地面信号下传系统的方案设计

信号传播是井眼轨道自动控制系统的重要组成部分。本文介绍了地面与井下通信系统的发展概况,总结了信号的传输方式及传播原理,并综合可靠性、传输深度、传输速率、经济性等方面,评价了它们的优缺点。通过分析MWD系统中泥浆脉冲的发生和传输原理,考虑到信号下传的特点和井眼轨道闭环控制系统的要求,确定出地面信号下传系统宜采用负泥浆脉冲方式。在此基础上,提出了地面信号下传系统的设计要求与设计原则,阐述了下传负脉冲的发生原理,并给出了系统的设计方案。     

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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。     

基于信号相似性的导向钻井下传信号处理方法

为了准确、高效识别导向钻井中以钻井液排量负脉冲间隔方式下传的指令信号,解决井下接收装置中指令识别和解释方法运算较复杂和误码率较高等问题,提出了一种基于信号相似性原理的信号识别处理技术。该技术通过比较各段采样信号幅值的自相关程度求取由钻井液排量脉宽所表示的导向钻井下传指令,并对井下采样信号按一定规律逐段比较,通过判断信号下传的开始点、解算信号各位的值和求取指令字等3个步骤,完成指令识别。给出了适合井下处理的递推式实用算法,设计了钻井液排量信号采集试验装置。研究和试验结果表明,利用该方法可简化运算程序、提高钻井液排量信号识别的可靠性和抗扰能力,特别有利于克服尖峰和周期干扰对计时求取的影响以及传输通道惯性及低频噪音对信号跳变沿判断的影响。图4参15     

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。     

深井井下资料遥测的新途径—介绍载荷调制信号传输技术

介绍一种新颖的信号传输方式，其特点是井下信号发送端利用很少的能源对深井泵工作状态进行控制。信号通过应力波经抽油杆向上传输。地面信号接收端能方便、可靠地检测出信号，从而可以在不停产条件下实现深井泵井下资料遥测的信号传输手段。     

旋转导向钻井系统下行通讯接收功能的开发

在旋转导向钻井系统中,导向控制命令是由地面监控装置通过系统的下行通讯通道向井下导向工具发送。用钻井液负脉冲的方式传输下传信号,采取了三降三升为主要特点的命令字脉宽编码方式。地面命令发送装置将指令转换成一定脉宽的钻井液排量变化,用5位指令码表示相应的导向力级别和工具面角。在井下导向工具中设计了下行通讯接收装置。由装置的数据采集部分检测反映钻井液脉冲变化的井下泥浆电机的输出电压或频率,经数据处理和解释,以信号阈值判断和脉宽识别为核心,由5个指令码的脉冲宽度时间和顺序计算得到正确的下传导向命令字。为了提高下行信号传输的可靠性和抗干扰能力,在接收装置的硬件和软件中采用了相应的措施。试验结果证明了这种下行通讯方案的可行性。     

旋转导向钻井工具信号下传系统研究

结合旋转导向钻井系统自身的特点,选择钻井液脉冲作为旋转导向钻井工具信号下传的方式,对信号下传系统钻井液压力脉冲的传播特性进行了深入研究;分析了各种钻井参数对钻井液压力脉冲幅值的影响,给出了钻井液压力脉冲的时间特性,并结合钻井液压力脉冲的传播特性和旋转导向钻井工具的自身特性设计了相适应的指令系统和编码方式.经现场试验验证,所研制的旋转导向钻井工具信号下传系统解码成功率高,能够满足旋转导向钻井的需要.     

钻井液正脉冲信号的衰减分析

地面与井下的信息传输是井眼轨迹监测与控制的重要环节,目前,大多数的无线随钻测量系统都采用钻井液脉冲的传输方式,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,文中根据钻井液脉冲传输的静,动态理论模型,研究了正脉冲信号衰减规律。结果表明,脉冲信号在井眼中的往复传播类似于阻尼振荡,并逐渐衰竭,信号频率和钻井液粘度是影响钻井液脉冲信号衰减的主要可控因素。     

钻井液脉冲信号的传输特性分析

井眼轨迹自动控制技术是当前国内外钻井技术领域的研究热点,其技术关键是地面与井下的信息通信问题。钻井液脉冲作为这种信息通信的一种有效方式,越来越受到人们的重视和青睐。但是,目前对钻井液脉冲传输特性的研究多是以试验为手段进行产品开发,而对其传输机理的研究甚少。根据钻井工艺技术的具体特点,建立了钻井液脉冲信号传输系统的数学模型,并给出了求解方法。最后,通过实例分析了钻井液脉冲信号的传输特性。研究的结果对现有钻井液脉冲信号传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值。     

我国电磁随钻测量技术研究进展

EM-MWD 系统是气体钻井随钻测量的主要技术手段，是近年来国外新技术研究的热点之一。中国石化石油勘探开发研究院成功研制了具有独立知识产权的电磁随钻测量系统样机—CEM-MWD。在地层电阻率为2～3 Ω·m 的地层条件下，有效测量深度达到了2100 m。阐述了CEM-MWD 的系统构成及工作原理，介绍了CEM-MWD 的现场试验情况，分析了试验数据及电磁信号传输的影响因素，论述了EM-MWD 技术的发展前景及趋势。其研究成果对于发展国内的EM-MWD 技术具有借鉴和指导意义。     

钻柱中声波传输系统样机的研制

声波传输是一种具有极大潜力的井下信息无线传输技术。在方案设计的基础上,研制出基于钻柱信道的由井下声波发射装置和地面声波接收换能器组成的声波传输系统样机。开展了样机试验井试验,检验了声波传输系统样机的性能,测试了钻柱的频谱特性。通过试验井试验数据对声波在钻柱中传播的衰减、噪声和多途干扰等进行了分析,得到了井下无线信息传输系统的可用信号频率、编码方法等,证明用声波在钻柱上进行数据传输是可行的。     

FET-3000地层压力测试地面系统的研制

地层压力测试技术能够为油田地质和油藏工作者提供重要的储层信息。FET-3000地层压力测试地面系统采用先进的CPLD可编程逻辑器件和单片机技术，减少硬件电路，有效地提高了该系统的集成度。该系统传输方式采用标准的双相位传输格式，数据传输速率可达100kb／s；信号传输采用半双工通讯方式，在计算机的指令控制下，实现数据采集、格式编排和传输。应用表明，该系统与进口的CSU地面系统相比，无论在测井信号采集，还是在对井下仪器控制及系统的辅助功能方面，都显示出良好的可靠性和灵活性，有效地降低了硬件电路中的故障率和设备成本，收到了较好的应用效果。     

电视监视系统的构成和选用

电视监控系统由图像信息采集，信号传输，遥控切换，图像显示处理等部分组成。图像信息采集部分的主要设备是摄像机，辅助设备有镜头，防护罩，云台，支架，控制解码器，射灯等；信号的传输包括视频信号的传输和控制信号的传输；遥控切换和图像处理部分的主要设备有视频切换控制器，监视器，录像机等。     

基于HDB3码的测井电缆遥传系统研究

目前,测井电缆遥传系统的编码方法是曼彻斯特编码.曼彻斯特码的接收电路简单可靠,但频带利用率不高.特殊的井下环境要求井下测井仪器的尺寸小、可靠性高而且具有高速数据传输能力.新型三阶高密度双极性码(HDB3)的传输速率是曼彻斯特码的2倍,而且检错能力强,误码率低.基于HDB3码的测井电缆遥传系统是将HDB3编码、解码及其相关的控制逻辑集成于CPLD中,从而减小了传输系统的几何尺寸.用时域均衡技术把测井电缆的传输带宽扩展到125 kHz左右.所以,这种基于HDB3码的测井电缆遥传系统完全可以满足数控测井仪的100 kbit/s的基本数据传输速率要求.     

钻井液脉冲传输速度的影响因素分析

地面与井下的无线信息传输系统多采用钻井液脉冲的传输方式,信息的传输速度是这种传输方式的一个基本参数。提出了钻井液脉冲传输速度的计算公式,分析了钻井液的组分及性质、管道特性以及钻井液类型等因素对正、负脉冲传输速度的影响。所得出的结论对井眼轨道自动控制系统的设计及实现具有参考价值。     

有保护时隙的高效PPM钻井液脉冲信号编码

为了提高井下数据的传输速率，降低电池能耗和脉冲发生器动作频次，需要研究并选择具有高编码效率和节电效率的钻井液脉冲信号编码方法。为此，选择具有较高节电效率的脉冲位置调制（PPM）编码方法，分别计算了有不同数量保护时隙的多脉冲位置调制（MPPM）与差分脉冲位置调制（DPPM）的编码效率和节电效率。计算结果表明:MPPM的编码效率随着待编码信息位数增加而升高，而DPPM编码信息位数可以取定值来实现组合编码；在待编码信息位数较少的情况下，DPPM编码、译码算法更易实现，有更高的编码效率及节电效率，在保护时隙数量为2时，DPPM编码效率可达46.2%，节电效率可达84.6%。研究结果表明，有保护时隙的DPPM编码具有较高的编码效率及节电效率，其编码映射方法更简单，是适合钻井液脉冲信号的高效编码方法。      

基于管柱压力波的注水井无线通信方法

针对目前注水井测调工作量大以及周期长的问题,提出基于管柱压力波的注水井无线通信方法.开展了基于管柱压力波双向通信的分层注水控制方法研究,探索了压力波控制信号生成和响应的特征,建立了压力波的编码和解码方法,进行了冀东油田模拟井试验.研究结果表明:该方法中压力波进行数据传输过程不需要停止注水,通过操作井口和井下的调节阀即可...     

数字化电控液防喷器控制系统的研制与应用

针对气控液型防喷器控制系统存在空气管缆的冻堵、气阻,司控台指令响应延迟等问题,研制了数字化电控液技术,并对防喷器控制系统进行一系列改造,设计了数据采集、传输、显示、数字化处理等系统;将动作指令的传输由气信号改为电信号;设计利用液缸代替气缸、五芯屏蔽电缆代替空气管缆、液晶触摸式显示屏代替?司控台等。?过现场试用,该系统指令传递迅速可靠,管线拆装便捷,可实时监控并存储各项压力数据和各控制对象的实际工况,满足钻井现场使用要求,对?有设备进行局部改造即可实现,在国内北方钻井现场具有推广应用价值。