电磁波随钻测量仪器测量效果影响因子分析

准确预测低频电磁波在地层中的信号衰减是改进井下仪器、优化施工参数进而提高电磁波随钻测量仪器遥测深度与工作可靠性的前提和基础。低频电磁波在地层里面传输受地质特征、钻井工况等多种因素影响,准确评价计算难度较大。为此,文章基于电磁波基本原理,借助有限元法,对电磁波随钻测量仪器低频电磁信号传输的衰减特性进行了研究,定量评价了钻井循环介质、钻井深度、地层电阻率、信号频率、下部钻具组合(BHA)、信号发射方式等因素对随钻测量效果的影响,为进行电磁波随钻测量仪器应用适应性评价和电磁波随钻测量技术改进提供了理论依据和技术支持。结果表明,电磁波随钻测量仪器电磁波信号强度沿井深成指数衰减,增加绝缘短节以下的钻柱长度、减少发射信号的频率有利于减少信号衰减,地层电阻率的增加有利于信号的传输。     

基于载波通信原理的电磁波随钻测量技术

为了提高电磁波随钻测量中数据传输速率,增加信号遥测深度,解决钻杆寿命低、可靠性差和电磁信号散射严重等问题,提出了基于载波通信原理的随钻测量技术.该技术利用载波原理,通过耦合变压器将电磁波信号耦合到钻杆上,利用钻杆和大地构成导波系统,从而实现井上与井下的数据传输.通过分析电磁波在地层和钻杆中的传输特性,得到钻杆中的传输线波动方程,并给出系统的总体构成及设计方案.采用 LM1893作为载波模块,研制出井下发射机和井上接收机系统,并对系统进行了优化设计.结果表明,利用载波技术将电磁波加载至钻杆,通过钻杆-大地构成的传输信道,能够把井下测量参数传输到地面,同时还可把地面设置参数及指令发送到井下,实现地面与井下的双向通信.图7参11     

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井眼轨道闭环控制技术是当今国内外钻井技术领域的研究热点，而地面与井下的信息传输是这一高新技术中的重要环节。目前，地面与井下的无线信息传输系统主要是采用钻井液脉冲方式，而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题。文章基于多相流理论，研究了钻井液脉冲信号的传输速度及其影响因素，分析了信号的动态传输特性和衰减规律。研究表明：脉冲信号在井筒中的往复传播类似于阻尼振荡；信号频率和钻井液粘度是影响信号衰减的主要可控因素；给出了一些计算和分析实例。文章的研究对现有钻井液脉冲传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值。     

井下测试数据无线直读技术研究与现场应用

基于电磁波传输理论与微弱信号检测技术,初步建立了一种试油测试井下数据无线直读技术架构,可实现在试油测试期间把井下数据(温度、压力等)无线实时上传到地面。通过该技术在磨溪XX井的探索性试验应用,实时获取了井下部分数据,分析了3种工况条件下的井场电磁噪声对信号的干扰规律以及所采取的滤波技术的效果,回归了信号强度与工具下入深度的关系。试验表明,试油测试井下数据无线直读技术实现了4473 m井深的信号传输距离;通过对比,实时获取的井下温度、压力数据,与储存式井下电子压力计记录的数据基本一致,证明了该技术的可行性和可靠性,具有很好的应用前景。     

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。     

存储直读式钻杆地层远程遥测研究

准确获取井下压力、温度是油气井测试的重要组成部分，综合比较目前不同油气井测试方式的特点，提出了一种基于无铁芯电磁耦合原理，可与全通径井下测试工具配合，应用于井下恶劣环境的存储直读式钻杆地层遥测方法。该方法交替控制直读式压力计和存储式压力计，实时准确测量阀上和阀下参数。井下数据调制能量信号，沿电缆远程传输，实现地面读取，并结合传感器特性给出实际压力、温度值求解方法。实验结果表明无铁芯电磁耦合能够在套管屏蔽下正常通讯。该系统可在井下125 ℃、70 MPa的条件下连续工作240 h以上，已在陆地井试井测试中成功应用。     

井下短程通信载波频率的研究

井下短程通信是以电磁波为载体,来实现旋转导向钻井系统中稳定平台与钻井工具之间数据传送的。由于井下电磁波传播介质为导电介质,高频电磁波在电介质中传播时衰减很快,所以应选择低频电磁波,而频率太低又会影响通信距离,所以选择合适的电磁波频率,对井下短程通信来说至关重要。文章主要通过对经典麦克斯韦电磁理论的分析,结合井下实际情况,找到适合在井下环境传输的载波频率,使通信效果满足要求。     

E-LINK电磁波无线随钻测量系统的分析及应用

为了及时掌握和应用电磁波井下传输技术,引进了E-LINK带随钻伽马的电磁波无线随钻测量系统,并将其应用到DP5井进行生产试验。E-LINK电磁波无线随钻测量系统主要由井下仪器和地面仪器组成,井下仪器主要由井下发射部分、流量开关及井下测量部分组成,井下发射部分将井下测量部分传来的数据信号变为低频电磁波信号,并通过上下绝缘中间导通的偶极子发射到地层中。现场应用表明,该系统能够适应国内的钻井设备环境及大牛区的地层特性。     

偶极子天线在盐水泥浆和专用水池中传输技术的研究

电磁波随钻测量信号传输速率高,不需要通过特殊介质进行传输,受井下工作环境影响较小,可实现传输频率带比较宽,测量过程时间短,对功率的需求较低。本文涉及一种钻头工况在线监测仪仪器的无线短传发射天线即偶极子天线的结构设计和传输方式,在盐水泥浆中和专用水池中针对偶极子天线对信号传输性能进行研究。试验结果表明偶极子天线无线短传的传输特性与地层电导率、干扰噪声的关系。     

测井仪器信息的电磁波传输方法

<正>专利申请号:CN201210283472.3公开号:CN102777170A申请日:2012.08.09公开日:2012.11.14申请人:吉艾科技(北京)股份公司测井仪器信息的电磁波传输方法,采用电磁波无线传输测井数据,在井下测井仪器处设置有与测井仪器的信息采集装置连接的无线发射/接收装置,井下的信息采集装置采集到的数据通过无线发射/接收装置发送到地面,     

井下无线微小信号识别技术研究

低频电磁场虽然具有穿透性强、传输距离远和导向能力强的优点,但由于其受功率限制和工频噪声的干扰,所以难以推广。鉴于此,对似稳恒电磁场在油管-套管-大地介质中的传播规律进行分析,采用金属导通工具提高上部套管分压,井下发射器采用自适应技术发射信号,提高信号稳定性,采用扩频技术等手段提高低阻抗、高噪声环境下井筒内微小信号分辨率,增强抗干扰能力。现场试验结果表明,这些技术手段能有效提高低频电磁场传输性能,有助于推动基于似稳恒电磁场的信号传输技术在深井中的推广应用,为智能完井工具、智能测试工具和地面直读系统的研制奠定技术基础。     

套管井地层电阻率测量系统中信号实时采集的实现

过套管电阻率测井是一种新型的测井方法,要实现测量套管外地层的视电阻率,在激励电流发送到套管期间,至少要测量4个参数,在低频电流激励作用下一个测量周期需要传输数据量非常大,为了实现信号实时采集,提出一种过套管信号采集的实现电路与测量点的分布结构,同时提出了地面与井下异地信号采集点的同步传输实现方法。使测量信号在CAN总线,曼码通信,485通信,RS232通信并存的复杂系统中完成有序无误的传输,提高了测井效率。系统无需在各个数据转发节点采用大容量缓存机制,简化了电路降低井下仪故障率。     

井下过套管超声波无线能量传输系统研究

针对中国石油行业数字化油田需求,可将传感器永久埋入井中,用于长期监测生产井中井下流体和套管附近地层状态,但井下永久传感器供电电池的电量会随时间推移而消耗殆尽.如果能够周期性地通过套管给电池充电,将能够较好地解决电池的充电问题.提出了井下过套管超声波无线能量传输系统模型,论述了金属厚度、超声波频率和声压透射率三者之间的关系.设计了井下过套管超声波无线能量传输系统的发射能量模块和接收能量模块,搭建了无线能量传输系统实验装置,并开展了4组不同厚度下能量传输实验.实验结果表明,该系统能够实现井下过套管无线能量传递,在接收端可获得瞬时最大接收功率0.984 W,为井下永久电子测量设备的供电提供了一种解决方案.     

磁耦合有缆钻杆关键技术与发展趋势

作为高速井下网络通讯部件,磁耦合有缆钻杆利用水眼内的同轴电缆实现信号的高速传输,利用钻杆两端的磁耦合线圈实现了钻杆间的无线通讯,磁耦合通讯使磁耦合有缆钻杆不影响常规接单根等钻井工艺。借助数据服务器、无线短节、中继器、井下单元及各种有缆钻具等功能部件的配合,磁耦合有缆钻杆系统能够实现地面及井下数据的组网通讯,具有高速、双向、全天候的传输特性。磁耦合有缆钻杆的关键技术包含:高速调制解调器、井下令牌环网、虚拟串口技术及分布参数测量等(基于高速调制解调器的井下令牌环网是高效的组网技术);虚拟串口技术便于第三方厂家快速利用磁耦合有缆钻杆连接自己的测量工具;分布参数测量以较低的成本实现了全井筒的状态监控,在控压钻井、井控安全、钻井参数优化等方面有重要作用。智能(自动化)钻井是钻井业的发展趋势,磁耦合有缆钻杆的独特特性使其适用于智能(自动化)钻井。在减少应用成本的情况下,磁耦合有缆钻杆能够进一步开拓市场。     

扩展EM-MWD传输深度及提高可靠性的方法与对策

就如何提高EM-MWD的传输深度和传输的可靠性对EM-MWD信道的传输机理和构成进行了分析,指出EM-MWD的井下信号发射和地面接收这两个关键环节在传输深度和可靠性方面所担负的重要作用,阐述了提高信号接收灵敏度和增强井下信号发射强度的方法。在文中依据EM-MWD的现场实验数据,对比了井下发射信号在不同供电功率下,在同一井深时由地面接收机获得的信号强度。在这一基础上,分析了设计高灵敏度EM-MWD地面接收机与大功率井下信号发射器客观上的有利因素以及所受到的限制,根据上述分析提出了提升EMMWD性能所采取的方法与对策。     

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。     

井下测试数据无线传输技术探讨

针对油气井测试数据的采集及传输方式进行广泛的调研, 综合比较井下存储、 地面直读、 跨 Ｄ Ｓ Ｔ测试阀无线直读和井下遥测无线传输方式的优缺点。对目前国内外研究热点“ 井下遥测无线传输” 技术进行充分分析研究, 可行的技术途径有利用低频电磁波经地层传输、 低频声波沿油管传输以及智能钻杆传输等。文中就各技术途径的优缺点、 影响因素、 技术现状和发展前景做出具体阐述, 为进一步研究无线遥测井下测试数据系统提供理论依据。     

油气井测试的井下远程遥测方式分析

准确完整的获得井下待测地层数据有利于全面评价油藏特性，为此研究了地面直读、井下存储、存储直读和无线遥测试井方式。综合比较各种试井方式的功能，分析了无线遥测和存储直读式遥测的实现原理、技术特征，以及二者融合的优越性。结合井下恶劣条件和油气井测试现状，选择钻杆或油管为研究对象，纵波为传输载体，提出基于井下无缆声传输技术和存储直读试井两者相结合的遥测方式，可实现全通径远距离非接触信号传输。论述了声传输的信道特性、影响因素和信号检测方法。     

恶劣测井环境下的自适应电缆遥测系统

在温度高达250℃的恶劣务件下进行测井，不仅对仪器本身的抗干扰性能要求严格，同时，由于测井电缆的传输特性将随温度发生很大变化，因而对电缆遥测系统的要求也十分严格。目前，通过将完善的数字通讯方法与现代数字信号处理技术的有机结合，开发出一种能够适应上述恶劣条件下的自适应电缆遥测传输系统。该系统主要由井下遥测发射器和地面接收器两部分组成。其中由井下发射器向电缆输．出一个多级遥测信号，地面接收器中设有横向滤液补偿器，由它不断地将所接收到的失真信号进行补偿、修正，使之还原成原始发射信号。设计表明，该系统可在0℃～250℃的温度变化范围内，以相当高的数据传输速度稳定地工作。     

基于低频电磁波无线传输的压力计直读测试系统研制及应用

分析目前常见压力计直读测试系统优缺点的基础上,提出了一种基于低频电磁波无线传输的井下压力直读测试系统。该系统利用钻杆和地层作为井下短距离低频电磁波无线数据传输的介质,利用单芯电缆进行中继传输,实现了地面、井下数据的双向传输,达到了在地面能够实时读取井下压力温度数据的目的。通过现场作业测试,实验结果表明,在试油二关井过程中,该系统在地面能够实时读取地层的压力温度信息,并能准确回放所需时间段的地层压力温度信息,为开关井操作提供指导,节省了试油时间。该直读系统具有可以和各种常规测试阀配合使用,具有无线通讯距离长、对井下介质的适应能力强等优点,具有很好的应用前景。针对现场应用过程中可能出现的问题,以及下一步需要改进提高的方向,给出了一些建议。