电磁波随钻测量仪器信号干扰问题研究

杨 凯

中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司 山东东营 257000

【文章摘要】

EMWD 电磁波随钻测量仪器以其卓越优点而广泛应用于世界石油工程开发中。目前，EMWD 仪器种类有很多，例如美国GE 能源的ELINK、美国NOV 公司的BLACKSTAR、俄罗斯沙玛拉地平线科技生产股份公司的ZTS 等。本文简述了EMWD 工作原理、特性及其施工应用范围。基于长期现场实践超过150 口水平井施工经验积累，针对具体施工案例对电磁波信号干扰问题进行研究分析并提出解决方案。

【关键词】

EMWD；电磁波；频率；噪音；随钻测量； 地层电阻率

0 前言

电磁波可以穿透包括大多数导体在内的所有介质并在这些介质中传播。穿透深度反比于波的频率以及介质的导电系数。EMWD 就是利用电磁波这种特性实现信息传输的。仪器的电磁波信号在施工过程中会受到大地、施工环境中噪音的干扰。

1 各类地层对EMWD 的电磁波信号传播干扰分析

EMWD 主要传播介质为大地，因此地层电阻是EMWD 仪器施工的最关键参数。目前BLACKSTAR 的地层电阻施工范围是3-1000Ω.m，ZTS 和ELINK 的地层电阻施工范围是1-1000Ω.m。通过对这几种EMWD 的应用和分析结果如下：

1.1 当地层电阻<1 Ω.m 时，电磁波信号会在地层中迅速散失，并与地表的各类噪声电磁波混在一起无法辨别，地面很难接收到信号，此种情况不适合使用EMWD 施工，可以选择使用泥浆脉冲MWD。同理，EMWD 也不可以在海上施工。

1.2 当地层电阻达到仪器的施工范围，但是接近下限时，EMWD 可以工作但是电磁波信号的信噪比会很低，仪器解码会困难。同时施工垂深和位移都会相对减小。

1.3 当地层电阻在10 -20 Ω.m 时， 2-20HZ 频段的电磁波传播效果达到最佳。此时各类EMWD 施工垂深可达到最大值。目前各类仪器实际情况钻探垂深最大值平均在3000 米左右。

1.4 当地层电阻>200 Ω.m 时，地层不易被电磁波穿透。电磁波会被高电阻地层所阻隔。

解决方案：使用EMWD 施工钻遇此类地层时，如果高电阻地层处于地表，则一般采用深挖地表土将接收电极埋至更深，同时在电极周围浇水或者盐水。

如果高电阻地层处于较深的位置，可以采用在施工井周围寻找临井或者已开采的井，利用其套管或者油管可以作为电极，解决信号接收问题。

案例分析：2014 年3 月在中石化墨西哥EPC 项目中使用BLACKSTAR 仪器施工的E1232D 井，在施工至756m 时信号突然杂乱无法解码，上提两个单根后仪器信号正常，反复几次情况一致。初步证明仪器正常可能为钻遇特殊地层，测量工程师查看临井E1232 井的测井曲线发现在此垂深有高电阻夹层。随后用磙子电缆将接收电极引至临井E1232 井的井口。随后仪器正常。

2 电磁波信号受到噪声干扰问题研究

电磁波信号在传播过程中会受到自然界中噪声、地面现场或者附近施工噪声以及井下工具噪声的影响。

2.1 自然界中噪声、地面现场或附近施工的噪声影响

因为电磁波和自然界中的声波、电磁波、震动等都具有波的特性，在一定的频率区间内会造成相互的干扰。例如：雷电、电焊、发电机、大功率无线电、现场重型机械作业的震动、临井作业施工等。当电磁波信号中出现可以影响正常信号的噪音时，应当及时寻找干扰源并终止干扰。

因此基于电磁波易受噪声干扰的以上分析，测量工程师在选择EMWD 信号接收电极安装位置时，一定要远离噪声源。根据经验电极的埋设一般要远离噪声源30m 以上。

2.2 井下工具噪声影响

井下工具的噪声主要是由井下的钻头、马达等井下钻具在施工过程中震动造成的。在实践中得到证实的是在较浅井深电磁波信号较强时，井下钻具的噪声干扰可以忽略不计，不会对EMWD 的电磁波信号造成干扰。但是在井深较深而电磁波信号较弱时，传至地面的电磁波信号易遭受干扰。

在实际生产中井下的震动噪音是不可避免的，因此就需要我们根据电磁波的频率越相近的就越易互相干扰的特性来解决这个问题。目前BLACKSTAR、APS 等电磁波仪器都具有现场噪音分析和频率筛选的功能，通过仪器的这一功能，在现场正常钻进状态下使用仪器分析井下和地面的噪声频率，选用同噪声频率差异较大的频率来进行施工。

2.3 相邻井都采用EMWD 仪器施工的相互干扰问题分析

在钻井生产中，同一区块井与井如果相隔较近井型相似。若都采用EMWD 施工，井下EMWD 电磁波发射器所发射的电磁波就会在一定范围内造成互相的干扰。因此测量工程师在施工前一定要对周边施工环境进行评价分析，提前做好施工预案。

2.3.1 相邻井使用同类型EMWD 施工中的相互干扰

相邻井使用同类型EMWD 施工，使用相同发射频率的，相邻地面设备可互相解码。不同频率的，频率越相近干扰越明显。在施工前测量工程师应当提前到现场调研，选用和临井EMWD 区别较大的频率施工。

案例分析：2013 年7 月，中石化墨西哥EPC 项目的E1206 井和E1205D 井两口井直线距离1000m 左右，均采用美国GE 公司的ELINK 电磁波仪器施工。由于两口井并非同时施工，初期是E1206 井首先开始定向施工而E1205D 井未开钻， 这段过程中一切工况均正常。但在E1206 井施工至井斜26 度时，定向过程中发现工具面极不稳定，一会在10 度左右，一会在200 度左右。开始怀疑是EMWD 探管损坏了，但在排查问题过程中，突然E1206 井地面设备接收到静态测斜数据井斜0.5 度、方位185 度。而此时本井并未进行静态测斜。通过联系E1205D 井得知其现场刚下钻到底进行静态测斜，其设备也接收到了E1206 井的工具面。由此可判断问题的原因是E1206 和E1205D 井互相接收到了对方的数据，由于都是用的是4HZ 频率，所以都解码得到了对方的数据。

解决方法：E1206 继续施工，而E1205D 井采用downlink 的功能将仪器发射频率改为19HZ 进行施工。由于两个频率一个是4HZ 一个是19HZ 相差较大因此不会造成相互干扰。ELINK 有四个频率可供选择4、7、13、19HZ，如果将频率改为7HZ 而不是19HZ，则在钻进至较深地层时有互相干扰的风险。

2.3.2 不同类型EMWD 频率相近的易受到干扰。

目前世界范围内的EMWD 所采用的电磁波发射频率基本在2-20HZ 范围内， 相邻井即使使用的不是同一种EMWD 施工，但如果采用相同发射频率，虽然不一定能解码得到钻井参数但一定会造成信号接收的干扰。根据电磁波的特性应当避免同频率施工，尽可能选择频率差别的发射频率。

3 总结与建议

1）EMWD 具有不受钻井循环介质影响，信号传输速率快等特点，在欠平衡水平井、煤层气等浅层水平井施工中具有较大优势；

2）其应用受地层特性的影响较大、不能再水面海面施工、易受到外界噪声干扰。因此建议EMWD 在施工前，测量工程师一定要做好环境评价工作。

3）在施工过程中，随着钻进的继续， 各项参数会发生变化。测量工程师要随各项参数的变化对仪器工作频率、地面信号接收方式、工作模式进行及时调整。024

实验研究