數和井斜角、方位角、磁/高邊工具面角等工程參數，有效地對地層的實際情況作出合理及時分析，建立地層評價體系，分析實際的地質結構，實時地對工程作出合理有效地指導，大幅度地提高工作的效率[2]。伊拉克哈法亞項目多為水平井或者水平分支井，對于這種井型，根據設計要求，都需要提供伽馬、電阻率來控制井眼軌跡穿行于儲層中有利于產油的最佳位置，伊拉克使用的FEWD主要由定向探管（PCD）、自然伽馬傳感器（DGR）、電阻率傳感器（EWR）、鉆具振動傳感器（DDS）四部分組成，而巖石密度傳感器和中子孔隙度傳感器未涉及。根據尺寸分類有6-3/4FEWD和4-3/4FEWD兩種類型。

FEWD的工作原理是，井下各傳感器根據設置的內容測量數據，并將數據存儲于各自使用的存儲器內。PCD探管根據設置的內容順序采集最新的工程、地質數據，統一編碼后由脈沖信號發生器以正脈沖的方式，通過鉆柱內的鉆井液傳至地面。地面設備對鉆井液脈沖檢波、編碼、處理，最后得到井下傳遞上來的數據并向需要該數據的地方發送。儀器出井后，再在地面讀取各傳感器的測量數據，經處理后得到詳盡的地質數據（測井曲線）。[3]

INSITE系統是FEWD的地面監測和顯示軟件，是HALLIBURTON公司最新的工程技術集成信息系統，其核心部件是一個龐大的基于MICROSOFT開放式數據庫鏈接的數據庫系統，全稱為integrated system for information technology and engineering。主要提供基于局域網或者INSITE的各種數據傳輸模式和集成包括LWD在作業時對數據的計算校正管理完成最后的數據及曲線報告。

2 FEWD現場注意事項

2.1 PCD注意事項

（1）電話線與探管、脈沖器連接完后，在探管上做一標記，逆時針轉動探管四圈半，然后順時針轉動探管打緊，打緊力矩150英尺磅，防止電話線打結斷線。

（2）PCD探管觸針較之前的觸針略軟，容易彎曲，探管與電話線連接時，要認真檢查觸針。

2.2 環境因素對DGR傳感器的影響

（1）井眼尺寸：井眼尺寸越大，counts將減少，反之，井眼尺寸越大，counts將增大。

（2）套管：有套管存在，counts將減少。

（3）泥漿比重：counts將減少。

（4）KCL泥漿：counts增加。

2.3 INSITE數據讀取

每趟鉆完畢儀器出井后，都要進行INSITE數據read操作，目的是為井下儀器串斷電，讀取并處理井下儀器串中存儲的測井數據，同時通過分析read report，可以得到關于井下儀器串狀態的重要信息，為井下儀器斷電。在數據read時，要注意井號和運行號正確，否則會將原來的image數據覆蓋掉。檢查電纜的完整性，若電纜噪音信號大于200mv，計算機會提示此時數據讀取不理想。數據read后，會生成一個儀器參數報告，該報告存儲在C：＼INSITE＼Tool Read Reports＼下。

2.4 破鈍開關與負載按鈕關系

破鈍開關和負載按鈕給鋰電池施加的都是與井下儀器相近的負載。破鈍開關不用用手長時間給電池加載，而用負載按鈕完成鋰電池的破鈍和用破鈍開關的效果一樣，只是要用手長時間按住按鈕。一般來說，破鈍開關用于破鈍，負載按鈕用于加載測試電池。

2.5 LCM含量

由前所述，哈法亞油田鉆井難度大，漏失現象幾乎每口井都會發生，因此在鉆進過程中都要加入一定量的LCM（lost circulation materials）進行堵漏。經試驗，fine-to-medium nut plug 和fine kwik-seal（國外的一種復合堵漏材料）會降低脈沖發生器轉速150-300rpm，導致轉子偏磨，更嚴重的是當加入的LCM顆粒過大或者含量過多，會導致脈沖發生器轉子卡死，從而導致儀器無信號，這就對LCM提出了一定的要求。FEWD對LCM的要求如下：Non-fibrous materials，20lb/bbl system maximum，不允許添加fibrous materials。

2.6 儀器運輸上扣注意事項

為了保護儀器，減少維修次數，延長其使用壽命，施工過程中要注意：鉆具儀器運輸過程中，必須戴護絲，防止絲扣機械損傷;專用鉆鋌上扣時，為防止粘扣，先均勻抹一層絲扣油，按推薦扭矩上扣。上扣時，不要太猛，扭矩不能過大，以免漲扣;FEWD井下儀器與懸掛之間的連接上扣和卸扣必須在井口操作，不能在鼠洞里操作;連接組裝FEWD時先用鏈鉗將儀器連接好，再用大鉗緊扣。

2.7 MD（measure depth）及其相應TVD（True vertical depth）處測井曲線差異性解釋

在FEWD施工中，會出現這樣一種情況：假定當MD為3000米，其對應的TVD為2920米，MD曲線中的伽馬值和TVD曲線中的伽馬值并不相同，其解釋為INSITE系統具有過濾作用，在某一固定的時段或者進尺內，INSITE系統采集這一進尺內的所有伽馬ray值，采集到的伽馬ray值除以伽馬計數值，得到一個平均的伽馬ray值，即為MD處的伽馬值，同理在TVD處也得到一個平均的伽馬ray值;INSITE系統采樣周期固定（一般設為16s），鉆進1米TVD需要的瞬間遠遠大于鉆進1米MD所需時間，這就意味著鉆進1米TVD的伽馬采樣技術多于鉆進1米MD的計數，由此導致TVD中和MD曲線中測井數據出現差異。

3 FEWD現場常見故障

3.1 DGR伽馬值變高

正常施工時，伽馬值都在120API到150API之間，但是個別井段達到160多API，屬于比較高的情況。經過分析原因，我們認為是由于泥漿的KCL的影響造成的。泥漿中的K離子可能含有部分K40，K40具有放射性，會使伽馬數值變高。

3.2 EWR出現no response

在施工過程中，session log 顯示：DGR Combined Count Rate：253 cps;DGR Combined Gamma Ray：BUS OFF;EWR Deep Cnts phase ang：255 cnts;EWR Deep phase Res：NO RESP;EWR shallow Cnts phase ang：255cnts;EWR phase res：NO RESP。分析其原因主要有以下兩點;一是DGR短節和EWR短節之間靠跳線和B-CC與外殼絕緣部件連接時，跳線出現問題;二是B-CC絕緣性不好。這兩點造成DGR和EWR之間不能通訊，解決辦法為每次組裝儀器之前，兩驅高壓下B-CC的絕緣性和跳線的導通性，如果跳線的導通性和B-CC的絕緣性不好，需要及時更換。

3.3 session log download不檢測

如果session log 不檢測，需要把主機或者副機的download重新update download一下，需要注意的是副機的傳輸序列要改成和主機一樣，apply+test，并update detection。

3.4 INSITE數據讀取出現問題和download故障

由前所述，通過INSITE數據read，可以了解井下儀器工作狀態，為儀器斷電，但有時讀取數據時，超過等待時間后read，數據庫中并無DGR和EWR的數據庫，從而無法讀取數據。此原因為I/O窗口打開后，single size 應設置為large size，工作初始默認值為small，造成down和read 故障，設置成large size后問題解決。

Download命令各傳感器采集什么類型的數據并如何收集這些參數，若download時出現一個“1K HCIM table”不能download，也應把small size改成large size。

3.5 I/O窗口打不開

重裝軟件后，I/O窗口打不開，提示不能初始化HSC卡，其原因為HSC卡的驅動安裝不正確，重新正確安裝后問題解決。

3.6 顯示器問題

顯示器無顯示，計算機硬盤正常工作，其原因為顯示卡電容爆裂或者顯卡有其他故障，這就需要更換顯卡，同時注意顯卡型號與主機一致，不定期清理計算機內灰塵。

3.7 母扣縱向裂紋

FEWD儀器使用以來，HCIM短節母扣，DGR短節下部母扣經常損壞，需要經常維修，多次修扣放入電池后，電池護蓋到母扣斷面距離過短，加入墊片后，致使相配合公扣無法上緊，從而導致HCIM短節無法使用而報廢。

史建剛[4]全面分析了儀器母扣出現裂紋的原因;一是儀器造斜率偏高;二是鉆井液性能達不到儀器使用要求;三是技術措施落實不到位。其中在伊拉克哈法亞項目施工中出現母扣出現縱向裂紋的主要原因為鉆井液性能和技術措施兩方面。鉆井液含沙量大、鐵粉等固相含量高，儀器工作環境惡劣，只是儀器本體及部件沖蝕損壞嚴重，另一方面，作業不規范，技術措施落實不到位，上扣卸扣在鼠洞操作、直接用大鉗緊扣、對扣不準、上扣卸扣扭矩大等都是母扣出現裂紋的主要原因。

3.8 LWD曲線形態異常

在哈法亞油田施工過程中，由于受井斜、地層情況和儀器本身產生故障、儀器探測范圍等的影響，使得測井曲線在形態上產生一定的異常。其主要表現為深電阻率和淺電阻率曲線數值分離很大（如圖所示1）以及曲線出現“間斷”現象。

對隨鉆電阻率測井來說，測量在鉆頭鉆開地層后2-60min內進行，從侵入時間看受泥漿影響較小，但由于隨鉆電阻率儀器的傳感器距離鉆頭相距較遠，泥漿侵入時間加長，隨著泥漿侵入深度的增加，儀器所測到的數據逐漸趨于泥漿侵入帶電阻率導致所測電阻率與地層真電阻率有較大差別[5]。

3.9 DGR自然伽馬傳感器損壞

地層自然Gamma傳感器（Dual Gamma Ray）測量來自沉積地層中放射性元素的 Gamma 放射量，其射線主要來源于地層中的鈾、釷、鉀三種放射性元素。DGR 包括了兩塊獨立電路的半圓形測量板，每塊測量板包括 8 根Geiger-Muller 的 Gamma 射線測量管。每一塊測量板均能準確測量來自地層的Gamma 射線。通常情況下提供的測量數據為兩塊測量板的平均數據，但是在其中一塊發生故障后，可通過地面系統軟件操作可使用另一塊測量板的數據作為最后測量數據。伽瑪測井曲線可以幫助現場人員區分泥巖和砂巖地層，并劃分巖性界面。?DGR自然伽馬傳感器主要是計數管損壞，導致傳感器工作時的統計誤差加大，主要原因是鉆進過程中鉆具振動過大[6]。

4水力振蕩器振動對FEWD產生影響

4.1 水力振蕩器結構及工作原理

水力振蕩器主要由動力系統、閥門和軸承系統、振蕩短節三部分組成。動力系統使上游壓力周期性變化作用在振蕩短節上，振蕩短節內彈簧片發生形變形成振動，頻率為15～20Hz。通過短節的流體的壓力周期性的變化，作用在短節內在的彈簧上，這樣由于壓力時大時小，所以短節的活塞就在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復運動，這樣就造成與工具連接的其他鉆井工具在軸向上的往復運動通過自身產生的縱向振動來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性和減少井下鉆具組合與井眼之間的摩阻，這就意味著水力振蕩器可以在所有的鉆進模式中，特別是在有螺桿的定向鉆進過程中改善鉆壓傳遞，減少扭轉振動。

4.2 振動對儀器產生影響

由于井下鉆具振動，常造成井下鉆具疲勞破壞、電子電路及元件損壞、伽馬探管失效、EWR電阻率短節發射極或者接收極天線松動斷裂脫落等現象發生?？偨Y哈法亞油田近年來鉆具組合中加入水力振蕩器施工井中，我們發現水力振蕩器產生的鉆具振動是導致FEWD電池短路和電池螺絲斷裂是6in井眼中FEWD電阻率故障的主要原因，地面檢測系統只能檢測到井斜、方位等MWD數據，伽馬電阻率數據丟失。且由于振動引起的電池故障井段的水力振蕩器位置絕大部分在距鉆頭400m范圍之內。

4.3 利用振動測量傳感器監測鉆具振動

FEWD儀器串內部裝有鉆具振動測量傳感器（如圖2所示），X軸和Y軸加速度傳感器用于測量扭轉振動與橫向振動，Z軸加速度傳感器用于測量軸向振動。施工過程中如果井下鉆具存在粘卡現象，井下鉆具的實際轉速就會因鉆具瞬間的粘卡而變慢，過后又因粘卡瞬時解除而加快運動，導致徑向加速，由振動測量傳感器中的X 軸與Y軸加速度直接表現出來。鉆具的軸向振動與鉆頭的跳動，由Z軸加速度直接表現出來。以哈法亞某井為例，水力振蕩器距離鉆頭位置363m時，振動測量傳感器中測量Y高峰值如圖3所示，更換水力振蕩器距離鉆頭位置445m時，測量Y高峰值如圖4所示，高峰值明顯減少。通過對比我們發現，水力振蕩器位置距離鉆頭位置越遠，對儀器產生的影響越小。

5結論及建議

（1）認真填寫設備運轉記錄，隨時掌握設備使用情況，準確統計儀器使用時間，及時匯總使用過程中的問題，以確保工具使用率。

（2）INSITE系統功能強大，輸入參數多，每種尺寸的FEWD輸入參數有所不同，需要認真校對，以免出錯。

（3）儀器人員與工程人員密切配合，隨時了解鉆井工況，特別是井漏階段，關注LCM成分及含量，對于減少儀器故障率和滅失至關重要。

（4）鉆具維修人員和現場施工人員嚴格執行FEWD操作規程，規范操作，加強儀器維修保養和施工技術交流，不斷改進和完善操作規程，能夠最大限度的提高施工服務能力，有效降低儀器損壞率。

（5）相同類型水平井在施工中應提前設置各種振動參數，幫助現場工程師判斷井底工具的工作狀態。

（6）通過振動參數對比水利振蕩器使用位置對FEWD儀器的正常工作影響很大，今后具體施工中，水力振蕩器應盡量與LWD儀器間隔在 420m之后。

參考文獻：

[1] 李小豐.哈法亞油田水平井快速鉆井技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2012，2.

[2] 胡學成.FEWD技術在地層評價中的嵌入與實踐[J].化工管理，2014，66.

[3] 劉希東賀昌華王勝雷.FEWD在階梯式水平井中的應用[J].石油鉆探技術，2002，66.（2002年8月第4期30卷）

[4]史建剛.LWD地質導向無線隨鉆測量儀器現場使用問題探討[J].2014，鉆采工藝2008年3月 143-144頁 3卷第二期.

[5]馬鴻彥 楊顯敬 蘇士波.LWD電阻率曲線影響因素探討[J].中國石油和化工標準與質量，2013，7：64頁

[6]劉西林.地質導向無線隨鉆測量儀器FEWD現場施工常見問題探討[J].石油鉆探技術，2005年7月第四期 33卷 73頁，7：