无线随钻测量仪器故障分析

李俊胜

（西部钻探定向井技术服务公司，新疆 克拉玛依 834000）

随着科技的进步，无线随钻测量仪器在数据多样性、准确率，以及仪器的稳定性、可靠性等方面都取得了一定的进步，但受地层特性、钻井设备性能、泥浆性能、操作人员素质、仪器老化等制约因素影响，仪器故障在非常规水平井施工中还是频繁出现，成为影响水平井施工进度、制约钻井提速的重要因素。同时，也制约了水平井施工的降本增效和推广应用，因此，对仪器故障进行分析研究，并提出相应的解决方案尤为重要。

1 常见仪器故障原因分析

通过对某公司2020年仪器故障的统计分析可以看出（表1），总故障次数275次，仪器自身故障91次，占比33.09%，仪器被堵卡69次，占比25.09%，仪器被冲蚀21次，占比7.64%，仪器退键29次，占比10.55%，环境原因22次，占比8%。

表1 某公司2020年仪器故障统计表

1.1 仪器无脉冲信号

主要表现为仪器在下钻或钻进中，在排量、泵压等参数正常情况下，地面接收器接收不到仪器脉冲信号或脉冲信号消失。造成仪器故障的主要原因是仪器自身出现故障和外部条件影响。

1.1.1 仪器自身故障

（1）脉冲器模块出现故障，脉冲发生器不工作；

（2）脉冲发生器保养不及时、充油有气泡造成油囊起泡，导致脉冲信号逐步消失；

（3）装配时间隙过小、偏心或垂直度不够，蘑菇头承压大，撞击破碎；

（4）压力传感器损坏或堵塞，接收不到井下信号或信号无法传输；

（5）地面接收器出现故障，接收不到信号或无法正常解码。

1.1.2 外部条件影响

（1）钻井液粘度过高，脉冲信号衰减严重，无法有效传输到地面；

（2）岩屑或硬物进入卡死，或造成偏心撞击导致蘑茹头/限流环被撞碎；

（3）脉冲器胶囊被钻井液异物刺破。

1.2 能够接收到脉冲信号，但无法正常解码

钻进排量、泵压等参数值正常，地面能接收到井下脉冲信号，但杂波干扰，无法正常解码。

1.2.1 仪器自身出现故障探管损坏编码出现问题或脉冲、电路出现问题等，脉冲波形不正常，出现丢波、漏波等。

1.2.2 外部条件影响

（1）钻井液中的气泡含量多，造成脉冲信号不连续；

（2）泵工作不平稳，泵缸套或活塞、高压管汇闸门刺漏或有划痕等产生噪音，电磁的干扰等；

（3）钻井液循环不均匀，脉冲波形异常或不连续。

1.3 仪器脉冲器发电部位转子卡死

在钻进过程中，仪器脉冲信号逐渐变弱，持续一段时间后无信号或无法解码。

1.3.1 仪器自身出现的故障

自身原因造成转子卡死极少遇见，若出现类似问题，就是定转子的装配上出问题。

1.3.2 外部条件影响

（1）钻井液中有害固相含量多、岩屑砂粒携带入井，硬物将转子卡死或砂子颗粒在转子内将转子卡死，无法发电供电，导致脉冲器不工作；

（2）钻井液加处理剂时，袋子的编织物混入钻井液，编织物或絮状物缠绕转子，导致转子卡死，导致脉冲器不能正常工作；

（3）钻井液中含有磁性物质，吸附在转子的转动部分，造成转子被卡死。

1.4 仪器脉冲信号不稳定

在钻进过程中，仪器脉冲信号时有时无、不稳定，脉冲信号的波形幅值偏底，解码困难。

1.4.1 仪器自身故障

（1）仪器脉冲器的配置与实际排量参数配比不合适，脉冲发生器时工作、时工作，脉冲信号间断有，无法正常解码；

（2）仪器脉冲内部模块故障，脉冲器工作不正常。

1.4.2 外部条件影响

（1）循环排量不稳定，部分排量不在脉冲配置设定范围；

（2）钻井液中的砂粒嵌入转子转动间隙内，但没有完全卡死，带来脉冲器信号不稳定；

（3）脉冲器配置出现问题，脉冲信号偏弱，入井后，特别是井深后，地面接收脉冲信号幅值很低，解码困难。

1.5 电池及模块插接件故障

间断性出波、丟波或无波，正常出波时解码电池电压值低。

仪器自身原因：

（1）仪器电池电源耗尽;

（2）电源中断问题，电池减震器的固定出现松动，插接件接触不良，出现断开又闭合、完全断开等现象。

1.6 脱键故障（座键式仪器）

下钻中途测试或正常钻进时，仪器脉冲波幅低或无信号波，或接单根前仪器正常，接完单根后开泵无脉冲信号。

1.6.1 仪器自身原因

未使用防退键循环套和引鞋。

1.6.2 外部条件影响

（1）下钻未及时灌浆，因钻具内外压差影响，钻具水眼内钻井液上顶，造成井下仪器串从循环套内退出，无法形成脉冲信号;

（2）下钻速度过快，钻具水眼内钻井液上顶，造成井下仪器串从循环套内退出，无法形成脉冲信号;

（3）开泵速度过快，激动压力将仪器串顶出循环套。

1.7 电阻率失联

电阻率、伽马一直出现固定值，或实时电阻率、伽马曲线表现为一条直线。

仪器自身原因：

（1）LWD与MWD通讯中断，LWD短节与悬挂短节内的MWD仪器串通讯中断，PCD探管接收不到下部LWD短节传送的电阻率、伽马数据，只能向地面传送一个固定数据;

（2）井下LWD供电系统故障，LWD电池电量耗尽，LWD系统无法工作;

（3）LWD短节内部模块出现短路或断路，LWD不工作。

1.8 电阻率极值

测量电阻率出现极值。在上传的实时数据中，电阻率出现不连续的2000Ω·m极值。

1.8.1 仪器自身原因

井下LWD仪器测量模块出现故障，测量数据失真。

1.8.2 外部条件影响

地层原因造成，电阻率测量的地层内部含有高阻值的夹层或离散的杂质时，就会出现这种现象。钻过该地层，进入匀质地层后，电阻率就会正常。

1.9 电阻率定值

测量伽马数值正常，电阻率深浅数值不发生变化；伽马数值与电阻率深浅数值均不发生变化。

仪器自身原因：

（1）地面解码设备故障，无法正常解码;

（2）电阻率模块故障，电阻率本体、天线处密封失效，电阻率、探管通讯失效;

（3）电阻率供电电压异常。

2 仪器故障管控

2.1 做好仪器维修保养

（1）精细做好仪器维修、保养与配置，及入井前的检查；

（2）按规定时间及时对仪器探管校验；保障仪器的维修质量，入井前严格规范检查、测试；

（3）在脉冲器组装时，要严格规范操作，严格控制组配间隙；

（4）电池组装前进行测试和激活，激活电压小于26V不得使用；

（5）电池组装时，认真检查电池筒相关部件，发现烧蚀、针孔变形或缺陷者及时更换，并对插接件进行周期更换，避免出现接触不良问题。对入井设备进行单独测试，入井之前对电阻率各设备进行联调测试。

2.2 提高设备配套水平

（1）泵工作平稳，上水良好，泵、高压管汇内光洁；电线线路不要与仪器传输线布在一起；

（2）保证固控设备的完好与开动率，振动筛筛布大于200目；立管滤子趟钻清洗，钻杆滤子一单根一清洗，确保钻井液的清洁。

2.3 强化仪器入井环境管控

（1）做好钻井液净化工作，保证钻井液清洁；

（2）钻井液循环均匀，添加钻井液添加剂时，相关各方做好沟通协调；

（3）钻井液气泡多时，及时消泡；

（4）钻井液加料和处理剂时，不要将编织袋等杂物混入钻井液中；

（5）做好钻井液加料的检验，含有磁性的处理剂或加重料不要加入；若加入，要在钻井液出口处放置强磁铁进行清除。

2.4 加强仪器使用过程管控

（1）仪器的配置要充分了解作业井的情况，如：排量、密度、井温、泥浆类型、垂深等参数，以便于优化、规范仪器配置；

（2）钻进过程中，保障稳定的钻井参数，特别是循环排量的控制；

（3）施工过程中严格控制钻井液性能及含砂量。

3 结束语

伴随石油钻井工艺的不断发展，钻井随钻测量技术取得了飞速发展，针对钻井需求的多样化，随钻测量仪器在测量方式、测量参数、适用环境等方面都趋于多样化，仪器井下工作的稳定性也不断提高，但是，由于石油钻井不断转向深层、复杂地层、非常规地层，随钻测量仪器井下工作环境更加复杂，工作条件更加恶劣，这也导致了随钻测量仪器在施工过程中可能发生故障，由于仪器种类众多，作业环境也千差万别，因此，仪器故障成因复杂，可能是单一的原因造成仪器故障，也可能是多种因素共同作业造成的仪器故障，仪器故障原因更加复杂，故障管控的难度更大，只有通过仪器维护保养、运输、仪器入井评估、仪器使用过程等不同阶段的管控，形成一个闭环管理系统，才能有效降低仪器故障率。提高定向施工作业效率。