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【摘要】电磁波无线随钻仪器在定向井水平井钻井工程中得到较好的应用，已在克拉玛依油田的不同区块成功使用，为井眼轨迹控制和地层判断起到很好作用。该类仪器使用中遇到的问题有必要进行探讨。
【关键词】电磁波 随钻仪器近钻头短节 定向 水平井
克拉玛依油田在2007年开始使用电磁波仪器，应用在定向井、水平井施工中，先后在克拉玛依、彩南、车排子和火烧山等油田使用，仪器信号传输稳定，轨迹参数和地层参数解码正确。目前主要使用俄罗斯ZTS-42AP和美国COMPASS EM-MWD两种电磁波仪器，本文就这两种电磁波仪器的使用情况和电磁波仪器使用过程中的相关问题进行交流。
1 电磁波仪器的基本原理及其特点
1.1 电磁波仪器的原理
电磁波仪器由井下仪器和地面接收装置两部分组成；井下仪器通过参数传感器将测量数据进行编码，再通过电磁波发射装置单向发送电磁波信号通过钻具和地层传输至地面的钻机（井架和底座）和大地，地面接收装置通过两根天线（地线）分别连接井架和大地来接收井下仪器的电磁波信号，通过地面接收装置放大-滤波-计算机解码还原为测量参数。
1.2 电磁波仪器的特点
电磁波仪器靠电磁波的方式进行传输，不受井眼及地面循环系统的泥浆压力信号干扰，传输可靠性高。
仪器没有运动部件，除泥浆对仪器筒体冲蚀外，不会出现仪器部件堵塞、磨损等仪器故障。
除用在常规钻井液钻井中，可用于欠平衡钻井、气体钻井和泡沫钻井等非液相钻井液的定向钻井工程中。
由于电磁波信号在地层中衰减较大，电磁波的传输深度受到限制；可通过中继天线方式或增大发射功率来增加传输深度。
使用伽玛、电阻率等模块可以实现地质导向功能。
近钻头短节的使用，可以更及时、准确的监测井眼轨迹和井底的地质参数，从而提高薄油层钻遇率。
2 目前使用的两种电磁波仪器对比
（1）ZTS-42AP带有近钻头短节，可以测量近井底的井斜、伽玛、电阻率、钻压和钻头转速等参数。不带近钻头短节时，仪器有定向、伽玛和电阻率等参数。
（2）COMPASS EM-MWD电磁波仪器，配置普通和电磁波两种脉冲器，将电磁波脉冲器更换为泥浆脉冲器后可以实现泥浆脉冲MWD。
（3）设计传输井深不同，不使用中继天线时，ZTS-42AP为垂深2000m，COMPASS EM-MWD垂深3000m。
（4）仪器参数设定方式不同：ZTS-42AP仪器除传输频率和是否带近钻头短节可以更改，其它为固定参数序列；COMPASS EM-MWD所有参数序列可自行设定。
（5）坐键方式不同：ZTS-42AP为上悬挂，COMPASS EM-MWD为下坐键式，两者设计均为可打捞式。
3 电磁波仪器使用实例
3.1 克拉玛依六区HWT6010井的使用
2007年9月在HWT6010井水平段使用电磁波仪器带近钻头短节，成功完成703—943m的水平段施工，仪器信号稳定。仪器频率使用2.5Hz，天线下接方式。该井油层分层多而且薄，地层走向变化大，通过仪器及近钻头短节的Gamma值和电阻率值准确的预测了泥岩和砂岩地层。
3.2 彩南油田CHW05和CHW04井使用
CHW05井在使用泥浆脉冲MWD进行水平段作业时，发生井漏，更换电磁波仪器进行水平段施工。该井垂深2298.11m，水平段井深2417.05-2667.42m。考虑该井垂深已超过ZTS-42AP仪器的设计深度，设置最低频率0.625Hz。先将地线接在井场附近，仪器信号较弱尚可解码，后来地线接在和水平段轨迹方向相近的一口邻井采油树上，信号非常好。使用最低频率，每组数据间隔8分钟，影响定向效率，特别是定向钻进施工。
CHW04井是彩南油田继CHW05后的第二口使用电磁波的水平井，垂深2313.19 m，完钻井深2669.00 m。使用电磁波频率1.25Hz，每组数据更新时间4分钟。水平段钻进中，一直渗漏，随钻带堵漏剂伴随着整个水平段施工。当井深达2590米时，仪器房地线信号强度太弱，解码误码率太大，无法使用；使用采油树地线，解码正常。通过不同位置地线解码效果说明，有邻井时，邻井地线信号最强。
3.3 重18井区FHHW002井使用情况
FHHW002水平井使用常规电磁波仪器首次完成了？311mm井眼86m—378m的造斜段工作，并在378m-879m的水平段中使用带近钻头短节的仪器，为该井的轨迹控制和油层判断提供了很好的技术支持。
水平段设计靶窗紧贴油层中一薄泥岩层的上面，在进入水平段10m后进入泥岩（仪器由于滞后井深无法及时测量该位置的地层参数），地质要求向上定向重新进入油层，在18m后井眼重新进入显示较好油层。通过后续水平段钻进显示的电阻率值判断，此段地层电阻率值在1.5以上，油层显示较好，低于1.5可能进入泥岩，在1左右基本为泥岩地层。后续钻至井深682m，电阻率值由2降至1.8，有靠近泥岩趋势，及时和地质部门沟通，后续捞砂证实泥质含量增加；及时调整轨迹至井深710m，电阻率回升，后续达到2—2.4左右，显示较好，避免钻入泥岩地层。
4 电磁波仪器使用认识和探讨
地层对电磁波传输的影响，主要由三个电磁参数磁导率u（H/m），介电常数c（F/ m），电导率a（S/m）决定，其中电导率影响最大，电导率越大传输深度越浅。
天线和钻具的有效连接，可降低接触电阻對电磁波信号的损耗，增加传输井深。仪器电源功率、发射功率与仪器的传输深度成正比例。
井下仪器工作时，在绝缘接头上、下部钻具与接收天线之间的岩层中有电流通过，在地表装置中接收的信号正是上述电流造成的电位差。有时套管中可以接收到电磁波信号并正常解码，这与套管的内径、弯螺杆的角度、套管的内壁附着物有一定关系。
5 结论
电磁波仪器对克拉玛依油田的地层比较适用，为一些不能使用常规随钻仪器的定向工程提供了很好的仪器测量手段。增大电磁波仪器功率和降低传输损耗是增大仪器可用井深的重要方法。使用电磁波仪器，必须消除周围地下、地表可能产生电磁波或漏电设备的干扰。
进口电磁波仪器的软件界面均为外语，使用中文操作系统时，常会出现乱码；需要消化吸收，便于国内使用和推广。电磁波仪器传输最大井深是一个相对值，不同地区的地层差异较大，在新区块使用时需要进行摸索。
参考文献
[1] 李晓，姚爱国，李运升.新型电磁随钻测量系统信道传输特性研究.煤田地质与勘探，2010.04 ，38（2 ）
【关键词】电磁波 随钻仪器近钻头短节 定向 水平井
克拉玛依油田在2007年开始使用电磁波仪器，应用在定向井、水平井施工中，先后在克拉玛依、彩南、车排子和火烧山等油田使用，仪器信号传输稳定，轨迹参数和地层参数解码正确。目前主要使用俄罗斯ZTS-42AP和美国COMPASS EM-MWD两种电磁波仪器，本文就这两种电磁波仪器的使用情况和电磁波仪器使用过程中的相关问题进行交流。
1 电磁波仪器的基本原理及其特点
1.1 电磁波仪器的原理
电磁波仪器由井下仪器和地面接收装置两部分组成；井下仪器通过参数传感器将测量数据进行编码，再通过电磁波发射装置单向发送电磁波信号通过钻具和地层传输至地面的钻机（井架和底座）和大地，地面接收装置通过两根天线（地线）分别连接井架和大地来接收井下仪器的电磁波信号，通过地面接收装置放大-滤波-计算机解码还原为测量参数。
1.2 电磁波仪器的特点
电磁波仪器靠电磁波的方式进行传输，不受井眼及地面循环系统的泥浆压力信号干扰，传输可靠性高。
仪器没有运动部件，除泥浆对仪器筒体冲蚀外，不会出现仪器部件堵塞、磨损等仪器故障。
除用在常规钻井液钻井中，可用于欠平衡钻井、气体钻井和泡沫钻井等非液相钻井液的定向钻井工程中。
由于电磁波信号在地层中衰减较大，电磁波的传输深度受到限制；可通过中继天线方式或增大发射功率来增加传输深度。
使用伽玛、电阻率等模块可以实现地质导向功能。
近钻头短节的使用，可以更及时、准确的监测井眼轨迹和井底的地质参数，从而提高薄油层钻遇率。
2 目前使用的两种电磁波仪器对比
（1）ZTS-42AP带有近钻头短节，可以测量近井底的井斜、伽玛、电阻率、钻压和钻头转速等参数。不带近钻头短节时，仪器有定向、伽玛和电阻率等参数。
（2）COMPASS EM-MWD电磁波仪器，配置普通和电磁波两种脉冲器，将电磁波脉冲器更换为泥浆脉冲器后可以实现泥浆脉冲MWD。
（3）设计传输井深不同，不使用中继天线时，ZTS-42AP为垂深2000m，COMPASS EM-MWD垂深3000m。
（4）仪器参数设定方式不同：ZTS-42AP仪器除传输频率和是否带近钻头短节可以更改，其它为固定参数序列；COMPASS EM-MWD所有参数序列可自行设定。
（5）坐键方式不同：ZTS-42AP为上悬挂，COMPASS EM-MWD为下坐键式，两者设计均为可打捞式。
3 电磁波仪器使用实例
3.1 克拉玛依六区HWT6010井的使用
2007年9月在HWT6010井水平段使用电磁波仪器带近钻头短节，成功完成703—943m的水平段施工，仪器信号稳定。仪器频率使用2.5Hz，天线下接方式。该井油层分层多而且薄，地层走向变化大，通过仪器及近钻头短节的Gamma值和电阻率值准确的预测了泥岩和砂岩地层。
3.2 彩南油田CHW05和CHW04井使用
CHW05井在使用泥浆脉冲MWD进行水平段作业时，发生井漏，更换电磁波仪器进行水平段施工。该井垂深2298.11m，水平段井深2417.05-2667.42m。考虑该井垂深已超过ZTS-42AP仪器的设计深度，设置最低频率0.625Hz。先将地线接在井场附近，仪器信号较弱尚可解码，后来地线接在和水平段轨迹方向相近的一口邻井采油树上，信号非常好。使用最低频率，每组数据间隔8分钟，影响定向效率，特别是定向钻进施工。
CHW04井是彩南油田继CHW05后的第二口使用电磁波的水平井，垂深2313.19 m，完钻井深2669.00 m。使用电磁波频率1.25Hz，每组数据更新时间4分钟。水平段钻进中，一直渗漏，随钻带堵漏剂伴随着整个水平段施工。当井深达2590米时，仪器房地线信号强度太弱，解码误码率太大，无法使用；使用采油树地线，解码正常。通过不同位置地线解码效果说明，有邻井时，邻井地线信号最强。
3.3 重18井区FHHW002井使用情况
FHHW002水平井使用常规电磁波仪器首次完成了？311mm井眼86m—378m的造斜段工作，并在378m-879m的水平段中使用带近钻头短节的仪器，为该井的轨迹控制和油层判断提供了很好的技术支持。
水平段设计靶窗紧贴油层中一薄泥岩层的上面，在进入水平段10m后进入泥岩（仪器由于滞后井深无法及时测量该位置的地层参数），地质要求向上定向重新进入油层，在18m后井眼重新进入显示较好油层。通过后续水平段钻进显示的电阻率值判断，此段地层电阻率值在1.5以上，油层显示较好，低于1.5可能进入泥岩，在1左右基本为泥岩地层。后续钻至井深682m，电阻率值由2降至1.8，有靠近泥岩趋势，及时和地质部门沟通，后续捞砂证实泥质含量增加；及时调整轨迹至井深710m，电阻率回升，后续达到2—2.4左右，显示较好，避免钻入泥岩地层。
4 电磁波仪器使用认识和探讨
地层对电磁波传输的影响，主要由三个电磁参数磁导率u（H/m），介电常数c（F/ m），电导率a（S/m）决定，其中电导率影响最大，电导率越大传输深度越浅。
天线和钻具的有效连接，可降低接触电阻對电磁波信号的损耗，增加传输井深。仪器电源功率、发射功率与仪器的传输深度成正比例。
井下仪器工作时，在绝缘接头上、下部钻具与接收天线之间的岩层中有电流通过，在地表装置中接收的信号正是上述电流造成的电位差。有时套管中可以接收到电磁波信号并正常解码，这与套管的内径、弯螺杆的角度、套管的内壁附着物有一定关系。
5 结论
电磁波仪器对克拉玛依油田的地层比较适用，为一些不能使用常规随钻仪器的定向工程提供了很好的仪器测量手段。增大电磁波仪器功率和降低传输损耗是增大仪器可用井深的重要方法。使用电磁波仪器，必须消除周围地下、地表可能产生电磁波或漏电设备的干扰。
进口电磁波仪器的软件界面均为外语，使用中文操作系统时，常会出现乱码；需要消化吸收，便于国内使用和推广。电磁波仪器传输最大井深是一个相对值，不同地区的地层差异较大，在新区块使用时需要进行摸索。
参考文献
[1] 李晓，姚爱国，李运升.新型电磁随钻测量系统信道传输特性研究.煤田地质与勘探，2010.04 ，38（2 ）