泥浆脉冲遥传装置（MPT）的一种新应用

泥浆脉冲遥传装置（ＭＰＴ）的一种新应用随钻测量（ＭＷＤ）中泥浆脉冲遥传装置（ＭＰＴ）是地面系统和井下仪器之间的一种关键信息传输部件。ＭＰＴ是通过瞬态改变所钻井孔中的泥浆的压力值的大小，并向地面系统传输井下随钻测量仪测到的有用信息。近来，挪威大陆架石油...     

井下泥浆涡轮设计及性能分析

根据已知参数进行了井下泥浆涡轮的设计，并采用FLUENT6．0对设计的涡轮进行数值模拟，对涡轮的内流场进行分析，获得涡轮的输出功率与转速、压降与转速之间的关系曲线，确保所设计的涡轮能够满足性能要求。     

一种泥浆脉冲信号识别方法

结合随钻测井地面系统研制,在使用小波变换对信号进行滤波和基线矫正处理基础上,采取脉冲有效上升沿判断、滑动窗口面积最大原则确定方波的方法,准确识别泥浆压力波形中的脉冲信号,为数据解码提供准确的脉冲位置,解码得到的结果与井下编码数据准确率达到90 ％以上,有效提高了数据解码准确率,为随钻测井系统在各种工况环境应用奠定了基础,已经在现场施工中进行了试验和应用,拓展了泥浆脉冲信号识别技术与方法.     

随钻数据微存储器井下释放传输系统关键技术研究

泥浆脉冲、电磁波等随钻数据传输方式难以实现井底大数据量的上传,不能充分满足随钻测井和地质导向对随钻测量数据的需求。介绍了一种通过井下释放大容量存储器的方式,实现井下大数据量上传的系统。在入井前将一定数量微型存储器安置在释放短节腔体内,根据井下随钻测量情况把测量数据注入微型存储器,定时或不定时地向环空释放,通过泥浆循环把存储器带回地面。为了拓展存储器的数据容量,设计了无线充电大容量存储器,该存储器内置了微处理器,可以直接从释放短节的读写器发射的无线信号获取电能,并给微处理器供电。地面系统可以按照协议读写存储器,实现了大量随钻测量数据的传输。     

一种新的井中地震勘探技术

随钻地震技术是一种新的井中地震技术。它以钻井期间钻头产生的振动作为井下震源,在钻柱顶部和地面上分别记录钻头信号和地震波,通过互相关和钻头反褶积等数据处理方法,可以计算出钻头信号的传播时间、衰减与钻头信号不相干的噪声,得到有关井下的地层信息。该方法不需要井下仪器,不干扰钻井工作,实时获取的随钻地震资料可以用于地质导向钻井。在江汉油田范3井2250 m井深处先导试验中,取得了较好的效果。     

连续波高速率泥浆脉冲器设计研究

随钻测井的参数越来越多,这些参数需要快速有效地传至地面,研制一套高速率泥浆脉冲遥传系统势在必行.介绍了连续波泥浆脉冲器脉冲发生机理,给出了连续波泥浆脉冲器样机的设计方案及工作原理;详细解释了泥浆遥传系统连续波的编码与解码方式;定量分析了影响井下信号强度的因素,认为噪声的来源主要有电干扰噪声、泥浆泵噪声、泥浆马达噪声、钻头噪声、回声及反射噪声等,这些噪声对井下信号的调制与解调具有较大的影响.研究结果对研制连续波钻井液脉冲器具有一定的参考价值.     

硬件滤波器在MWD地面仪器系统中的应用

MWD仪器是一种广泛用于水平井、定向井钻井的随钻测量仪器。MWD仪器井下脉冲发生器发出的是低频脉动信号，而MWD地面系统采集到的信号有25Hz～1kHz环境干扰信号，如何抗干扰保证MWD仪器数据可信是MWD地面系统的关键技术。分析了泥浆压力信号中不同组分的特性，介绍了MWD地面系统滤波技术工作原理及设计原则。MWD地面仪器中采用了硬件实现的有源低通滤波器，现场应用工作稳定，响应速度快，能有效改善现场地面信号质量，有效信号幅值提高了10％，且能有效地阻止泥浆泵工作时产生的大部分噪声压力信号及大部分激动压力信号的干扰，也为以后类似的低频信号处理提供了一种方法。     

井下泥浆涡轮发电系统水力性能试验研究

在闭式循环结构的试验装置中,采用清水作流动介质,对井下泥浆涡轮发电系统进行水力性能试验。结果表明:在设计要求的流量和转速范围内,系统输出功率60 W,压降0.15 MPa,各项技术指标均能满足性能要求。     

井下涡轮发电机系统特性分析与实验

为了详细了解无线随钻测量仪器中磁耦合器传递扭矩式井下涡轮发电机系统的工作特性,首先分析了其结构及工作原理,基于MATLAB的Simulink仿真环境,给出了井下涡轮发电机系统各组成部分的数学方程,建立了井下涡轮发电机系统的仿真模型。仿真了井下涡轮发电机系统空载和负载2种工作状态下的发电机转速、磁耦合器输出扭矩等各输出量的典型动态响应波形,分析了引起磁耦合器滑脱(失步)的2种情况(钻井液排量超过上限值或者发电机电磁扭矩与阻尼扭矩之和超过给定值)及其预防措施。空载时发电机整流输出电压随钻井液排量变化的实验数据与仿真结果基本吻合,验证了井下涡轮发电机系统仿真模型的正确性。井下涡轮发电机仿真模型为进一步分析磁耦合器传递扭矩式井下涡轮发电机系统的性能提供了很好的平台。      

高速率泥浆脉冲器工作模式设计与试验

转子往复摆动的脉冲器从结构上可实现转子快速摆动,载波频率高,调制方式选择空间大。为了适应钻进时地层参数,以及钻井工程参数,例如排量、密度、钻速、转速等,需要改变井下脉冲器工作模式,包括调制方式、运动频率、定转子开合角度、扫频、静默等。工作模式预置在脉冲器控制芯片中,由地面指令下传装置改变管汇中泥浆流量,切换井下脉冲器的工作模式。通过对工作模式的远程切换,可节省钻进辅助时间,提高生产效率。高速率泥浆脉冲器在新疆某井进行了应用试验,对作业过程实时数据的分析表明,模式切换可靠,数据上传速度高。为高速泥浆脉冲器的扩大使用积累了经验。     

一种实时诊断钻具黏滑现象的新方法

钻具黏滑现象严重时会损坏井下设备,造成井下事故,影响井下安全,如何及时有效发现并消除黏滑现象对钻井施工意义重大。目前国内多通过监测地面转盘驱动电流、转盘扭矩来观测井底钻具黏滑现象,为了更及时、准确地预测钻具黏滑现象,采用井下MWD磁传感器数据来分析钻具黏滑现象。通过井下计算机对传感器信号实时高速采集,计算出井底钻具的瞬时转速,用以诊断钻具黏滑现象并对黏滑严重程度分类形成黏滑程度特征码,并将这些特征码通过MWD实时传送到地面以便及时采取措施,有效减少了由于黏滑现象而引起的井下事故。     

旋转磁场定向测距随钻测量仪的研制与试验

采用水平对接连通井开发煤层气时,为了确保水平井能够与洞穴井准确连通,需要给司钻人员提供准确的导向信息,即需要精确测量2口井的相对距离和方向。通过研究旋转磁场信号强度与相对位置关系,根据正交磁偶极子模型,提出了一种旋转磁场定向测距方法,研制了旋转磁场定向测距仪样机,进行了样机的地面试验和现场试验。该样机主要包括近钻头强磁短节、井下数据采集系统和地面解算系统3部分。地面试验装置包括转速可调的永磁短节台架、姿态可调的数据采集系统台架和轨道正交的50 m×30 m试验场地。地面试验结果表明,30 m以内的定位误差不超过0.1 m。现场试验结果表明,钻头距离洞穴井80 m时就可以探测到有效信号,偏航角平均误差小于1.5°,能够用于连通井的引导钻进。试验结果说明,利用旋转磁场将钻头与洞穴井靶点耦合为一个闭环系统,进行2口井的相对定位是可行的。      

气体钻井MMWD随钻测量方法研究

气体钻井中EM-MWD技术受复杂地层影响大、信号衰减快和抗噪声能力差,导致其信号测传深度受限,为此提出了在气体钻井中利用钻杆作为微波波导实现井下参数随钻测量与信号传输的MMWD技术。在研究钻杆内高频波传输特性与影响微波传输的主要因素基础上,优选了微波频率并验证了其适用性,得到了可在钻杆中传播的8个波形及其衰减系数,研制出了MMWD样机,并开发了配套的控制处理软件。该样机在元坝气田元陆x井进行了多次下井试验,单次入井无故障工作时间达120.0 h,总工作时间234.0 h,最大测传深度超过3 000.00 m,测传的井下温度数据基本符合地层温度分布规律,且测传井斜角与测井井斜角也较为吻合。研究表明,MMWD技术弥补了EM-MWD技术测传深度受限的不足,测量结果准确可靠,为气体钻井提供了一种新的高效随钻测量手段。      

基于FPGA的HDB3编解码方法及其在阵列电导探针流动测井中的应用

了解决高速长距离传输中电缆测井数据的衰减、干扰等问题,设计了基于FPGA的HDB3编解码电路,HDB3码具有无直流分量、低频分量少、便于提取时钟、具有一定的检错能力、传输速度是曼彻斯特码的2倍等优点。该电路应用在阵列电导探针流动成像测井中,可以保证井下数据传输的速度和准确性,从而实现在PC机的上位机软件中实时显示井下油水流动的状态。设计中以FPGA为核心部件,完成了采集、编解码、时钟提取以及与PC机的数据交互,分析了HDB3编解码模块的原理和设计,以及PC端软件的功能和实现方法。结合实验表明,该方案稳定可靠、切实可行,可以应用于实际项目中。     

井下MWD永磁同步发电机的运行特性分析

井下MWD永磁同步发电机的运行特性包括转速特性、输出电压外特性和输出功率特性。应用发电机转矩平衡方程研究了机械转矩和负载对发电机稳定转速的影响;根据发电机电枢反应分析的双反应原理,采用向量法,结合发电机电势方程和内阻数学模型,通过数值分析手段研究了发电机外特性与电枢反应电抗之间的关系;还研究了负载功率因数和电流谐波对发电机输出功率的影响。最后,对中石油钻井工程技术研究院研制的1台井下MWD系统涡轮驱动三相同步交流发电机的运行特性做了实验测量,得到了转速特性和输出功率特性实验曲线。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

SEMWD-2000电磁波随钻测量系统及现场试验

为了解决石油钻探过程中井下随钻信息的传输难题,电子科技集团第二十二研究所开发了SEMWD-2000电磁波随钻测量系统,它是国内首套此类装置。简述了电磁波随钻测量技术的工作原理和发展趋势;介绍了系统构成和试验情况,从试验数据上看,系统的数据采集、信号传输是可靠的,电磁波信号发射天线的绝缘性能良好;井斜、方位及随钻自然伽马等参数与其他仪器的对比试验数据吻合较理想。试验表明,该系统能够满足实际作业需求,初步实现了设计目标。     

空气钻井随钻监测技术及其应用

为解决现有录井监测系统不能满足空气钻井现场的需要,容易出现钻具失效、井下燃爆、地层出水及井壁坍塌等复杂钻井问题。基于井下燃爆理论和监测监控系统技术,以井下燃爆监测成果为基础,应用UBD气体监测系统及其配套分析技术;通过多次在空气钻井现场监测服务,验证了该监测系统及分析技术的合理性和实用性,为安全顺利实施空气钻井提供了技术保障。     

塔深1井井斜控制技术

塔深1井设计井深为8 000 m，后加深至8 400 m，完钻井深为8 408 m，垂直钻井进尺为目前亚洲第一。该井在6 200 m钻遇裂缝性软硬交错地层，加之井下温度高、井眼小，井斜控制难度增大。为解决以上难题，提出采用优化钻井参数，实钻过程中采用塔式钻具、柔性钟摆钻具、井下动力钻具等进行井斜控制技术措施。并指出在深部小井眼裂缝性地层采用光钻铤配合高钻压不能实现纠斜；使用单稳钟摆钻具组合受钻铤尺寸的限制不能起到良好的纠斜效果；采用抗高温弯螺杆和MWD随钻监测技术，能取得明显的纠斜效果和较高的机械钻速。     

随钻测量中井下大功率发电技术的研究与试验

随着随钻测量和井下导向控制技术的发展,随钻测量仪器和控制工具的功能越来越强,作为井下主流电源的电池已难于满足随钻测量仪器和控制工具对电力的需求。研究分析发现,用大功率发电机作井下电源是解决电力供给的较好方法。介绍了一种可匹配EM-MWD或其它随钻测量仪器和控制工具的井下大功率涡轮发电机。该发电机由发电机本体、涡轮驱动器和无接触传动机构3部分组成,在钻井液排量大于22 L/s、额定输出电流为5 A时,设计输出功率大于600 W。在全排量的试验中,当排量在28 L/s时输出功率达到了1 100 W。试验结果表明,该发电机达到了设计的要求。根据试验中采集的数据,分析了该发电机实际的工作特性。