電磁波隨鉆測(cè)量?jī)x器信號(hào)干擾問(wèn)題研究

【文章摘要】

EMWD 電磁波隨鉆測(cè)量?jī)x器以其卓越優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于世界石油工程開(kāi)發(fā)中。目前，EMWD 儀器種類(lèi)有很多， 例如美國(guó)GE 能源的ELINK、美國(guó)NOV 公司的BLACKSTAR、俄羅斯沙瑪拉地平線(xiàn)科技生產(chǎn)股份公司的ZTS 等。本文簡(jiǎn)述了EMWD 工作原理、特性及其施工應(yīng)用范圍。基于長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐超過(guò)150 口水平井施工經(jīng)驗(yàn)積累，針對(duì)具體施工案例對(duì)電磁波信號(hào)干擾問(wèn)題進(jìn)行研究分析并提出解決方案。

【關(guān)鍵詞】

EMWD；電磁波；頻率；噪音；隨鉆測(cè)量；地層電阻率

0 前言

電磁波可以穿透包括大多數(shù)導(dǎo)體在內(nèi)的所有介質(zhì)并在這些介質(zhì)中傳播。穿透深度反比于波的頻率以及介質(zhì)的導(dǎo)電系數(shù)。EMWD 就是利用電磁波這種特性實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)摹�儀器的電磁波信號(hào)在施工過(guò)程中會(huì)受到大地、施工環(huán)境中噪音的干擾。

1 各類(lèi)地層對(duì)EMWD 的電磁波信號(hào)傳播干擾分析

EMWD 主要傳播介質(zhì)為大地，因此地層電阻是EMWD 儀器施工的最關(guān)鍵參數(shù)。目前BLACKSTAR 的地層電阻施工范圍是3-1000Ω.m，ZTS 和ELINK 的地層電阻施工范圍是1-1000Ω.m。通過(guò)對(duì)這幾種EMWD 的應(yīng)用和分析結(jié)果如下：

1.1 當(dāng)?shù)貙与娮?span><1 Ω.m 時(shí)，電磁波信號(hào)會(huì)在地層中迅速散失，并與地表的各類(lèi)噪聲電磁波混在一起無(wú)法辨別，地面很難接收到信號(hào)，此種情況不適合使用EMWD 施工，可以選擇使用泥漿脈沖MWD。同理，EMWD 也不可以在海上施工。

1.2 當(dāng)?shù)貙与娮柽_(dá)到儀器的施工范圍，但是接近下限時(shí)，EMWD 可以工作但是電磁波信號(hào)的信噪比會(huì)很低，儀器解碼會(huì)困難。同時(shí)施工垂深和位移都會(huì)相對(duì)減小。

1.3 當(dāng)?shù)貙与娮柙?span>10 -20 Ω.m 時(shí)， 2-20HZ 頻段的電磁波傳播效果達(dá)到最佳。此時(shí)各類(lèi)EMWD 施工垂深可達(dá)到最大值。目前各類(lèi)儀器實(shí)際情況鉆探垂深最大值平均在3000 米左右。

1.4 當(dāng)?shù)貙与娮?span>>200 Ω.m 時(shí)，地層不易被電磁波穿透。電磁波會(huì)被高電阻地層所阻隔。

解決方案：使用EMWD 施工鉆遇此類(lèi)地層時(shí)，如果高電阻地層處于地表，則一般采用深挖地表土將接收電極埋至更深，同時(shí)在電極周?chē)鷿菜�或者鹽水。

如果高電阻地層處于較深的位置，可以采用在施工井周?chē)鷮ふ遗R井或者已開(kāi)采的井，利用其套管或者油管可以作為電極，解決信號(hào)接收問(wèn)題。

案例分析：2014 年3 月在中石化墨西哥EPC 項(xiàng)目中使用BLACKSTAR 儀器施工的E1232D 井，在施工至756m 時(shí)信號(hào)突然雜亂無(wú)法解碼，上提兩個(gè)單根后儀器信號(hào)正常，反復(fù)幾次情況一致。初步證明儀器正常可能為鉆遇特殊地層，測(cè)量工程師查看臨井E1232 井的測(cè)井曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)在此垂深有高電阻夾層。隨后用磙子電纜將接收電極引至臨井E1232 井的井口。隨后儀器正常。

2 電磁波信號(hào)受到噪聲干擾問(wèn)題研究

電磁波信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到自然界中噪聲、地面現(xiàn)場(chǎng)或者附近施工噪聲以及井下工具噪聲的影響。

2.1 自然界中噪聲、地面現(xiàn)場(chǎng)或附近施工的噪聲影響

因?yàn)殡姶挪ê妥匀唤缰械穆暡ā㈦姶挪ā⒄饎?dòng)等都具有波的特性，在一定的頻率區(qū)間內(nèi)會(huì)造成相互的干擾。例如：雷電、電焊、發(fā)電機(jī)、大功率無(wú)線(xiàn)電、現(xiàn)場(chǎng)重型機(jī)械作業(yè)的震動(dòng)、臨井作業(yè)施工等。當(dāng)電磁波信號(hào)中出現(xiàn)可以影響正常信號(hào)的噪音時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)尋找干擾源并終止干擾。

因此基于電磁波易受噪聲干擾的以上分析，測(cè)量工程師在選擇EMWD 信號(hào)接收電極安裝位置時(shí)，一定要遠(yuǎn)離噪聲源。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)電極的埋設(shè)一般要遠(yuǎn)離噪聲源30m 以上。

2.2 井下工具噪聲影響

井下工具的噪聲主要是由井下的鉆頭、馬達(dá)等井下鉆具在施工過(guò)程中震動(dòng)造成的。在實(shí)踐中得到證實(shí)的是在較淺井深電磁波信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，井下鉆具的噪聲干擾可以忽略不計(jì)，不會(huì)對(duì)EMWD 的電磁波信號(hào)造成干擾。但是在井深較深而電磁波信號(hào)較弱時(shí)，傳至地面的電磁波信號(hào)易遭受干擾。

在實(shí)際生產(chǎn)中井下的震動(dòng)噪音是不可避免的，因此就需要我們根據(jù)電磁波的頻率越相近的就越易互相干擾的特性來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。目前BLACKSTAR、APS 等電磁波儀器都具有現(xiàn)場(chǎng)噪音分析和頻率篩選的功能，通過(guò)儀器的這一功能，在現(xiàn)場(chǎng)正常鉆進(jìn)狀態(tài)下使用儀器分析井下和地面的噪聲頻率，選用同噪聲頻率差異較大的頻率來(lái)進(jìn)行施工。

2.3 相鄰井都采用EMWD 儀器施工的相互干擾問(wèn)題分析

在鉆井生產(chǎn)中，同一區(qū)塊井與井如果相隔較近井型相似。若都采用EMWD 施工，井下EMWD 電磁波發(fā)射器所發(fā)射的電磁波就會(huì)在一定范圍內(nèi)造成互相的干擾。因此測(cè)量工程師在施工前一定要對(duì)周邊施工環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，提前做好施工預(yù)案。

2.3.1 相鄰井使用同類(lèi)型EMWD 施工中的相互干擾

相鄰井使用同類(lèi)型EMWD 施工，使用相同發(fā)射頻率的，相鄰地面設(shè)備可互相解碼。不同頻率的，頻率越相近干擾越明顯。在施工前測(cè)量工程師應(yīng)當(dāng)提前到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選用和臨井EMWD 區(qū)別較大的頻率施工。

案例分析：2013 年7 月，中石化墨西哥EPC 項(xiàng)目的E1206 井和E1205D 井兩口井直線(xiàn)距離1000m 左右，均采用美國(guó)GE 公司的ELINK 電磁波儀器施工。由于兩口井并非同時(shí)施工，初期是E1206 井首先開(kāi)始定向施工而E1205D 井未開(kāi)鉆， 這段過(guò)程中一切工況均正常。但在E1206 井施工至井斜26 度時(shí)，定向過(guò)程中發(fā)現(xiàn)工具面極不穩(wěn)定，一會(huì)在10 度左右，一會(huì)在200 度左右。開(kāi)始懷疑是EMWD 探管損壞了，但在排查問(wèn)題過(guò)程中，突然E1206 井地面設(shè)備接收到靜態(tài)測(cè)斜數(shù)據(jù)井斜0.5 度、方位185 度。而此時(shí)本井并未進(jìn)行靜態(tài)測(cè)斜。通過(guò)聯(lián)系E1205D 井得知其現(xiàn)場(chǎng)剛下鉆到底進(jìn)行靜態(tài)測(cè)斜，其設(shè)備也接收到了E1206 井的工具面。由此可判斷問(wèn)題的原因是E1206 和E1205D 井互相接收到了對(duì)方的數(shù)據(jù)，由于都是用的是4HZ 頻率，所以都解碼得到了對(duì)方的數(shù)據(jù)。

解決方法：E1206 繼續(xù)施工，而E1205D 井采用downlink 的功能將儀器發(fā)射頻率改為19HZ 進(jìn)行施工。由于兩個(gè)頻率一個(gè)是4HZ 一個(gè)是19HZ 相差較大因此不會(huì)造成相互干擾。ELINK 有四個(gè)頻率可供選擇4、7、13、19HZ，如果將頻率改為7HZ 而不是19HZ，則在鉆進(jìn)至較深地層時(shí)有互相干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 不同類(lèi)型EMWD 頻率相近的易受到干擾。

目前世界范圍內(nèi)的EMWD 所采用的電磁波發(fā)射頻率基本在2-20HZ 范圍內(nèi)， 相鄰井即使使用的不是同一種EMWD 施工，但如果采用相同發(fā)射頻率，雖然不一定能解碼得到鉆井參數(shù)但一定會(huì)造成信號(hào)接收的干擾。根據(jù)電磁波的特性應(yīng)當(dāng)避免同頻率施工，盡可能選擇頻率差別的發(fā)射頻率。

3 總結(jié)與建議

1）EMWD 具有不受鉆井循環(huán)介質(zhì)影響，信號(hào)傳輸速率快等特點(diǎn)，在欠平衡水平井、煤層氣等淺層水平井施工中具有較大優(yōu)勢(shì)；

2）其應(yīng)用受地層特性的影響較大、不能再水面海面施工、易受到外界噪聲干擾。因此建議EMWD 在施工前，測(cè)量工程師一定要做好環(huán)境評(píng)價(jià)工作。