電磁波隨鉆測量儀器信號干擾問題研究

【文章摘要】

EMWD 電磁波隨鉆測量儀器以其卓越優點而廣泛應用于世界石油工程開發中。目前，EMWD 儀器種類有很多， 例如美國GE 能源的ELINK、美國NOV 公司的BLACKSTAR、俄羅斯沙瑪拉地平線科技生產股份公司的ZTS 等。本文簡述了EMWD 工作原理、特性及其施工應用范圍。基于長期現場實踐超過150 口水平井施工經驗積累，針對具體施工案例對電磁波信號干擾問題進行研究分析并提出解決方案。

【關鍵詞】

EMWD；電磁波；頻率；噪音；隨鉆測量；地層電阻率

0 前言

電磁波可以穿透包括大多數導體在內的所有介質并在這些介質中傳播。穿透深度反比于波的頻率以及介質的導電系數。EMWD 就是利用電磁波這種特性實現信息傳輸的。儀器的電磁波信號在施工過程中會受到大地、施工環境中噪音的干擾。

1 各類地層對EMWD 的電磁波信號傳播干擾分析

EMWD 主要傳播介質為大地，因此地層電阻是EMWD 儀器施工的最關鍵參數。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。通過對這幾種EMWD 的應用和分析結果如下：

1.1 當地層電阻<1 Ω.m 時，電磁波信號會在地層中迅速散失，并與地表的各類噪聲電磁波混在一起無法辨別，地面很難接收到信號，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 當地層電阻達到儀器的施工范圍，但是接近下限時，EMWD 可以工作但是電磁波信號的信噪比會很低，儀器解碼會困難。同時施工垂深和位移都會相對減小。

1.3 當地層電阻在10 -20 Ω.m 時， 2-20HZ 頻段的電磁波傳播效果達到最佳。此時各類EMWD 施工垂深可達到最大值。目前各類儀器實際情況鉆探垂深最大值平均在3000 米左右。

1.4 當地層電阻>200 Ω.m 時，地層不易被電磁波穿透。電磁波會被高電阻地層所阻隔。

解決方案：使用EMWD 施工鉆遇此類地層時，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，同時在電極周圍澆水或者鹽水。

如果高電阻地層處于較深的位置，可以采用在施工井周圍尋找臨井或者已開采的井，利用其套管或者油管可以作為電極，解決信號接收問題。

案例分析：2014 年3 月在中石化墨西哥EPC 項目中使用BLACKSTAR 儀器施工的E1232D 井，在施工至756m 時信號突然雜亂無法解碼，上提兩個單根后儀器信號正常，反復幾次情況一致。初步證明儀器正�？赡転殂@遇特殊地層，測量工程師查看臨井E1232 井的測井曲線發現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 電磁波信號受到噪聲干擾問題研究

電磁波信號在傳播過程中會受到自然界中噪聲、地面現場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、地面現場或附近施工的噪聲影響

因為電磁波和自然界中的聲波、電磁波、震動等都具有波的特性，在一定的頻率區間內會造成相互的干擾。例如：雷電、電焊、發電機、大功率無線電、現場重型機械作業的震動、臨井作業施工等。當電磁波信號中出現可以影響正常信號的噪音時，應當及時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，測量工程師在選擇EMWD 信號接收電極安裝位置時，一定要遠離噪聲源。根據經驗電極的埋設一般要遠離噪聲源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、馬達等井下鉆具在施工過程中震動造成的。在實踐中得到證實的是在較淺井深電磁波信號較強時，井下鉆具的噪聲干擾可以忽略不計，不會對EMWD 的電磁波信號造成干擾。但是在井深較深而電磁波信號較弱時，傳至地面的電磁波信號易遭受干擾。

在實際生產中井下的震動噪音是不可避免的，因此就需要我們根據電磁波的頻率越相近的就越易互相干擾的特性來解決這個問題。目前BLACKSTAR、APS 等電磁波儀器都具有現場噪音分析和頻率篩選的功能，通過儀器的這一功能，在現場正常鉆進狀態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進行施工。

2.3 相鄰井都采用EMWD 儀器施工的相互干擾問題分析

在鉆井生產中，同一區塊井與井如果相隔較近井型相似。若都采用EMWD 施工，井下EMWD 電磁波發射器所發射的電磁波就會在一定范圍內造成互相的干擾。因此測量工程師在施工前一定要對周邊施工環境進行評價分析，提前做好施工預案。

2.3.1 相鄰井使用同類型EMWD 施工中的相互干擾

相鄰井使用同類型EMWD 施工，使用相同發射頻率的，相鄰地面設備可互相解碼。不同頻率的，頻率越相近干擾越明顯。在施工前測量工程師應當提前到現場調研，選用和臨井EMWD 區別較大的頻率施工。

案例分析：2013 年7 月，中石化墨西哥EPC 項目的E1206 井和E1205D 井兩口井直線距離1000m 左右，均采用美國GE 公司的ELINK 電磁波儀器施工。由于兩口井并非同時施工，初期是E1206 井首先開始定向施工而E1205D 井未開鉆， 這段過程中一切工況均正常。但在E1206 井施工至井斜26 度時，定向過程中發現工具面極不穩定，一會在10 度左右，一會在200 度左右。開始懷疑是EMWD 探管損壞了，但在排查問題過程中，突然E1206 井地面設備接收到靜態測斜數據井斜0.5 度、方位185 度。而此時本井并未進行靜態測斜。通過聯系E1205D 井得知其現場剛下鉆到底進行靜態測斜，其設備也接收到了E1206 井的工具面。由此可判斷問題的原因是E1206 和E1205D 井互相接收到了對方的數據，由于都是用的是4HZ 頻率，所以都解碼得到了對方的數據。

解決方法：E1206 繼續施工，而E1205D 井采用downlink 的功能將儀器發射頻率改為19HZ 進行施工。由于兩個頻率一個是4HZ 一個是19HZ 相差較大因此不會造成相互干擾。ELINK 有四個頻率可供選擇4、7、13、19HZ，如果將頻率改為7HZ 而不是19HZ，則在鉆進至較深地層時有互相干擾的風險。

2.3.2 不同類型EMWD 頻率相近的易受到干擾。

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

3 總結與建議

1）EMWD 具有不受鉆井循環介質影響，信號傳輸速率快等特點，在欠平衡水平井、煤層氣等淺層水平井施工中具有較大優勢；

2）其應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，測量工程師一定要做好環境評價工作。