磁力随钻测斜仪轴向磁干扰校正方法

针对磁力随钻测斜仪在受到轴向磁干扰时会出现方位角测量结果不准确的问题,在介绍磁力随钻测斜仪测量原理的基础上,研究了Russell法和短钻铤测量修正法2种间接磁干扰校正方法的原理及迭代计算过程,提出了矢量和法和钻具截面法2种直接磁干扰校正方法,并对这4种方法进行了数据仿真分析。数据仿真结果表明,直接校正方法计算简单,但具有一定的局限性;间接校正方法计算复杂,但具有较好的准确性。在其他井眼参数不变的条件下,方位角偏差随干扰磁场增强而增大;在轴向干扰磁场固定的情况下,方位角偏差随井斜角增大而增大,井斜角相同时,0°~360°范围内方位角偏差先增大后减小,呈现对称性;井眼轨迹接近水平东西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。4种校正方法均可以降低轴向磁干扰对方位角测量精度的影响,减少无磁钻铤的使用长度,具有较好的现场实用性。      

MWD磁干扰的判断和矫正

在定向井和水平井施工过程中，用于轨迹控制的随钻测量（MWD）无线随钻测斜仪器是不可缺少的。该仪器通过探管内的磁通门传感器和重力加速的传感器测量井眼状态（井斜、方位、工具面等）。在介绍MWD仪器测量原理的基础上，分析了磁干扰的原因，并进一步的分析了施工过程中遇到磁干扰时的判断方法，以及径向轴向矫正磁干扰的简单方法，可为现场工程师提供一定的指导建议。     

基于ABAQUS的底部钻具组合下垂误差校正分析

井眼轨迹姿态计算精确度受井斜角、方位角以及测深三个关键参数影响,其中底部钻具组合下垂误差是影响井眼轨迹计算精度的主要误差源,对底部钻具组合下垂误差的精确校正能够使井眼轨迹更接近真实值.参照实钻井眼钻具组合,借用ABAQUS仿真软件构建重力场下底部钻具组合受力变形分析模型,求解钻柱轴线各点下垂误差值并获取测点位置下垂误差...     

MWD磁干扰的分析判断方法探讨

随着钻井工艺技术的不断发展,定向钻井已成为油田勘探、开发极为重要的手段,而井眼轨迹控制又是定向钻井技术关键的一环,MWD又是轨迹控制中常用的测量仪器,主要用于测量井斜角、井斜方位角等井眼轨迹参数。测量参数的精确程度除了与MWD仪器自身的质量有关外,还与MWD测量时所处的环境因素（主要是地磁场强度）有直接关系。因此,在钻井现场使用MWD、LWD等磁性传感仪器进行方位测量时,为提高测量精度必须保证仪器测点位置没有磁干扰。通过对MWD磁干扰理论的分析,总结出了一套适用现场快捷的定性、定量分析MWD磁干扰原因的实用方法。     

邻井套管对井斜方位角的影响

为了明确邻近油井套管对井眼轨迹描述的影响,测试研究了套管在不同倾斜角状态、距离和方位对在钻井井斜方位角的影响。试验中用测斜仪记录井斜方位角数据,通过井斜方位角失真值来表征受干扰后的井斜方位偏转状态和趋势,总结了数据失真规律。试验表明,竖直套管引起的井斜方位角严重失真区域在0.9 m范围内,相对方位角0°~180°对应的方位失真值是正值,相对方位角180°~360°对应的方位失真值是负值;倾斜和水平套管引起井斜方位角失真区域分布类似,严重失真区域在1.5 m范围内,相对方位角0°~120°和300°~360°对应的方位失真值是正值,相对方位角120°~300°对应的方位失真值是负值。研究结果表明,可以用方位失真值表征邻井对井斜方位角的干扰,为有邻井存在时的井眼轨迹描述和矫正提供了技术支持。      

BHA轴向磁干扰对方位测量误差的影响——基于人工磁场模拟方法

井下钻具组合（BHA）磁化形成的轴向磁场干扰是定向组件磁方位测量的一个重要的误差因素。为了对该误差因素进行独立分析，建立了大型三轴亥姆霍兹线圈人工磁场系统作为研究环境，使用不同磁通量的多个磁化组件作为干扰源研究在理想环境中轴向干扰磁场对定向组件的影响，并在此基础上提出了一种估算磁化组件磁极强度和校正轴向干扰的方法，通过改变空间姿态和三轴亥姆霍兹线圈磁场强度，分析了在不同井斜角、方位角和磁倾角的井眼轨迹中，轴向磁干扰对定向组件方位测量误差的影响，最后证明了校正磁性组件的轴向干扰方法，可以有效地提升BHA定向组件的方位测量精度。     

磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度及影响因素研究

钻井过程中,磁性随钻测斜仪需要放置在无磁钻具中,以避免铁磁钻具磁化后感应磁场的干扰,但针对无磁钻具长度选取及影响因素的理论研究较少。为此,利用ANSYS有限元软件,建立了三维静态均匀强磁场,模拟得到了磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的长度,并分析了井斜角、方位角、铁磁钻具壁厚和铁磁钻具长度等因素对磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的影响。分析结果表明,磁性随钻测斜仪所需无磁钻具的临界长度与井斜角、方位角无明显的相关关系,与铁磁钻具壁厚、长度正相关;根据模拟数据,分析了井斜角和方位角对方位角偏差的影响,认为当存在固定轴向干扰磁场时,方位角偏差随井斜角、方位角变化而变化,这与施工经验相吻合。无磁钻具长度的优化方法和优化结果,为实际工程应用中磁性随钻测斜仪所需无磁钻具长度的优选提供了理论依据和参考。      

定向井井眼轨迹不确定性分析

为了提高定向井井眼轨迹的控制精度,减小实钻定向井井眼轨迹误差,从井眼轨迹计算方法、测斜仪器精度、磁干扰、井斜方位角校正、测斜仪器轴向对中误差等方面进行了探讨。结合定向井施工中的实例数据分析,验证了定向井井眼轨迹误差主要来自于施工现场的测量数据误差,提出了可行的减小定向井井眼轨迹误差的现场操作方法,对定向井的现场施工具有一定的指导意义。     

海洋修井机侧钻能力计算

海洋修井机用于开窗侧钻时,修井深度不等于钻井深度,因此有必要开展修井机侧钻能力研究。三维井眼轨迹比较复杂,建立的模型难以准确求得钻柱轴向载荷的解析解。为了能更准确地计算实钻井眼中钻柱的轴向载荷分布,对修井机的侧钻能力进行计算,采用计算精度较高的最小曲率法并考虑了钻井液粘滞力影响计算井眼轨迹参数,更精确算出任一测深对应的井斜角、方位角、大钩载荷荷井深等侧钻能力参数。     

旋转导向井眼轨迹自动控制系统

正为提高导向钻井的自动化程度,贝克休斯公司开发了旋转导向井眼轨迹自动控制系统。该系统具有独立的通信信道,可使地面与井下形成闭环,实现井眼轨迹全自动控制。旋转导向井眼轨迹自动控制系统工作时,需要井眼轨道、随钻测量数据、钻头所处位置、钻机状态(底部打开或关闭)、井斜角和方位角、井下当前的导向参数等数据。它利用随钻测量的     

泥页岩地层水力裂缝延伸方位研究

以非线性断裂力学理论为基础,通过应力叠加原理,推导出了Ⅰ-Ⅱ型复合水力裂缝起裂角的解析模型。利用该模型计算了裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°、30°、60°和90°时的裂缝端部塑性区域范围,并将利用该模型计算出的起裂角与利用最大周向应力准则计算出的起裂角进行了对比。结果表明:裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°、30°、60°和90°时的裂缝端部塑性区域的范围分别是0~0.18,0~0.45,0~0.45和0~0.18倍半缝长;裂缝与最大水平主应力方向夹角为0°时,裂缝的起裂角为180°;当裂缝与最大水平主应力方向夹角增大至90°时,起裂角降为0°;在裂缝与最大水平主应力方向夹角及缝内流体压力相同的情况下,利用该模型计算出的起裂角比利用最大周向应力准则计算出的大0°~20°;在裂缝与最大水平主应力方向夹角相同的情况下,缝内流体压力为55 MPa时的起裂角比缝内流体压力为45 MPa时的大0°~40°。研究表明,利用非线性断裂力学研究泥页岩地层起裂是可行的,研究结果可以为水平井分段压裂优化提供一定的理论指导。      

重力MWD技术在国外的应用

在定向钻井中，MWD／LWD越来越显示出其优越性。与陀螺仪或单点、多点等测斜仪相比，MWD／LWD能在不影响钻进的情况下完成测量，同时提供多种井下参数，节约钻时，减少井下事故等。但是，常规MWD／LWD是一种磁力测斜仪，利用大地磁场来测量井下方位，如在靠近磁性干扰源附近测量时就出现较大的误差。介绍了一种新型的重力随钻测斜（GMWD）工具，它能够有效避免磁场干扰，在磁性环境下比较准确地获取井眼轨迹参数。结合重力测量方位角的原理，分析了重力MWD的方位角测量技术和作业中的关键影响因素，该技术在英国北海油田W1Z井中的应用表明，重力MWD能避免磁场干扰，测得的方位角精度较高。     

最小二乘法在定向钻进中的数据拟合

定向钻进成功的关键在于按设计要求,较好地控制预定井段的井斜角和方位角。而目前使用的计算方法不能快速准确地预测井底轨迹参数。通过对井斜角、方位角、造斜率、井段长与造斜工具角的数据分析,采用最小二乘法原理,拟合出快速计算井底井斜角和方位角计算公式。结合实例,与通用定向井计算公式相比,井斜角最大误差为-0.036°,方位角最大误差为+0.02°。该计算式只涉及到初始角、井段长、钻具造斜率及定向工具角,且计算精度高,现场应用较为方便,提高了井底轨迹预测速度和防止定向钻进失误率,可指导定向钻井现场快速准确地预测井底参数。     

导向钻井系统在多目标大井斜定向井中的应用

详细介绍了C-D井在钻进过程中井眼轨迹的控制过程,总结了在C-D井中使用导向钻井系统的成功经验。用1根导向马达、2套钻具组合、3只牙轮钻头顺利地完成了定向、增斜、稳斜及降斜,7个目标点一次击中,且最小靶心距仅0.99m。用15d完成了这口斜深2287.09m、井斜58.40°、水平位移903.11m的多目标定向井,钻穿目标点之多、实钻井眼剖面符合率之高、施工难度之大、速度之快,在目前国内都处于领先地位。     

轴向速度组合的陀螺随钻测量方法研究

受到成本及井下空间的限制,采用低成本小体积的惯性器件对井眼轨迹进行随钻测量存在长时间误差积累较大的问题。提出引入井口轴向速度进行组合修正的方法,定量研究只有钻杆轴向速度组合的闭环卡尔曼滤波方法及其效果。模拟水平井随钻测量的半物理仿真验证,定量分析该组合方法对纯惯性测量的改进效果。采用速度组合方法,进行1°/h常值漂移的陀螺测量,方位角和井斜角的测量误差在3.5h仿真时间内保持在1°和0.1°,仿真精度达到0.1°/h常值漂移陀螺的测量水平,可有效降低惯性测井的成本和体积。     

基于有限元分析的方位角误差计算和修正

为了满足定向井磁方位的高精度需求,需要准确计算方位角测量误差和分析误差来源。采用有限元分析软件,模拟了钻具在地磁场中产生的干扰磁场的变化情况。通过钻杆内部三轴磁感应强度得出方位角误差的测量值,与钻杆真实方位对比得到了方位角误差。通过控制钻杆方位角、井斜角、底部钻具组合、无磁钻铤长度、外部磁场的大小和方向等因素,来观测、分析了方位角误差的变化规律。模拟试验得出,方位角误差在钻杆的南北方向上最小,在钻杆的东西方向上最大,并随着井斜角增大而增大,这种变化呈现出正弦的变化规律;经度、纬度也会对方位角的变化产生影响,方位角误差大体上随着维度增加而增大,主要取决于当地的总磁场和磁倾角大小。研究结果表明,方位角误差与测斜数据、底部钻具组合、经度、纬度和无磁钻铤长度有密切关系,可以通过有限元模拟准确估算出不同情况下方位角误差的大小,对方位角误差进行修正。模拟结果可为工程应用中无磁钻铤、底部钻具组合的选取和方位角误差修正提供参考数据和理论依据。