摘要：随着对深部油气藏的陆续开发，深井超深井数量逐步增多。由于井深的增加，对随钻测量仪器的抗高温、耐高压性能都提出了更高的要求，同时长距离传输的脉冲信号衰减超出仪器解码范围的问题也屡见不鲜，制约了上述仪器的使用。通过在川东北多个工区的随钻测量实践，总结了不同井深和温度条件下随钻测量仪器的选用原则：①垂深在5000m以内的井，有很多MWD仪器可供选择；②垂深介于5000～6000m的井，如果井底温度不超过130℃、井底循环动压不超过17000psi(约117MPa)，HALLIBURTON公司生产的MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可，若温度或压力超过这个指标，则可用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINKMWD仪器；③垂深超过6000m时，推荐使用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINKMWD仪器，若温度进一步升高或改良脉冲信号的措施无法实施时，则要引入抗温性能更高的MWD仪器。还结合工程实例体会，进一步总结了不同仪器在超深井中的适用情况及改良措施。
关键词：深井；超深井；随钻测量；仪器；适用性；选用原则；四川盆地东北部
随着中国石油化工股份有限公司(以下简称中国石化)对南方海相碳酸盐岩储层油气藏的勘探开发工作的持续推进[1～4]，在川东北地区出现了一大批井深超过6000m(甚至超过7000m)的超深定向井或水平井。由于井深的增加，出现了井底温度高、压力大、信号质量差等问题，制约了随钻测量仪器的使用范围，对于保证井眼质量、最大限度地发现油气藏产生了不利影响。中国石化中原油田普光分公司在普光气田开发和元坝区块的勘探中，积累了大量的经验，总结了MWD随钻测量仪器在超深井中的使用情况及改良措施，为超深井的随钻测量提供了借鉴。
1 超深井随钻测量难点
在川东北地区，中国石化为开发海相碳酸盐岩气藏部署了一大批超深井。在普光气田，主体部分共部署6口水平井，平均设计井深为6591.96m；在大湾区块，共部署9口水平井，平均设计井深为6105.1m；在元坝地区，2010年部署的水平井约5口，平均设计井深约7620m，垂深大于6700m。
1.1 对仪器抗温性能提出更高的要求
对于井深超过6000m的井，以地温梯度2.3℃/100m计算，井底静止温度接近160℃，循环温度可达140℃左右，国内市场现有的很多仪器已不能满足实际施工的需要。比如元坝2井在5600m井深仪器测温达到131℃，多支队伍因探管在高温下的加速损坏而无法顺利完成施工任务。
1.2 井底压力高对仪器抗压性能提出考验
由于超深井在钻井过程中所钻遇地层的复杂性，地层压力变化较大，继而钻井液密度变化大，在钻进过程中一般来说井底钻井液压力要大于地层压力。在普光、大湾等区块钻井液密度大多介于1.3～1.5g/cm3，在元坝地区钻井液密度有时可达到2.1g/cm3。此时，如果井底垂深超过6000m，则在钻进过程中井下仪器所承受的压力将超过18000psi(约124MPa，1psi～0.006895MPa，下同)；如果井底垂深超过6500m则仪器所承受的压力将超过20000psi(约138MPa，下同)。
1.3 钻井液黏度大会影响脉冲信号的传输距离
由于超深井在钻井过程中所钻遇地层的复杂性，为满足携砂要求，设计的钻井液黏度较大；而钻井液黏度大会导致压力波的幅值在单位传输距离内更大的衰减[5]，最终导致地面压力传感器接收不到有效信号[6]。
2 国内主要MWD仪器特点及选用原则
目前国内用于随钻测量的仪器有多个种类、多个生产厂家[7～8]，如美国HALLIBURTON公司生产的适用于各种排量的MWD或LWD仪器；美国GE公司生产的QDT和GEOLIN K MWD；美国BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器；俄罗斯一家公司生产的ZTS-AP随钻测量仪器；国内多个厂家也生产有各种MWD仪器。
2.1 国内现有主要泥浆脉冲MWD仪器的特点
2.1.1美国HALLIBURTON公司生产的MWD仪器
美国HALLIBURTON公司生产的MWD仪器根据所允许通过的排量大小分为1200、900、650、350、Slimhole和Superslim等类，根据其抗高温、高压性能分为普通仪器和高温、高压仪器，但由于其对中国出口的限制，国内各油田都还没有引进其高温、高压仪器。该公司所生产的普通仪器的井下部分标称耐温140℃、耐压18000psi，采用正脉冲信号传输数据。这种仪器长期在井下工作实际耐受温度可达130℃，如果长时间处于接近140℃的临界状态，探管工作将不稳定甚至损坏。
2.1.2美国GE公司生产的GEOLINK MWD仪器
GEOLINK MWD仪器有正负脉冲两种，也有普通和高温高压之分。该公司生产的高温高压仪器ORIENTEER2 HTHP属于负脉冲仪器，标称耐温165℃、耐压23000psi(158.56MPa)。在实际应用过程中，国内公司尚没有应用于如此严酷的环境条件下，因为随着井深的增加，信号越来越弱，井深一旦超过6000m将出现解码困难，而要想满足信号强度的需要则必须增加底部钻具压降到800psi(5.5MPa)以上，且钻井液漏斗黏度应小于70s，现场实际情况不一定能满足这一要求。这种仪器在新疆地区曾用到井深6500m。
2.1.3美国GE公司生产的QDT MWD仪器
美国GE公司生产的QDT MWD仪器是一种正脉冲MWD仪器，普通仪器标称耐温150℃、耐压20000psi。该公司还生产QDT高温仪器，国内辽河油田和北京安东石油公司引进有这种仪器，曾在循环温度140℃的环境下成功应用。
2.1.4美国BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器
国内大庆油田、大港油田有该公司的MWD产品，标称耐温150℃、耐压20000psi，实际应用中有达到140℃的先例，属正脉冲仪器，在新疆地区曾用到井深6500m。
2.1.5各种国产MWD仪器
目前国内有多个厂家生产多种MWD仪器，标称耐温125℃或150℃、耐压18000psi。国产仪器的性能在不断提高、应用范围也在不断拓展，但与进口仪器相比，产品功能不够丰富、性能上仍显不足。
2.2 MWD仪器的选用原则
实践证明，对于垂深在5000m以内的井，有很多MWD仪器可供选择，至于定向作业能否顺利进行将取决于其他一些因素。
对于垂深介于5000～6000m的井，如果井底温度不超过130℃、井底循环动压不超过17000psi(117.2MPa)，HALLIBURTON公司生产的MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可。如果温度或压力超过这个指标，则可用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK 仪器。
对于垂深超过6000m的井，循环温度都应超过130℃，推荐使用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器；在循环温度超过140℃的情况下，立足现有条件推荐使用GEOLINK MWD仪器。如果要用GEOLINK MWD仪器，底部钻具压降应处于800psi以上且钻井液漏斗黏度应小于70s。
对于垂深超过6000m，若温度条件或其他条件限制BAKER HUGHES和GEOLINK MWD应用的，则只有引进国外更先进的MWD仪器。
3 超深井MWD仪器应用实例
中石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院在用东北多个工区完成了多口超深水平井和定向井的随钻测量施工，开展了相应的工艺措施改善与优化攻关，积累了不同仪器在超深井中的工作特性经验，进一步完善了MWD随钻测量仪器的适应性评价体系。
3.1 普光区块
P204-2H是部署在四川盆地川东断褶带黄金口构造带普光构造东南翼的一口开发井，设计井深7001.09m(斜深)/5942.O0m(垂深)，完钻井深7010.00m(斜深)/5942.18m(垂深)，井底水平位移1628.68m。采用HALLIBURTON 650 MWD仪器进行随钻服务，连续正常工作1400h。
3.2 元坝区块
3.2.1元坝3井
2008年4月，采用GEOLINK ORIENTEER2 HTHP MWD负脉冲仪器为元坝3井进行随钻服务。随钻开始井深5700m，循环温度120℃，排量14L/s，钻井液密度1.52g/cm3、含砂量为0.3%。同年4月16日23：00仪器入井工作，其间仪器工作完全正常，信号幅度在40～50psi(0.276～0.345MPa)，仪器有效工作时间123h，随钻结束井深5900m。4月26日仪器起出，发现APC外筒、电池A外筒、4个扶正器严重冲蚀，无法继续使用。
随钻测量工作中，仪器脉冲器部分安装在专用的悬挂短节里，下部置于Φ88.9mm加重钻杆中。这种安装方式，由于仪器与钻杆内壁环空比较小，增加了底部钻具压降，满足了信号强度要求，同时也造成仪器过度冲蚀。
3.2.2元坝101井
元坝101井工程设计是一口直井，设计井深7224m，在钻至5600m时用多点仪器测斜，显示井斜较大，为地质中靶需要，必须进行纠斜。纠斜过程中采用GEOUNK ORIENTEER2 HTHP MWD负脉冲仪器。
针对元坝3井中仪器过度充蚀的问题，设计了外径125mm、内径68mm和外径172mm、内径80mm的特殊无磁钻具加以改善。
由于前期钻具底部压降较低且钻井液黏度较大，随钻测量仪器难以正常工作。为此，提出了将底部钻具压降提升至680psi(4.69MPa)、钻井液漏斗黏度降低至70s左右的技术措施，保证了仪器的正常工作。但是，随着井深的进一步增加，该型仪器接收的信号幅值逐步衰减，当钻至6100m后，出现了信号弱、解码困难的情况(表1)。
3.2.3元坝2-侧平1井
元坝2-侧平1井是中国石化勘探南方公司的一口探井，设计井深6940m，侧钻点在老井5450m深处。
第一趟钻使用5级螺杆加PDC钻头，底部钻具压降为650psi左右(4.48MPa)，仪器工作正常，但由于PDC钻头工具面不稳而起钻。第二趟钻用4级螺杆加牙轮钻头，底部钻具压降约550psi(3.79MPa)，仪器信号弱，不能正常解码。经与井队现场技术人员结合，现实条件不能满足增大底部钻具压降的要求。
在施工过程中，先后使用了QDT MWD仪器、GEOLINK ORIENTEER2 HTHP MWD负脉冲仪器和HALLIBURTON 350 MWD正脉冲仪器。其中，QDT MWD仪器井口测试不成功；在GEOLINK MWD负脉冲仪器不能正常工作后采用HALLIBURTON 350 MWD，下钻到底工作正常，但不能长时间持续工作。为此，后期采用了标称耐温177℃的斯伦贝谢SlimPulse连续脉冲式MWD，才最终完成了该井的侧钻施工，如表2所示。
3.3 相关认识
通过川东北地区的实践，普通的HALLIBURTON MWD仪器的工作环境温度不宜超过130℃；GEOLINK ORIENTEER2 HTHP仪器可以适应更高的温度和压力，但在随钻测量过程中必须要求有足够的底部钻具压降，为保障其在井深超过6000m的井中正常工作底部钻具压降应在800psi以上且钻井液漏斗黏度不宜大于70s；若工艺条件不能满足GE0LINK高温仪器的压降和黏度要求，而垂深超过6000m，若环境温度高于130℃，则需要引入抗温性能更高的MWD仪器。
4 结论
1) 超深井随钻测量的难点主要表现为仪器抗温、耐压能力不足，以及泥浆脉冲信号在黏滞性钻井液中长距离传输的严重衰减。
2) 川t东北工区的实践表明：普通的HALLIBURTON MWD仪器的工作环境温度不宜超过130℃；GEOLINK ORIENTEER2 HTHP仪器可适应更高的温度和压力，但必须要求有足够的底部钻具压降，当其应用于井深超过6000m的井时，底部钻具压降应在800psi以上且钻井液漏斗黏度不宜大于70s。
3) 总结了如下的仪器使用准则：垂深在5000m以内的井，有很多MWD仪器可供选择；垂深介于5000～6000m的井，如果井底温度不超过130℃、井底循环动压不超过17000psi，HALLIBURTON公司生产的MWD仪器以其工作的稳定性高得到比较普遍的认可，若温度或压力超过这个指标，则可用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器；垂深大于6000m时，推荐使用BAKER HUGHES公司生产的MWD仪器或GE公司生产的GEOLINK MWD仪器，若温度进一步升高或改良脉冲信号的措施无法实施时，则要引入抗温性能更高的MWD仪器。
参考文献
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(本文作者：李文凯 兰凯 孙豫红 中石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院)
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