1、设备运维110|2023年08月Golden GYRO 在现场的应用崔自强(中海油田服务股份有限公司，天津 300457)摘要：海上钻探的开发特点决定了每个区域需要设置规划的井位。随着调整井的开发和侧钻需要，井与井间如树的根系般错综复杂。井间最近距离仅在毫厘之间，彼此紧密靠近的套管本身具有磁性，它们和地磁场的相互作用使得传统的随钻测斜系统方位测量容易产生误差，导致轨迹偏差，后果严重的将引发井眼碰撞等事故。采用随钻陀螺测量，可实时作出风险预判，从而避免地磁场强度变化产生的磁干扰，从而得到准确的测量方位，用以开发井和调整井的初始定向和轨迹测量。文章以科学钻井公司的 Golden GYRO 在现场中
2、应用事例，讲述随钻陀螺在钻井勘探中的重要作业。关键词：随钻陀螺；测量过程；数据分析中图分类号：TE5 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)24-0110-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.24.031Field Application of Golden GYROCUI Zi-qiang(China Oilfield Services Limited,Tianjin 300457,China)Abstract:The development characteristics of offshore drilling determine
3、the need for planned well locations in each area.With the development of adjustment wells and the need for sidetracking,the wells are as intricate as the roots of a tree.The nearest distance between wells is only millicentimetres.The casings close to each other are magnetic.The interaction between t
4、hem and the Earths magnetic field makes the azimuth measurement of the traditional inclinometer while drilling system prone to errors,leading to trajectory deviation,and serious consequences will lead to accidents such as wellbore collision.The use of gyro while drilling can make real-time risk pred
5、iction,thus avoiding the magnetic interference caused by the change of Earths magnetic field intensity,so as to obtain accurate measurement orientation,which can be used for the initial orientation and trajectory measurement of development wells and adjustment wells.This article takes the applicatio
6、n of Golden GYRO from Scientific Drilling International as an example to illustrate the important operation of drilling while drilling gyroscopes in drilling exploration.Keywords:while drilling gyroscope;measurement process;data analysis1 采用随钻陀螺的目的和意义1.1 常规陀螺定向的不足 常规情况，多采用有线陀螺进行初始方位定向和轨迹测量作业，在确定初始方位
7、后再下入常规随钻测斜系统进行下部作业；由于初始造斜时排量较低，仪器的信号解码较差，工具面更新较慢，增加了表层作业的难度。另外在全力增斜过程中，所测方位受磁干扰影响，存在误差，需要进行表层套管拉轨迹复测；在钻井过程中如遇复杂井段出现磁干扰超标或绕障风险，则需要重新下入有线陀螺，进行轨迹测斜，根据陀螺数据重新制定钻井设计。1.2 随钻陀螺的优势 随钻陀螺的使用，相当于给井下钻具装上了“眼睛”，来提高仪器的测量精度。工程师利用随钻陀螺监测隔水导管和直井段的偏斜井斜和方位，监控测量质量；定向人员再根据陀螺工具面选择定向绕障方位，增减滑动距离控制造斜率，在防碰绕障作业中就会更精确更具目的性，能够及时判断
8、井下情况，以便采取有效措施。除此之外，随钻陀螺定向比常规的有线陀螺定向在时效性上有所提高，降低了井下复杂情况发生的几率。1.3 随钻陀螺的工作原理 随钻陀螺测量的原理是利用陀螺测量不受磁干扰的优势，将该技术应用于随钻作业，实现有磁环境下的井斜、方位、工具面测量。其优势相对于传统 MWD 测量，随钻陀螺完全不受磁干扰，在密集井段、套管开窗、特殊地层等有磁环境，也能实现精确测量。相对于电缆陀螺测斜仪，随钻陀螺可在钻井过程中完成测量，减少占用井口时间，并可在钻井第一时间提供定向、防碰等参考数据。将陀螺应用于随钻测量，可以极大提高作业效率，减少开支，并提高钻井安全系数。目前定向钻井过程中使用随钻陀螺进
9、行随钻测量的需求日益增长，随钻陀螺测量系统由地面部分和井下部分组成。地面部分接收井下测量信息、解码供定向井工程师和司钻及时了解井下工程参数，为钻井决策二校-2023-8-下期.indd 1102023/8/17 14:51:282023年08月|111和操作提供依据，实现轨迹控制。与传统 MWD 随钻测量相同，随钻陀螺测量系统也是采用泥浆压力脉冲传输方式获得测量信息1。SDI 随钻陀螺是第四代陀螺，名称为 Golden GYRO，它采用停泵测量模式，此工具没有井下发电装置，采用锂电池为工具供电。比起 KEEPER 陀螺，Golden GYRO 增加了信道功能，传感器的测量精度得到了提高。随钻陀
10、螺入井后，测斜步骤为连续开泵 1 min，激发测斜测序(类似于接收到 FLAG 信号)，23 min 后(根据软件带宽设置而定)，当仪器感受到震动时，陀螺及 MWD 数据开始上传，通过泥浆压力变化，传送到压力传感器，通过解码，得到井下实时数据。2 随钻陀螺的应用 随钻陀螺在渤海锦州某平台作业应用。在作业过程中，两口井表层造斜点浅，并且存在较严重的防碰风险。EX1 井造斜点为 160 m，EX2 井设计造斜点 220 m，在初始造斜段与已完钻的两口临邻井存在严重的防碰问题，最近中心距只有 1.18 m。随钻陀螺的前期准备和入井设置需注意以下方面：(1)确保陀螺温度加热到 37.78 以上。(2)
11、将陀螺分别水平放在 EAST 和 WEST 方向进行标定，要求分别采取几组数据进行标定，在地面标定较车间要求较低。(3)根据钻具组合进行测量质量分析。根据钻具组合输入软件：地磁参数，目标井斜、方位，钻头位置，非磁的起止点、陀螺的测点等，进行计算，保证非磁长度满足质量控制要求。(4)连接仪器管串进行高边的校正，确认陀螺高边与 MWD 高边一致。(5)确认仪器连接好后，进行功能性测试。通信测试，保证仪器连接正常，通信正常。确保探管加速计的传感器温度大于 4，陀螺温度大于 2，进行高边校正。调整 MWD 高边朝上，完成高边测试和高边检验，分别测出 EYE offest(陀螺角差)和 Gyro MWD
12、 offest(MWD 角 差)，分 别 转 动 90、180、270、360，分别验证高边位置是否一致2。(6)井下仪器程序配置与测斜步骤分析。传输速率及测量方式转化设定。操作者根据需求进行传输设置 pulse width 选择，当时作业选择脉宽为 760 ms，传输频率为 0.657 8 Hz。SDI 的随钻陀螺采用关泵测量模式，在开泵后传输数据的时间与脉宽有关。数据的传输是以数据包形式，1 个数据包含有 14 个脉宽，传输数据时间如 表 1 所示。表1 关泵测量数据信息测量名称数据包脉宽0.76 s传输时间Gyro survey91 min35.76 sRaw Magnetic surv
13、ey132 min18.32 sTool Face110.64 s同 MWD 仪器测量前需进行重力工具面与磁性工具面转换设定，陀螺测斜与 MWD 测斜也设置 3 个角度，分别为转重力工具面角度，通常为 3；其次设置一个对比角度(a、b)，根据作业设置，此范围内会显示Gyro Survey 和 MWD survey 的测量结果，完成陀螺测量数据与 MWD 测量数据的对比，可判断是否含有磁干扰超标的情况；井斜超过 b 以后，上传数据为单独的MWD 测斜数据。注意：此处提到的角度均为开泵测斜时 MWD 测量是否达到的角度。如在测斜时井斜未达到 3，打钻的过程中即使井斜超过 3 则仍然显示陀螺工具面，
14、只有重新开泵测斜后才转为重力工具面。传输序列的设置。根据作业需求，进行个性化设置，包括初始测斜序列的传输，钻进过程中旋转和滑动状态下的传输序列的设定。随 钻 陀 螺 的 测 斜 步 骤。随 钻 陀 螺 Gyro survey 因 其 测 量 要 求，陀 螺 需 要 进 行 寻 北 和 漂移，因此测斜方式应遵循停泵后，坐卡瓦，期间保持钻具静止，可进行接立柱作业，5 min 后，通知钻 台 开 泵，待 解 出 synch 信 号(大 约 1 min 30 s)后，可 通 知 司 钻 上 下 活 动 钻 具(不 可 旋 转)，根 据计 算 以 0.76 s 的 脉 宽 为 例 至 少 需 要 8 m
15、in 时 间(5 min 等待+1 min hold off+1 min 35.76 s 的数据传输)，解码后可通知司钻可进行下步作业。注意：若在滑动造斜期间，钻具不允许转动，否则陀螺工具面不准确，需要重新测斜寻北，出重力工具面后陀螺静止工作，可以旋转钻具，不影响滑动时重力工具面的更新。随钻陀螺测斜时间分析如表 2 所示。随钻陀螺 MWD 方式测斜时间可大幅度减少，测斜步骤为：停泵后，坐卡瓦，期间保持钻具静止 1 min后开泵，待解出 sync 信号后，可通知司钻上下活动钻具(不可旋转)，根据计算以 0.76 s 的脉宽为例至少需要4 min 时间(1 min hold off+2 min 1
16、8.32 s 的数据传输)，解码后通知司钻可进行下步作业，MWD 测斜时间参照表 3 所示。表2 随钻陀螺测斜时间分析LOW GainHigh Gain震动停止30 s 静止震动停止30 s 静止陀螺转动+寻北+漂移陀螺转动+寻北+漂移所需时间238 s所需时间178 s陀螺工具面误差25二校-2023-8-下期.indd 1112023/8/17 14:51:29设备运维112|2023年08月表3 MWD测斜时间分析震动停止后30 ssurvey30 s(期间测量多次，取平均值)Gyro survey&MWD survey 测 斜 步 骤 与 Gyro survey 方式相同只是增加了 2 min 18.32 s 的 MWD 数据传输。Gyro 测斜与 MWD 测斜的切换，可以通过开泵时间来实现控制。在二开作业过程中，还可以根据作业需求进行 MWD 与 Gyro 测斜的功能切换，特别是出现防碰征兆时进行轨迹复测。作业前，需要进行一个设置，软件中有一个门槛值的设定为 75 s 为例，停泵后 75 s 内重新开泵则上传 MWD survey 数据，大于 75 s 则上传 Gyro su
