电磁波接力传输随钻测量系统研制与应用

无论是气体钻井的防斜打快还是定向井和水平井钻井,都必须有效监测和控制井斜,但目前采用的电磁波随钻测量系统却因传输深度受地层电阻率影响较大,特别是低电阻率地层信号衰减快,限制了其推广应用,如何提高传输深度则是问题的关键所在。为此,在国内首先提出"测量总成+中继电缆+发射总成"模块化的EM-MWD接力传输技术方案,并研制了一套电磁波接力传输随钻测量系统(CQEMWD-I型)。该系统电磁波发射总成位于钻柱中部,接收测量总成经中继电缆向上传输的测量数据,再以电磁波信号向地面发射,实现了电磁波接力传输,从而提高了测量传输深度。CQEMWD-I系统分别在气体介质条件下推广应用了6口井,钻井液介质条件下推广应用了4口井,遥测垂深达到3 841m,均获得了有效的测量数据。该系统研制和试验成功,突破了气体钻定向井、水平井轨迹测量的技术瓶颈,填补了该项技术的国内空白,达到国外同类技术的先进水平。     

基于ANSYS的电磁随钻测量信号中继传输特性分析

基于中继器工作原理,应用ANSYS有限元分析软件,建立电磁随钻测量信号中继传输的二维轴对称仿真模型,并研究电场分布及钻杆上的电流分布特征、套管和钻杆对中继信号的影响。仿真结果表明：电势越靠近钻柱变化越快,电流在激励源处出现最大值,并整体向钻柱两端递减,但在绝缘短节处出现极小值;套管对中继信号起到屏蔽和引导作用,且随着套管电阻率的增加而减弱。当中继绝缘短节未进入套管时,引导作用占主导,信号强度随套管下入而增加;当中继绝缘短节进入套管后,套管对信号的屏蔽作用占主导,导致信号强度突然减小;但套管下入一定深度后,屏蔽作用不再增加,信号强度随引导作用的增加而缓慢增加。钻杆长度和钻杆电阻率与信号强度分别呈负相关和正相关关系。因此,安装中继器位置时,应该尽量选择位于套管外但靠近套管管鞋处的位置,这有利于提高电磁随钻测量信号强度。     

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。     

超高阻盐膏层随钻电磁中继传输特性研究

为解决超高阻盐膏层随钻电磁信号由于急速衰减易导致传输中断的问题,建立了超高阻盐膏层电磁中继转发模型,运用空间和阶次分别细化的自适应HP有限元算法,获得了超高阻地层环境下不同频率载波电磁中继信号衰减速度和传输距离的关系,形成了电磁中继器安装位置的预测方法,与常规有限元算法相比,该方法具有收敛速度和计算精度方面的优势。伊朗AGHA JARI区块AJ214井现场试验证明,应用所建模型计算的盐膏层电磁信号衰减速度与实际应用效果相符,中继器安装位置的预测准确率超过90%。研究表明,利用建立的传输模型可以准确预测中继器安装位置,充分发挥中继器转发能力,确保电磁信号可以在超高阻盐膏层连续传输,为电磁随钻测量技术的现场应用提供了理论参考。      

无线随钻测量信息传输的现状与问题

为了及时获得钻井作业时的随钻测量信息,准确建立地面与井底之间的闭环信息流通,对无线随钻测量信息的传输方式进行了研究。介绍了钻井液脉冲、电磁波、声波三种无线随钻测量信息传输的工作原理,对比了三种传输方式的优缺点,并对三种传输方式存在的问题进行了详细分析。最后,指出了无线随钻测量信息传输方面的研究重点:钻井液脉冲传输方式应研发连续波信号发生器,实现更高的数据传输速率、工作可靠性以及环境适应能力;电磁传输方式应优化信号发生器的工作频率和效率,研究微弱信号检测及处理,增加信号中继器等技术,提高电磁传输信号的距离;声波传输方式应在码间干扰、噪音、声波能量的衰减等方面予以研究。     

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。     

电磁随钻测量技术现状及关键技术分析

在简述国外电磁随钻测量技术发展历史的基础上 ,介绍了新一代电磁随钻测量工具结构原理和特点。探讨了电磁随钻测量工具井下信号发射部分的关键技术 ,给出随钻测量过程中信号传导电流的衰减与载频频率和地层电阻率的关系。分析了工具地面接收部分的关键技术 ,给出提高地面接收传感器灵敏度、抗干扰和提取井下数据的方法。     

气体钻井MMWD随钻数据传输及试验研究

目前气体钻井过程中随钻测量和传输手段有限,电磁波测量和传输受地层电阻率影响,传输速率相对较低,传输深度相对有限,不适应现有气体钻井应用井段不断加深的客观需要。针对这一问题,提出了MMWD微波信号传输的理念,微波信号在钻杆内依靠钻杆内壁表面电流传输,传输速率快,不受地层电阻率影响。采用链式中继的传输原理,可以突破气体钻井过程中随钻测量和传输深度的限制,从而适应当前气体钻井轨迹监测和控制的需要,现场试验表明,研制出的微波通讯短节和井下测量短节能适应气体钻井过程中井下工况,且测得的井斜数据和实钻中电子单点测得的井斜变化趋势数据吻合,能够有效指导气体钻井过程轨迹监测与控制。它在一定程度上克服了电磁波测量技术的不足,在气体钻井中具有较强的推广应用前景。     

基于传输线分析的电遥测钻柱信道特性优化

电遥测钻柱是一种具有高数据速率的井下信息传输系统,采用布有导线的钻杆级联成钻柱信道来传输高频信号,由于信号通过钻柱信道时会产生严重衰减,每隔约300 m需加中继器,而过多的中继器会造成系统制造成本的提高及信号传输可靠性的降低.为减少中继器的数量,可通过优化信道的传输特性有效延长中继距离.基于传输线理论和高频变压器原理构...     

CEM-1型电磁波随钻测量系统的研制与应用

电磁波随钻测量技术是气体、泡沫等非液相钻井的重要测量技术手段。以CEM-1型MWD系统为基础,介绍了系统的构成和工作原理,分析说明了该测量系统的井下发射机系统、非对称偶极子钻杆天线模型、地面接收系统等关键技术,重点分析了低频电磁衰减规律。将该系统在大牛地气田D66-129井进行现场应用,应用结果表明,CEM-1型电磁波随钻测量系统能在钻井液钻井中的循环、起钻和下钻过程中测量和传输数据,并且不受钻井液性质的影响,在电阻率大于4Ω.m的地层传输深度可达3 081 m,工作时间约216 h。系统整体性能能够满足实际工作需要。     

电磁随钻测量技术在泡沫定向钻井中的应用

常规的钻井液脉冲随钻测量仪器是以发射钻井液脉冲产生的压力波传输信号,无法在空气和泡沫等钻井液体系中传输,而电磁随钻测量系统为解决可压缩介质中信息传递提供了可能。分析了地层电阻率、表层金属套管、信号发射频率、环空钻井介质及地面环境对电磁信号的影响。CEM-1型EM-MWD在泡沫定向钻井中的应用结果表明:该系统传输性能基本不受钻井液性质的影响,在泡沫钻井过程中能很好地传输数据,且测试数据与测井数据相差很小。该技术在泡沫定向钻井中的成功应用可为类似可压缩钻井液体系中钻井提供参考。     

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     

基于ANSYS的地层分层对EM-MWD信号传输的影响分析

研究地层分层对电磁波随钻测量(EM-MWD)信号传输的影响规律,以更好地评价EM-MWD信号传输效果。采用ANSYS有限元软件,对EM-MWD信号传输特性进行仿真,从地面接收电压和电流密度两方面,分析了夹层和钻遇地层的电阻率及其厚度变化对地面接收信号的影响规律。研究结果表明,随着夹层或钻遇地层电阻率的增加,地面接收信号先增强后减弱,电阻率过大或过小均不利于EM-MWD信号传输;夹层越厚,接收信号受其电阻率影响越明显;低电阻率钻遇地层对接收信号影响大。     

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。     

电磁随钻中传输速率自适应调度方法

针对现有电磁随钻系统存在的浅层钻进对高速数据传输需求以及深井对信号幅度要求的矛盾,提出一种速率自适应调度的方法。在不同地层、不同深度采用不同的信号发射频率,在保证信号幅度的前提下,提高数据传输速率。通过分析电磁信号在地层中的衰减规律,建立单一地层和多地层结构速率调度的数学模型,并给出井下调度参数获取的方法。最后通过仿真比较固定发射频率和自适应传输策略在不同深度和电阻率条件下的数据传输速率。结果表明,使用自适应调度策略能提高数据传输速率1倍以上。     

ZTS-42 AP型电磁波随钻测量系统在泡沫钻井中的试验

常规随钻测量系统的脉冲信号是在泥浆介质中传递,不适用于气体、泡沫、雾化钻井循环介质。简述了俄罗斯的ZTS AP-42型电磁波随钻测量系统的组成和工作原理。在大庆油田的泡沫钻井中试验,该系统成功地接收到1 510 m井深处发射的电磁波信号,测试的伽玛和电阻率数据与测井曲线吻合,可以应用到2 000 m井深气体钻井中。     

国外井下随钻测量传输系统概述

概述了国外随钻测量技术的发展过程,较系统地介绍了随钻测量的电缆传输系统、电磁传输系统、声能传输系统和钻井液压力传输系统的基本原理、传输方式及应用范围,还对钻井液涡流脉冲传输系统作了较详细的阐述。     

近钻头方位伽马随钻测量系统的研制与应用

近钻头方位伽马随钻测量系统采用了伽马探测传感器和角度探测器实现了更为精确的方位伽马随钻测量;在电磁波传输系统中采用了高斯最小频移键控调制技术,提高了通讯信号的抗地层干扰和抗衰减能力,使得仪器具有更好的稳定性;地面信息处理系统采用了集成电路技术,增强了电路系统的稳定性;信号信息处理软件各个功能模块集成度高,操作更为便捷....     

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。     

可回收双遥传随钻测量系统BlackStar Ⅱ

<正>国民油井华高公司(National Oilwell Varc)开发的可回收随钻测量系统BlackStar Ⅱ具有电磁遥传(Electromagnetic,EM)和泥浆脉冲遥传(Mud-pulse,MP)这2种数据传输能力。该系统通过EM或RPM下行传输实现电磁遥传与泥浆脉冲遥传2种作业模式之间的切换,从而降低了因重新起下钻更换设备带来的成本。该系统采用模块化设计,实现了井下仪器串的灵活配置,最大程度提高了系统的随钻测量能