井下无线射频识别信号传输特性的模拟研究

无线射频识别信号传输技术可用于遥控井下工具,具有非接触传输、功耗小、操作便利、成本低等优点,是智能化钻完井技术的新发展方向。然而,复杂的井下环境会对井下无线射频识别信号传输的可靠性产生极大的影响。该研究结合电磁波传输理论和法拉第电磁感应定律,综合考虑了不同传输介质等井下环境的影响,建立了井下无线射频识别信号传输的理论模型,并通过数值模拟验证了该理论模型的准确性。基于该模型分析了激励电压幅值、传输距离及钻井液性质对井下无线射频识别信号传输特性的影响。研究结果表明:随着钻井液电导率的增加,信号衰减程度变大;随着传输距离的增加,无线射频识别信号传输强度变弱;随着激励电压幅值的增大,无线射频识别信号传输强度变强。理论模型与仿真模型最小误差为1.67%,具有一定的参考性。该研究可为井下工具无线传输技术提供理论依据,有助于推动井下信息无线传输技术的发展。     

BH-VDT垂直钻井工具无线电磁短传模块影响因素分析

垂直钻井工具组合大扭矩螺杆一体化提速技术,是山前高陡构造防斜打快的主要手段。BH-VDT垂直钻井工具采用随钻测量、控制和实时上传一体化设计,如何绕过螺杆将近钻头采集信息高效传输至地面,成为了当下面临的主要技术难题。为此,将脉冲发生器从工具中分离出来,加入无线电磁短传模块,在螺杆的两端接入无线发射模块与无线接收模块,并采用有限元分析软件,建立钻井试验模型来分析影响无线电磁短传模块的因素。仿真结果与现场试验数据符合较好,无线电磁短传模块中的接收天线正极距离套管底部的距离大于20 m时,套管对接收信号强度的屏蔽影响趋于平缓,钻井液电阻率和地层电阻率对该模块的无线传输效果影响较大,接收天线两级的绝缘距离越长对传输效果越有利;而发射端和接收端的距离在8～15 m范围内,对接收信号强度的影响较小。研究结果表明：采用无线电磁短传模块是解决BH-VDT垂直钻井工具绕过螺杆实现井下信息实时高效传输的有效手段,对其他工具为解决此类问题的设计、现象解释有指导意义。     

射频识别随钻扩眼器的研制与应用

为了解决当前常规随钻扩眼器在实际应用中的问题,设计了一种基于射频识别控制技术的随钻扩眼器,实现了控制命令的井下无线传输和接收,并通过液压执行机构控制扩眼刀翼动作,实现井下扩眼操作。工具设计过程中,在射频识别天线外部安装铁氧体屏蔽环,解决了井下金属涡流对天线磁场强度的削弱问题,保证了井下射频识别通讯系统对控制命令的可靠接收;通过理论计算和仿真分析确定了液压执行系统最大承压能力,为电磁阀优选和液压回路承压设计提供了理论依据,保证扩眼刀翼的可靠锁止。设计的RFID随钻扩眼器成功进行了4口井的现场扩眼作业,验证了工具的工作可靠性和稳定性。     

井下非接触电能传输装置设计与试验研究

推靠式旋转导向钻井系统需要在井下把旋转态的电能传输给不旋转外套,传统接触式传电形式难以适应井下恶劣的工作环境。为此,基于ICPT技术,采用互感模型理论、Maxwell仿真计算并与试验验证相结合的方法,对非接触式旋转电磁机构的耦合性能、传输效率以及初、次级的谐振补偿措施进行了优化设计。研究了非接触电能传输装置的铁氧体形状尺寸、线圈匝数和安装位置的变化引起的该装置传输效率和功率的变化规律。研究结果表明:井下非接触电能传输装置能够满足现有静态推靠式旋转导向钻井工具的传电要求,轴向安装误差对传输效率和功率影响最大;该装置在轴向位移-3 mm位置传输效率和功率最高,并在效率最高点±3 mm范围内均满足电路传输的系统要求。研究结果对非接触式能量传输系统的研制具有一定的指导意义。     

低频电磁波无线传输测试技术在阿北凹陷复杂断块油藏的应用

二连阿北凹陷构造复杂、成藏规律不清,采用常规测试工艺无法实现井底关井或井下数据的实时读取,对资料准确性和关井时间难以把控。为此优选了低频电磁波无线传输测试技术,并对存在的问题进行完善,以增强测试资料的针对性、可靠性。针对井下信号对接不成功的问题,对管柱结构短路位置进行了分析,并对测试工具及管柱结构进行改进,将扶正器金属轴内径由76 mm增至80 mm,最上部金属扶正器改为尼龙扶正器,将定位短节本体外径由102 mm改为62 mm;针对电磁波信号弱、传输距离短的问题,优化了信号放大线路和强化微弱信号检测技术,井下远距离传输可达40 m;同时改进信号接收器传输结构,由单点接收改为通讯回路双向接收。该技术在欣苏木构造带X16井进行现场应用,通过对射孔-开井-关井施工过程和测试曲线径向流等数据进行实时监测,有效保障了测试成功率和试油成效,对阿北凹陷下一步勘探部署提供技术支持。     

水平井钻柱中传输井下信息声波频率的选择

水平井水平段钻进的钻柱具有独特性,且钻进时传输的井下信息量大,传输速度要求高,因此探索在水平井内利用声波来传输井下信息非常必要。利用有限差分法对加重钻杆及普通钻杆内声波传播的频谱结构进行了计算分析,对φ127.0 mm加重钻杆及普通钻杆、φ139.7 mm加重钻杆及普通钻杆中声波传播的频谱结构差异进行对比,探讨了材料差异对声波频谱的影响。研究结果表明,相同材料加重钻杆的频谱结构与普通钻杆相比,阻带宽度产生变化,通带中心位置基本不变;2种结构通带的交集随着频率的降低而增大;通带顶端毛刺的波度幅值变大、数量变少。φ127.0 mm加重钻杆与φ139.7 mm加重钻杆的频谱结构基本无差异。加重钻杆材料差异导致频谱结构变化较大,实际选频中不可忽略此差异。水平井钻柱中传输井下信息声载波的频率应该全面考虑上述因素,选择在频谱结构中通带的交集范围之内。     

固井无线监测与智能决策系统开发与应用

文章开发了一种新型的基于数传电台、4G+VPN传输模式的固井无线监测与智能决策系统,其采集器选用MSP430F1611为控制器,以AD7794对传感器数据进行解算、融合,负责本地压力、密度、排量实时数据的采集和无线发送;无线接收器负责采集器无线信号的接收;计算机负责监测软件运行、数据存储、数据传输、决策分析等。图像化显示固井实时施工数据、仿真模拟浆柱运移过程;实时数据具备在Web端与手机APP端同步展示功能,可同时监测4路压力、4路排量、4路密度。现场结果表明：固井无线监测硬件系统传输距离达1 000 m,穿透性强,数据丢包率由WIFI模式的10%降至0;流量、压力监测误差均小于1%;监测中断恢复率100%,远程传输成功率100%。建立的固井实时决策分析系统,实现了固井作业浆柱运移过程可视化,能实时计算固井井口压力、环空ECD动态参数,判断井下漏失、溢流等复杂情况,变固井复杂由事后诊断向事前预警,实现了决策分析智能化。     

声波无线遥测技术在南海东部古近系地层测试中的应用

南海东部古近系储层埋藏深,探井DST地层测试风险大,传统的存储式和电缆地面直读式压力传输方式均不能同时保证测试的实时性、安全性和时效性。声波无线遥测技术利用声波在测试管柱中的传播实现信号传递,通过井下中继器克服声波信号传输中的衰减问题,实现井下压力温度数据上行和操作指令下行的双向传输功能。应用该技术对南海东部X井古近系储层进行DST测试,在不同测试阶段下载实时压力数据,辅助判断了射孔情况、产能测试稳定情况、以及关井压力恢复阶段,获取有效的井底压力和温度数据,准确解释得到测试井产能和储层参数,并提高了作业时效性。该技术为海上油气井的测试提供了一种安全、高效、准确的井下数据传输方式,具有良好的实用性。     

波码通信分层注水技术研究及现场应用

常规分注井无法连续监测数据,需人工定期测调确保分注合格率。随着技术进步,国内油田逐步向数字式分注发展。长庆油田以超低渗透储层为主,层间非均质强,小层注水量小,通过持续攻关,创新提出了波码通信分层注水技术,攻克了小水量测试调配及远程无线通信与控制难题,形成了适合长庆油田的带压作业模式。该技术通过压力流量波码实现地面与井下数据无线远程传输,配水器实现井下分层流量自动测调与数据录取,现场应用1200余口井,地面与井下无线数据传输距离达到2800m,分层注水合格率长期保持90%以上,最长有效期近4年,单井年节约测试费用5万元,解决了常规分注技术面临的技术瓶颈,人员劳动强度大幅降低,提升了油田注水精细化水平。     

井筒水声波无线通信系统关键技术与试验研究

针对现有井筒内无线信号传输技术传输速率低以及对使用环境选择性高的缺陷,提出了一种基于水声波的井筒无线通信方法,设计了井筒水声波无线通信系统。该系统由地面水声波发射系统和井下水声波接收系统组成。地面水声波发射系统对待传输信号进行编码、调制、放大和发射,井下水声波接收系统接收水声信道传输的地面信息并进行信号调理和解调,重点对水声信号处理电路、换能器及调制和解调算法等关键技术进行了研究,设计完成中心频率12 k Hz的水声发射、接收换能器及配套水声信号处理模块,通过室内和地面试验对水声信号不同距离下的通信能力进行了测试,实现了200 m距离下井筒水声波无线数据通信。研究结果表明:井筒水声波无线通信系统可实现以井筒内水声波为信号载体进行无线数据传输,具有较高的解码准确率和较强的抗干扰能力。研究内容为井筒内长距离水声通信技术的研究和试验奠定了基础。