钻井液DPSK信号解调及旋转阀控制脉冲重构

基于钻井液压力DPSK信号调制过程的数学分析,研究了钻井液压力DPSK信号相干解调的可行性。通过在相位相干解调的基础上增加反余弦和求导环节实现旋转阀控制脉冲的重构,钻井液压力DPSK信号可以采用相干方式进行解调,且无噪声影响条件下解调效果较好。仿真分析结果表明,噪声会对钻井液压力DPSK信号的幅度和相位产生干扰,对旋转阀控制脉冲的重构造成较大影响;旋转阀控制脉冲的重构受到信号频带内噪声垂直分量导数的严重影响;大幅提高输入信号信噪比是钻井液压力DPSK信号相干解调系统获得相对较小误码率的关键。     

钻井液连续压力波差分相移键控信号的传输特性分析

对随钻测量旋转阀的控制进行了逻辑分析,利用编码逻辑控制信号的积分运算及傅里叶正、逆变换,得到差分相移键控(DPSK)调制信号的函数表达式。根据通信原理,用调制信号控制载波相移构成DPSK信号的数学模型,分析了DPSK信号的频谱特性。对于水基钻井液,根据钻柱压力剖面将钻柱沿垂直方向划分为多个井段,通过对各个井段传递函数的分段描述,得到信号沿垂直钻柱分布的数值解。分析了信号传输距离、钻柱内径、载波频率、钻井液黏度及含气率对信号传输的影响,并对数值计算结果进行了分析。数值计算表明,钻井液黏度和含气率对信号传输的影响最大。对DPSK压力信号的井筒传输特性进行了研究,利用传输特性可以分析频带传输信号的传输效率和失真度以及钻井液参数对信号传输的影响。     

钻井液正脉冲井底信号传输系统分析

信号传输是随钻测量钻井技术井眼轨迹自动控制系统的重要组成部分,钻井液正脉冲信号传输是关键技术之一。介绍了钻井液正脉冲器的工作原理;重点分析了钻井液正脉冲井底信号传输的原理、信号编码方法和信号预处理方法;提出了适合于钻井液正脉冲井底信号传输的信号相关分析法。实验结果表明,该方法能有效地将有用信号从干扰信号中分离出来。     

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。     

钻井液压力正交相移键控信号沿定向井筒的传输特性

根据旋转阀的控制逻辑规则,利用门函数构成可变幅度逻辑控制脉冲序列函数,通过数学分析,结合通信原理,构成了钻井液压力正交相移键控（QPSK）信号数学模型,研究了QPSK信号的频谱特性及沿定向井钻柱内压力波的传播特性。根据声学理论,分析了压力波通过定向井造斜段钻柱的声学特征;通过建立沿定向井钻柱分布的信号强度表达式,针对水基钻井液,研究了信号载频、钻柱尺寸、钻井液特性和井眼轨道类型对信号传输的影响。数值计算和分析表明,使用QPSK调制方式,带宽内信号能量比较高,适合于频带传输;QPSK压力信号在传输中受钻井液黏度和含气率的影响较大,当钻井液含气率大于0.5%时,井眼轨道类型对信号传输的影响不可忽略,总井深相同时,浅垂直深井产生的信号损失大于大垂直深井。     

钻井液水力通信通道传输信号的时频特性分析

传送随钻测量遥测信号的钻井液水力信道对信号有很大干扰,为把该信号从干扰信号中分离出来,采用脉冲编码组合克服传输通道的干扰。建立脉冲编码信号的时频特性基本方程,分析了脉冲编码信号的时频特性,提出了钻井液信道信号传输的通用准则。认为信号的脉冲长度与脉冲频谱宽度的乘积最小既可增大信号沿水力通道传送的速度,又可增加通信系统的有效距离。     

随钻测量钻井液脉冲传输理论中幂律流体水击方程的建立

针对随钻测量（MWD）系统中钻井液脉冲信号传输方式存在的问题,依据流体力学原理,深入开展了MWD信号传输系统非牛顿流体水击问题基础理论研究。提出了一种线性化处理方法和幂律流体微分黏度近似表达式,建立了幂律流体瞬变流扰动量的变系数线性动量平衡方程,在此基础上建立了幂律流体水击方程。幂律流体瞬变流不仅取决于流体性质,而且还取决于其稳定流流动状态;方程中的变系数揭示了牛顿流体瞬变流与非牛顿流体瞬变流的主要区别。该方程的理论创新之处在于,一是考虑了非牛顿流体的影响,二是没有采用Darcy-Weisbach经验系数计算,而是进行了严格的解析解。     

钻井液脉冲信号传输影响因素分析

在应用钻井液脉冲式无线随钻测量仪器进行井眼轨迹监测与控制时,钻井液脉冲信号在传输过程中经常会受到井深、钻井液性能、空气包、井底动力钻具等因素的影响,给正常的井眼轨迹监测与控制带来一定困难。详细分析了这些不利因素对脉冲信号传输带来的影响,并结合具体施工经验给出了解决的方法。      

井筒内钻井液连续脉冲信号传输频率相关摩阻模型

随钻测量的连续脉冲信号在井下传输的能量损失大部分来自于钻井液内部及其与管壁之间的摩擦。引入复频率概念,考虑到钻井液流体非牛顿流动特性,应用拉普拉斯变换,对脉冲信号在井筒内传输过程的衰减情况进行了频域分析,建立了钻井液连续脉冲信号传输频率相关摩阻模型;应用现场工程数据,分析了频率相关摩阻的影响因素及影响规律。结果表明,连续脉冲信号在低频段内衰减强度小,传输距离更远;在高频段内,连续脉冲信号传输稳定性更好。频率相关摩阻主要由脉冲信号频率特性和钻井液流体性质决定,在低频段内,其对脉冲信号衰减强度的影响更为显著;钻井液黏度越小,频率相关摩阻越小。     

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。     

BH-VDT垂直钻井工具异常脉冲信号分析研究

为分析BH-VDT垂直钻井工具钻进复杂地层时发送异常脉冲信号的原因，给消除异常脉冲信号提供依据，室内模拟了正常脉冲信号的波形、瞬时断路和欠功率造成的异常脉冲信号的波形，并分析了其波形特征。模拟试验结果为:瞬时断路造成的异常脉冲信号的波形具有随机性和多样性，断点出现在未发射脉冲波段时对波形幅值无影响；欠功率造成的异常脉冲信号的波形具有周期性和持续性，断点出现在脉冲发射期间时，波形幅值明显偏小。将现场采集的异常脉冲信号的波形特征与室内模拟异常脉冲信号波形特征进行对比，即可判断产生异常脉冲信号的原因。应用结果表明，分析现场采集的异常脉冲信号的波形特征，并将其与模拟异常脉冲波形特征进行对比，能准确判断出现异常脉冲信号的原因，为消除异常脉冲信号提供依据。      

步进移运装置接地比压分析

钻机步进移运装置的接地比压特性是影响其工作性能的重要因素。在现有理论的基础上,建立了步进移运装置基于局部弹性地基的接地比压计算力学模型,并利用UG和ANSYS联合建模方法建立了步进移运装置及基础的有限元模型。考虑局部弹性地基的影响,进一步分析了步进移运装置行走在不同位置时滑靴的强度及接地比压的大小和分布状况。分析结果表明:步进移运装置滑靴能够将载荷从中部传递至边缘,且步进移运装置在整个移运路径上的接地比压和强度能够满足沙漠地区的使用要求。研究结果可为钻机步进移运装置滑靴的优化设计提供参考。     

基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法研究

为了监测钻井过程中的井壁坍塌、井底岩爆等井下工况信息,进行了基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法研究。该方法利用音频采集系统采集返出岩屑在排砂管中运移所产生的音频信号,根据短时能量确定声音段的起止点并计算特征参数,建立声音的特征参数库,再利用神经网络算法排除干扰声音,然后分析排砂管内不同大小岩屑的声音特征,利用动态时间弯折算法识别岩屑的大小,计算岩屑流量,进而判断气体钻井携岩状态及井下工况。双探7井现场试验结果表明,该方法对干扰声音的分类成功率达到96.8%,对不同粒径岩屑的识别率达到85.0%。研究结果表明,基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法可以监测返出岩屑流量变化情况,有效判断气体钻井的井下工况,从而降低气体钻井作业风险。      

泥页岩压力传递特性的实验研究

井壁失稳一直是困扰油气井工程的难题,泥页岩渗透特性的定量测定是评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一.由于泥页岩的低渗透性,无法利用常规方法测定,借助于泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)和压力传递实验新技术,定量测定了泥页岩渗透率,评价了钻井液处理剂阻缓压力传递特性及效果,并分析了其作用机理,为高效水基防塌钻井液体系的研制和开发奠定了室内实验基础.     

超高压射流辅助钻井钻头设计

水射流作为一种新型切割工具运用于石油钻井中,与机械联合破岩可提高破岩效率.根据破岩机理、井队设备与地面条件,不改变原来三牙轮钻头的结构,设计了超高压射流辅助钻井钻头.钻头的设计主要包括高压合金管的设计、定心夹具的设计、喷嘴的设计以及超高压连接体的设计.     

��Ͳ���꾮��Ϣ�Ĵ��䶯̬����

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。     

反循环气体钻井压力计算分析

气体反循环钻井在中国刚刚起步,很多理论分析、计算方法尚未形成,急需开展气体反循环钻井理论方面研究,为气体钻井的设计、设备选型、工艺参数优化提供理论保证和技术支持.气体体积流量是保证欠平衡钻井施工的关键,由于采用具有极大压缩性的气体作为循环介质,循环系统的体积流量与压力变化密切相关,因此空气钻井压力计算成为研究重点.对钻柱和环空处分别进行了压力公式推导.以空气钻井为例,求出各处公式通解.根据边界条件确定常数,获得压力随温度和井深变化的规律,进一步计算即可确定体积流量,为选择钻机设备等提供依据.     

基于动力及信号传输钻杆平台的智能化动力钻井技术

全球能源需求在逐年增多,开采难度不断增大,现有技术已不能满足当今钻井技术的需要,智能化钻井系统成为当今钻井工业发展的必然要求。相对于国外智能化钻井技术的发展,国内显得十分滞后。在详细介绍动力及信号传输钻杆技术研究背景的基础上,系统地阐述了＂智能化动力钻井＂和＂动力及信号传输钻杆＂的内涵,并总结了智能钻井的优点及亟待解决的问题。     

双壁钻杆低压钻井工艺技术

双壁钻杆低压钻井工艺技术是利用一种特制的双壁钻杆、旋转充气水龙头和井下气液混流器等特殊装置，以正循环的方式，分别从双壁钻杆的环形间隙和中心水眼内，同时向井内充（泵）入一定量的压缩空气和钻井液，压缩空气从井下某一位置处的气液混流器进入井眼环空中，钻井液从钻头水眼处上返，在井眼的环空中形成了两个不同压力梯度的气液混合段和纯液相段，从而达到降低井底液柱压力的目的。同时由于从井口到井底始终存在着连续的液相流，常规井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响，可以进行正常的井眼轨迹控制。系统介绍了该工艺技术原理、专用配套工具的结构与功能，并结合现场一口井应用实例，对该工艺技术的工艺流程、操作要点、应用效果、范围和发展方向进行了系统阐述和评价。