水平定向钻孔剖面测量系统的研制 - 地质科技情报.pdf

第３５卷　 第２期 地 质科 技 情报 Ｖｏｌ.３５　 Ｎｏ.２ ２０１６年　 　 ３月　 　 　 　 Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　 　 　 　 Ｍａｒ.　 ２０１６ 水平定向钻孔剖面测量系统的研制 刘全利ꎬ周广言ꎬ白世武ꎬ薛　 岩ꎬ李　 佳ꎬ高　 静 (中国石油天然气管道科学研究院ꎬ河北 廊坊 ０６５０００) 摘　 要:水平定向钻在穿越复杂地质情况下ꎬ施工中容易出现钻孔坍塌、钻杆断裂等技术难题ꎮ 通过对超声波在定向钻泥浆中 传输规律的研究ꎬ建立了定向钻剖面测量的超声工艺模型ꎬ在嵌入式控制平台上开发出用于水平定向钻孔剖面测量的超声测量系 统ꎬ可以对钻孔形状进行测量ꎬ对穿越轨迹上的地质情况进行核查ꎬ并通过检测软件对穿越轨迹进行三维剖面图显示ꎬ指导复杂地 质条件下的水平定向钻施工过程ꎬ降低穿越风险ꎮ 关键词:水平定向钻ꎻ钻孔剖面测量ꎻ超声波检测 中图分类号:Ｕ１７５　 　 　 　 文献标志码:Ａ　 　 　 　 文章编号:１０００￣７８４９(２０１６)０２￣００１０￣０５ 　 　 近年来ꎬ中石油管道建设任务异常繁重ꎬ定向钻 记录换能器的位置ꎬ各部分在主控制器的控制下有 穿越的管径越来越大ꎬ穿越地质越来越复杂ꎬ特别是 机结合ꎬ实现对钻孔及孔壁的任意位置进行检测ꎬ在 水平定向钻在穿越中粗砂岩地层情况下ꎬ施工中出 计算机上对任意深度的平面图及任意方位的剖面图 现的技术难题也越来越多ꎬ如扭矩和回拖力异常、钻 进行回放ꎬ形象地反映钻孔的状态ꎬ完成对孔径大 孔变形、钻孔坍塌、钻杆断裂等孔内事故ꎮ 为保证管 小、孔壁坍塌状况、孔壁形状的质量检测ꎮ 线回拖的顺利实施ꎬ迫切需要测量定向钻钻孔的形 超声波在泥浆中传输时由于受到泥浆的黏滞阻 状和成孔质量ꎬ方便施钻操作人员有针对性地采取 力ꎬ泥浆中固相的反射、折射和散射ꎬ泥浆对超声波 措施ꎬ调整回拖速度、泥浆流量等参数ꎮ 定向钻孔洞 的吸收损耗ꎬ以及由于声波信号传输过程中因波阵 剖面测量系统的应用能够及时测量孔洞的形状尺 面扩大而产生的扩散衰减ꎬ需要考虑超声波的黏滞 [１] 寸、对定向钻穿越地质情况进行核查ꎬ指导复杂地质 吸收、热传导吸收和散射引起的衰减 ꎬ研究超声 条件下的定向钻施工过程ꎬ降低穿越风险ꎮ 波在泥浆中的衰减特性对超声信号的采集和定量分 析具有十分重要的作用ꎮ １　 项目背景 ２　 超声波在泥浆中的衰减特性 近年来ꎬ随着西气东输一线、二线的建设ꎬ定向 ２.１ 工艺试验设计 钻穿越的管径已达到１２１９ ｍｍꎬ使后续的扩孔孔径 工艺试验设备(图１)具有工艺研究所需的超声 增加到１６００ ｍｍ 以上ꎬ随着孔径增大容易产生孔洞 激励、信号采集、分析的基本功能ꎬ由探头、具有计算 坍塌、卡钻ꎬ甚至穿越失败ꎮ 如:西气东输二线渭河 机接口的超声发射/ 接收控制系统、计算机、高频示 穿越中ꎬ在中粗砂岩地层中出现了孔壁坍塌、回拖过 波器组成ꎬ可以开展超声波在泥浆中的传输特性研 － － 程无法进行ꎬ导致钻孔报废的情况ꎻ兰州 郑州 长 究ꎬ并能对激发电压、信号放大倍数等关键指标进行 沙成品油管道工程长江穿越中ꎬ屡次出现扭矩增大ꎬ 测量、显示ꎮ 甚至钻杆断裂等情况ꎮ 这些技术问题和事故严重影