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,成功开发了钻井井下声波遥测技术,并投入商业应用。该技术是使用压电或电磁材料产生纵波,使之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     

SandSentry声波遥测系统

正SandSentry声波遥测系统是XACT公司研发的一种能与钻杆配合、具有感应功能的井下工具。该工具既可以作为中继器将声波信号传输至地面,也可以作为单独的测量节点探测井下数据。由于井下测量信号的传输都通过钻杆完成,因此利用该工具能够测量井眼内任一点的数据。SandSentry声波遥测系统与钻杆的连接方式和钻杆之间的连接方式一样,在钻杆上每隔1 200~1 500m安装一套SandSentry声波遥测系统,作为一个测量节点,可以测量钻柱内外的温度和压力、钻具的重量和扭     

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。     

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。     

随钻补偿声波测井

一种新的随钻测井仪可以进行实时记录的补偿声波测井，其工作原理与现代电缆式声波仪器相同。发射器被激发发声，声波沿泥浆和地层传播，并为接收器阵列所检测。利用井下信号处理系统，可提取纵波时差△t，经泥浆遥测发送器传送到地面。纵波△t和孔隙度的潮井数据,可用为识别岩性和确定过压的输入数据。△t数据还可用来形成合成地震图，将它与实际地震剖面比较，可改善地震图的质量。现场试验表明，随钻声波测井的质量，可能比钻后声波测井质量更好。这是因为随钻声波是在地层可能发生蚀变和井眼条件可能变差之前测量的。本文还提供在不同岩性和井眼条件下若干测井实例，并与电缆式测井作了比较。     

声波变密度井下仪自然伽马并测传输方法

声波变密度井下仪与自然伽马并测,是套后测井最为常用的组合测井方法。自然伽马测井数据是由声波变密度测井仪经电缆传输到地面系统。现用声波变密度井下仪多采用分时传输的方式将自然伽马测井数据和声波信号传输到地面。这种方法要牺牲伽马测井真实数据。本文介绍的传输方法克服了上述传输方法中缺点,实现了自然伽马信息无损传输测量。     

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。     

新型井下遥测系统

美国哈里伯顿能源服务公司利用声波遥测系统 (ＡＴＳ)首次在荷兰海上一口油井进行数据采集。这种专利型测量系统通过采油油管以声波信号形式传送数据 ,不用电缆即可在地面监测到井下油层的数据信息 ,其主要用途是油井测试。遥测系统传感器组件是装置在油管内并且由油管传送到井下。这种靠电池供电的传感器组件以每 2ｍｉｎ间隔传输数据 ,可以连续工作 2 0ｄ。哈里伯顿能源服务公司声称 ,其新型井下遥测系统不用电缆传输 ,提高了数据传输的安全性 ,减少钻井时间 ,提高了工作效率。在荷兰海上油田Ｋ断块的Ｋ12— 16油井上进行首次油井测试。双…     

油管输送射孔多级可控声波起爆技术探讨

目前油管输送射孔的起爆方式主要采用投棒撞击或者井口加压这2种方式,但因起爆装置、延时装置和安全传爆装置均为一次性消耗品,且配套使用的火工品数量多,导致油管输送射孔起爆的成本比电缆射孔高很多.针对这一问题,开展了油管输送射孔多级可控声波起爆技术研究.利用地面系统发出特定的声波编码信号,信号沿油管向井下传输,井下装置接收信号后,控制雷管及射孔枪起爆.应用该技术不仅可以降低油管输送射孔起爆成本,同时也为现场施工提供更加安全、可靠的技术保障.通过不同深度声波传输试验和编码控制传输试验,声波信号接收比较稳定,初步验证了多级可控声波起爆技术的可行性.     

井筒水声波无线通信系统关键技术与试验研究

针对现有井筒内无线信号传输技术传输速率低以及对使用环境选择性高的缺陷,提出了一种基于水声波的井筒无线通信方法,设计了井筒水声波无线通信系统。该系统由地面水声波发射系统和井下水声波接收系统组成。地面水声波发射系统对待传输信号进行编码、调制、放大和发射,井下水声波接收系统接收水声信道传输的地面信息并进行信号调理和解调,重点对水声信号处理电路、换能器及调制和解调算法等关键技术进行了研究,设计完成中心频率12 k Hz的水声发射、接收换能器及配套水声信号处理模块,通过室内和地面试验对水声信号不同距离下的通信能力进行了测试,实现了200 m距离下井筒水声波无线数据通信。研究结果表明:井筒水声波无线通信系统可实现以井筒内水声波为信号载体进行无线数据传输,具有较高的解码准确率和较强的抗干扰能力。研究内容为井筒内长距离水声通信技术的研究和试验奠定了基础。     

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     

井间电磁成像测井仪收发同步技术研究

井间电磁成像测井仪中接收信号与发射信号的相位差与地层电导率密切相关,研究接收与发射信号的精确同步技术能为准确测量其相位差、准确解算地层电导率以及精确分析地层剩余油储量提供支持。提出一种基于GPS的收发同步方法。在地面系统和井下系统实现4个实时时钟,以GPS接收机提供的基准时间对地面系统进行精确授时;精确测量地面系统和井下仪器的传输时延,地面控制系统根据传输时延对井下系统精确授时,实现井下系统时钟与GPS提供的基准时间同步,达到了接收机与发射机的时间同步。初步实验结果表明,使用RS-485总线进行通讯其同步时间误差小于400ns(信号频率为1kHz时,相位误差为0.144°)。     

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。     

智能井井下液压控制信号传输特性研究

液压控制的智能井系统通过长达数千米的液压管线向井下传送液压控制信号和动力,选择目的层层位和控制流量。向井下传送液压控制信号时,受传输介质和细长液压管线的影响,液压控制信号的传输速度、强度和形态都会发生衰减和扭曲,难以被井下设备识别。为对井下执行器进行可靠的控制,讨论了液压控制信号的传输速度、井眼温度沿深度方向变化对传输介质黏度的影响;分析了井口压力向井下传播时压力与时间的变化关系、地面液压控制信号传到井下时的形态变化、同时施加液压控制信号和液压动力信号时的传输特性,以及有无阻力状态下开启井下滑套时控制压力的变化;再考虑管线内径、加压方式、井眼环境、液压油黏度等对上述传输特性的影响,得出液压控制压力应大于5 MPa、3 000 m深水井中井下液压信号传输时间约为25 min等定量评估结论。研究结论可为开展井下液压控制提供理论参考。      

井下无线电磁短传系统的信号发射装置研究

在井下数据无线电磁短传系统地面模拟试验平台基础上,完成了信号传输幅频特性试验,确定信号传输较稳定、衰减程度较小的频段为1~7 kHz。但采用调幅方式进行信号传输时易受外界干扰,存在较大波动,最终确立了通过调频方式传输信号的新方案。分别基于函数发生器ICL8038和单片机2种方案对信号发射装置进行设计,并完成标定试验。试验结果表明,该信号发射装置工作稳定,信号采集精确,这为井下数据无线电磁短传系统的进一步研究打下了坚实基础。     

井下无线电磁短传系统的信号发射装置研究

在井下数据无线电磁短传系统地面模拟试验平台基础上,完成了信号传输幅频特性试验,确定信号传输较稳定、衰减程度较小的频段为1⁷ kHz。但采用调幅方式进行信号传输时易受外界干扰,存在较大波动,最终确立了通过调频方式传输信号的新方案。分别基于函数发生器ICL8038和单片机2种方案对信号发射装置进行设计,并完成标定试验。试验结果表明,该信号发射装置工作稳定,信号采集精确,这为井下数据无线电磁短传系统的进一步研究打下了坚实基础。     

钻柱信道中声波信号传输性能研究

石油钻井过程中使用的钻柱自上而下贯穿整个井筒,钻柱是连续的钢质结构,为声波的高速传输提供了得天独厚的条件,被认为是一种很有潜力的高速通信方法。为此,笔者对纵波声波信号在钻柱信道中传输的时频域特性进行研究,并对钻井液阻尼的影响规律进行分析。研究结果表明,纵波声波以正弦信号形式传输效果较理想,钻井液阻尼对钻柱信道传输性能的影响较小;信道通带内的频率信号传输性能较好,经过钻柱信号的幅值和波形保持良好,阻带内的频率信号经过钻柱时其幅值衰减明显,并产生显著的色散现象,信号波形失真严重。因此,传输信号频率应尽量选择在低频段的通频带内。     

通过井管的实时井下无线测量仪表

一种遥测系统，具有：管道；SCADA盒，声学耦合到管道上；及插入在管道中的测量仪表，该测量仪表具有：声波发生器；耦合器，机械连接到声波发生器上，其中耦合器与管道是可接合的和可脱开的，其中耦合器当与管道接合时，限定在声波发生器与管道之间的声波传送路径；及信号控制器，与声波发生器通信。一种用来把在井孔中的信息从井下位置通信到地面的方法，该方法具有如下步骤：把井下测量仪表伸到在井孔内的管道中，其中井下测量仪表包括声波发生器；把井下测量仪表设置在管道中；及在井下测量仪表与管道之间通信声波信号。     

德莱赛3700数控测井仪声波测井系统

德莱赛—阿特拉斯公司生产的3700数控测井仪是以计算机为核心的现场测井设备。它的声波测井系统是由计算机控制声波发射和接收,由软件自动地根据测井速率调整声波的重复频率。井下声波信号在地面接口中进行快速全波列采样后也由软件进行数据处理、计算和校正。本文分析了3700声波时差测井的硬件和软件,硬件部分概述了井下仪器、地面接口和计算机的选择通道;软件部分分析了声波驱动程序和声波首波检测程序。