短距离钻柱声波传输特性试验研究

为研究钻井中短距离钻柱的声波传输特性,在1.28 m长的钻柱上建立了一套短距离声波传输试验系统,对声波信号在短距离钻柱中的传输特性进行了试验。试验以方波为驱动信号,采用径向和轴向钻柱激励,激励频率从2 Hz升高至50 Hz,传感器安置于接收端各个不同位置。试验研究声波信号对驱动电压、激励方向、激振频率以及传感器测量方向等参数的敏感性。试验结果表明,声波信号在传输过程中有衰减并含有回波和大量噪声干扰,在井下工具能耗允许范围内可采用大电压供电、径向激励钻柱和传感器径向接收信息的方式。     

智能钻柱设计方案及其应用

用旋转导向钻井工具在复杂地质条件下钻复杂结构井、特殊工艺井以及建设智能油井是21世纪的重要课题和发展方向之一。分析了钻井液脉冲无线随钻传输以及电磁波传输所存在的问题,指出采用导线传输方式既能由地面向井下输送足够的电力以电控井下仪表传感器和专用硬件,同时又能建立10^～10^6b／s的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻井信息“高速公路”。提出了智能钻柱的设计思路及方案,并分析了智能钻柱的功能、优点。     

随钻声波传输的信道特性研究

为给随钻声波传输系统的设计和研发提供理论和试验依据,对声波在钻柱中传输的信道特性进行了研究。首先以声波在周期性结构的传输理论模型为基础,编制了计算机仿真程序,仿真分析了钻柱结构、钻柱长度及钻管长度对单位脉冲响应的影响;然后采用88.9与127.0 mm钻杆,较系统地进行了声波传输试验,分析了钻柱长度、支撑方式、信号接收位置、钻柱曲率及钻柱尺寸对声波传输信道特性的影响。结果表明:钻柱信道呈梳状滤波特性;钻柱的信道特性不随支撑方式的改变发生较大变化;钻杆数量的增加导致时域波形衰减;钻柱的声波信道特性基本不受钻柱长度的影响,但单根钻杆的差异会引起通频带缩小;不同接收位置接收信号的通频带的位置及宽度完全一致,只是幅值不同;钻柱曲率不会对通频带的位置产生影响,但会对其宽度造成影响;钻柱尺寸基本不会对通频带结构产生影响。仿真分析结果与声波传输试验结果可为随钻声波传输系统的设计提供模拟及试验依据。      

井眼环境影响钻柱信道的声波传播效果试验

研究井眼环境因素对钻柱中声波传播的影响规律不仅是实现井下信息声波传输技术的基础,也关系到井下信息声波传输技术载波的选取及中继装置的设计安装。为此,设计了用于测试声波在钻柱信道中传输及衰减特性的试验装置,开展了井壁性质、井眼内循环介质对声波传播的影响试验,分析了钻柱与井壁的接触状态及循环介质对钻柱声传播的影响规律。结果表明:①井眼环境主要影响声波在钻柱中的衰减,基本不影响通阻带分布规律;②随着井壁硬度的增加,声波衰减减小;③随着钻柱与井壁支撑点的增加,声波衰减加剧,但通阻带的位置和宽度变化不明显;④液体循环状态下的声波辨识效果弱于液体静止状态,有液体存在的声波辨识效果弱于气体状态。在井下信息声波传输系统载波选择及中继器位置确定过程中,应该充分考虑井眼环境引起的声波衰减,而基本不用担心其引起的频带变化。     

钻井井下声波遥测网络

<正>加拿大XACT井下遥测公司在壳牌和BP两大国际石油公司的支持下,开发成功了钻井井下声波遥测技术,并投入了商业应用。这一技术是使用压电或电磁材料产生纵波,纵波沿钻柱高速传输至地面的一种信号传输技术。它可消除钻井液脉冲传输只能针对井下单一位置进行传输的局限,沿管柱多点测量压力、温度、扭矩、挠度、拉力等数据。全程连续提供全井筒和管柱信息,可在任意环境下提供高速、实时数据传输,并实现地面与井下的双向通信,传输不受井深和水深的影响。声波遥测网络工具由信号发生系统、传输系统和接收系统组成。信号发生系统采用压电或电磁换能器作为声波发生器,其他     

钻柱中声波传播特性实验研究

探究声波在实际钻柱中的传播特性和规律是随钻信息声波传输技术的一项基础性研究工作,而国内在这方面才刚起步,仅进行了一些理论研究和室内实验工作。为此,基于已有成果,研制了基于压电效应的纵向变幅杆井下声发射换能器和地面声波信号接收换能器,设计了钻柱中声波传播特性的现场井下实验方案。采用钻井工程上常用的?127 mm钻杆,分别在200 m、430 m、542 m、700 m、827 m、997 m等6个不同的深度点,测试了400~4 000 Hz频率范围内不同频率声波在钻柱中的传播特性,并分析了测试结果,进而认为,基于钻柱的声波传输技术用于随钻信息传输是可行的。研究结果表明:1有一些频率的声波可以在钻柱中传播,而另一些频率的声波在钻柱中传播能力则很差;2声波在钻柱中传播衰减程度与声波频率、钻柱长度和周围介质有关,在介质为清水的情况下,平均衰减值约为0.05 d B/m;3综合考虑数据传输速度与衰减等因素,可用于数据传输的声波频率应为400~1000 Hz之间的一些频率点,最佳频率点为600 Hz、650 Hz和950 Hz。结论认为:在试验井中的实验得到了钻柱中声波传播的重要数据和结论,可以为声波传输技术的研究和应用提供技术基础和依据。     

钻柱中声波传播特性理论分析与试验研究

为验证声波在钻柱中的传播特性,获取适合传输井下信息的频率点或频段,以127.0mm钻杆为研究对象,基于理想钻柱的频率方程,分析了不同长度钻杆的频率与波数的关系。分析认为,钻杆长度的不均匀性将导致钻柱通频带的交集缩小,若钻柱每个周期由不同长度的钻杆连接组成,通带将变窄,甚至在某些频带上因没有重叠部分而形成很宽的阻带。基于理想钻柱的瞬态响应方程,分析了钻杆接头对声波的反射作用,得到了声波通过多根钻杆后的瞬态特性。在室内采用每根长1.5m的钻杆短节,进行了全尺寸接头钻杆短节声波传播特性试验,研究了不同频率声波在不同长度钻柱中的传播特性,验证了声波在钻柱中传播存在梳妆滤波器特性和色散现象,得到了适合钻柱中传播的声波频率范围和一些频率点,可为声波系统样机的研制提供理论基础和依据。     

一种新型井下声波发生装置及其声波传播特性

井下有限空间内声波的有效发生与声能量的高效传递是声波在钻柱中稳定、长距离传输的前提,高效可靠的发生装置是实现井下信息声波传输技术现场化应用的关键。为了实现速度快、准确性高、抗外界因素干扰能力强的井下信息传输,基于超磁致伸缩换能器设计加工了一种井下声波发生装置,并通过建立试验系统,对该装置的功能性及关键参数设计开展了研究。研究结果表明:①带内孔的单级圆锥变幅杆是辐射声波首选,换能器在圆锥变幅杆小端激励的声波辐射进入钻柱中能够获得平面波;②在变幅杆放大系数极小值点附近设计长径比能够有效提高低频段声波能量传递效率;③黄铜材料的声传递介质具有较高的滤波质量与声能量传递效率;④声波能量传递效率随换能器预紧力增加,先增加后保持不变,7.20 kN预紧力能够获得最佳传递效率。结论认为,在井下声波发生与中继装置的设计过程中,应充分考虑换能器声波辐射方式与结构参数对声波能量传递效率的影响;建议进一步研究声发射端机械结构、声载波参数等因素对钻柱中声传播特性的影响,以加快井下信息声传输技术现场应用的步伐。     

应力波井筒数据传输技术综述

长期以来,油气勘探与钻井业对随钻数据传输技术进行了不懈的研究,产生了泥浆脉冲、电磁波、声波等无线数据传输技术及各类有线数据传输技术,各种传输技术都有自己的局限性,本文阐述了在钻井过程中使用应力波通过钻柱实时传输井下数据的关键技术,并介绍了应力波在钻柱传输特性,信号发送与接收,数字通讯及强噪声背景下微弱信号的混沌振子检测等方面的研究成果以及克拉玛依钻井工艺研究院研究的应力波MWD。     

声波钻杆信道及信息传输仿真研究

为利用声波沿钻杆有效地随钻传输钻井数据,提出应用声波无缝传输模型将任意井下钻具组合(BHA)分解为单个声波无缝传输模型(RATO)的级联。建立了BHA中每个钻具的RATO,分别设计FIR滤波器模拟该模型,根据对信道通带位置最佳逼近原则应用相位均方误差最小准则获得最佳FIR长度;将子双口网络参数连乘得到模拟的多钻具级联构成的BHA的系统函数;应用有加工误差为±4%的5in同规格钻杆随机级联为例仿真声波钻柱信道验证了FIR滤波器的方法的正确性和可行性;在该信道上采用2FSK调制解调方式进行信息传输仿真,信号载频位于信道子通带内,约2 500m信道、传输波特率为20bit/s时误码率小于3%。可以应用FIR滤波器仿真声波钻柱信道进行信息传输研究,为随钻声波传输仪器的研制提供测试平台和技术支持。     

钻柱结构声传输特性试验研究

声传输方式因结构简单、成本较低、易于定向发射等优点成为研究的热点。为寻求更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术,设计了近钻头声信号传输试验系统,论述了声传输的信道特性、影响因素和信号检测方法,分析了管箍界面以及泥浆介质的阻尼影响,通过色散曲线对钻杆中纵波传输的频域特性进行了详细分析,试验研究了近钻头中声信号传输时激励信号与接收信号的关系。结果表明,周期性钻柱结构具有复杂的声特性,在钻柱信道中,通带和阻带交替出现,且在一个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄再变宽,阻带则先变宽再变窄。存在适合高速和大信息量传输数据的声信号频带和信号特征。     

井下钻柱信道的声传播特性

基于钻柱信道的随钻数据声波传输方式能够满足现代钻井速度快、传输数据量大的要求。在声传播特性分析模型建立基础上,采用传递矩阵计算方法,对不同钻柱组合的声传播特性进行了研究。结果表明,钻柱信道的一个最明显特征是窄频带多波段通信。钻柱信道的几何结构、物理参数和信号频率对信道传输性能有显著影响,随着信号频率和传输距离的增大,接收信号衰减程度增大,同时信道的声传输性能还受钻柱材料的弹性模量和密度的联合作用影响。对于周期性钻柱,当钻杆长度增大时,通带中心向低频偏移,通带和阻带变窄;当接头横截面积减小时,通带变宽,阻带变窄,一个频带周期内通带中心向频带中心频率偏移,距离频带中心越近,其偏移量越大。对于非周期性钻柱,结构和物理参数差异的增大,会引起钻柱信道频域特性的显著变化,声传输性能显著下降。信噪比是影响井下信息声传输系统设计的关键因素,同时为了实现声波遥测,声传输方式的通信工作频率应尽量选择低频。     

钻柱结构对声传输特性的影响

建立了用于井下信息声传输特性研究的非周期性钻柱组合模型,并利用传递矩阵法推导出了模型的声透射系数方程,进而对周期性钻柱组合和非周期性钻柱组合的声透射系数进行了研究。结果表明：在钻柱信道中,对于周期性管柱结构,钻杆和接头的几何尺寸决定了钻柱的频带结构,并且这种频带结构呈现出周期性和对称性特征,通带和阻带交替出现,且在一个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄再变宽,阻带则先变宽再变窄;随着钻杆根数和接头数目的增加,通带结构发生变化,通带内出现小透射峰,且小谱峰数增加。对于非周期性钻柱组合结构,钻柱中各节钻杆和接头的尺寸差异会对声传输特性造成影响,表现为通带变窄阻带变宽;结构参数中长度尺寸差异较截面尺寸差异的影响更为显著。     

智能钻柱信息及电力传输系统的研究

信息与电力传输是智能钻柱的重要组成部分。分析了地面与井下通信技术的发展概况,指出了目前常用的几种传输方案所存在的问题及其局限性。智能钻柱采用导线传输方式,既能由地面向井下输送足够的电力,同时,又能建立300-500kb／s传输速率的地面与井下双向信息“高速公路”,进行了地面模拟试验,并取得预期结果,从而说明了智能钻柱设计方案的可行性及优越性。     

EM-MWD信号在钻柱中传输的影响因素研究

在现有电磁随钻测量（EM-MWD）系统中,钻柱是重要的EM-MWD信号传输信道。为深入了解影响EM-MWD信号在钻柱中传输效果的因素,基于等效传输线法对EM-MWD信号信道进行了建模,并使用Ansys软件进行了有限元计算,分析了地层分层情况下不同规格钻柱在交变电磁场中传输的能量损耗以及套管对EM-MWD信号传输的影响规律。研究发现:EM-MWD信号在钻柱中的能量损耗会随着功率和频率增大而增加,当信号频率超过100 Hz时损耗增加更加明显;不同规格的钻柱传输信号的效果不同,但当钻柱壁厚与外径的比为0.08～0.20时,EM-MWD信号传输效果较好;在钻柱上加套管会对EM-MWD信号的传输产生屏蔽作用,影响传输效果,不过当井下EM-MWD信号的发射频率在50 Hz以下时,套管的影响较小。研究结果更加明确了钻柱自身属性对EM-MWD信号传输的影响,可为EM-MWD系统的改进和设计提供参考。      

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...