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。     

钻井液脉冲传输速度的分布规律研究

地面与井下的信息传输是井眼轨道自动闭环控制的技术。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,研究钻井液脉冲传输速度的分布规律,可以了解钻井液脉冲的传输机理及其影响因素,进而为建立井眼轨迹的自动闭环控制系统奠定基础。     

钻井液脉冲沿井筒传输的多相流模拟技术

在随钻测量系统和闭环钻井系统中,把钻井液看作气相、液相和固相的多相流体,研究了钻井液脉冲的传输速度计算方法,分析了钻井液的组份含量和特性对脉冲信号传输速度的影响.根据多相流的动力学方程,建立了模拟钻井液脉冲动态传输特性的数学模型.研究结果表明,钻井液中的气相和固相将对钻井液密度和压缩性产生影响,进而影响钻井液脉冲的传输速度和传输特性.随着钻井液密度和压缩性的提高,脉冲信号的传输速度降低.脉冲传输速度对含气量非常敏感,随着含气量的增加,传输速度迅速下降;沿井筒往复传播的钻井液脉冲在系统边界处将产生折射和反射,类似于阻尼振荡;钻井液粘度是影响脉冲信号衰减速度的一个重要因素.该数值模拟方法简便易行,可以替代部分室内实验,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。     

充气欠平衡钻井 MWD信号衰减原因分析与解决方法

充气欠平衡钻井中,井下随钻测量设备 MWD发射的钻井液脉冲在传播的过程中衰减程度很高,地面设备无法完成对井眼轨迹的监测与控制。通过建立充气欠平衡钻井 MWD信号传输模型,分析制约压力波信号传输的因素,提出调整地面接收器安装位置和改造注气方式两种解决方案并进行现场试验。结果表明:地面传感器的安装位置对信号接收没有影响;改造注气方式将气液充分混合后对信号传输有一定的改善作用,可以提升 MWD的有效测量距离。     

旋转导向钻井信号井下传送技术研究

对旋转导向钻井工艺中钻井液脉冲传输、电缆传输、声波传输、电磁波传输等常用指令传输方式进行了分析,选择钻井液负脉冲传输方式向地下传送地面指令,设计了地面钻井液负脉冲信号下传整体方案。综合考虑指令传输时间短、井下识别准确率高的原则,提出了改变泵排量的三降三升脉冲传输方式,优选出三降三升三进制负脉冲编码组合方式。通过检测发电机电流(频率)变化来实现井下信号接收。室内的实验测试证明,这一方式是可行的,并作为调制式旋转导向工具的一个子系统,开发了完整的指令控制系统软件。     

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。     

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。     

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。     

智能钻井电缆信号传输的研究现状及难点

目前，钻井中井下检测信号的传输主要运用泥浆脉冲、电磁波等方式。随着井深的增加、复杂结构井和欠平衡井的增多以及对传输速度要求的提高，电缆信号传输必然是今后智能钻井的发展方向。通过对半个多世纪来各类电缆信号传输的设计进行归类，详细介绍了其设计原理，提出了电缆信号传输设计的基本要求与难点。     

充气钻井随钻测量脉冲信号衰减规律

基于两相流体模型,考虑相界面的动量和能量交换、各相重力及管面黏性剪切力等封闭条件,建立充气钻井随钻测量(MWD)脉冲信号衰减的数学模型。利用小扰动理论求解数学模型,得到钻井液脉冲信号传播速度和衰减系数计算模型,模型计算结果与现场试验实测的脉冲信号衰减结果吻合较好。利用该模型计算并分析了钻井液脉冲信号衰减的影响因素,结果表明,持气率、系统压力和脉冲频率是影响钻井液脉冲信号衰减的重要因素。低持气率(0～5%)时钻井液脉冲信号的传播速度随持气率的增加而迅速降低,随着持气率的持续增加,其变化逐渐趋于平缓;而其衰减系数则随着持气率的增加逐渐增大,并在达到最大值之后开始下降。相同持气率时,高系统压力下钻井液脉冲信号具有更快的传播速度;低系统压力下钻井液脉冲信号的衰减系数随持气率增加上升速率更快。钻井液脉冲信号传播速度和衰减系数随脉冲频率的增加而逐渐增大,并都在脉冲频率大于100 Hz后逐渐趋于一个较高的稳定值。     

泥浆脉冲信号的传输速度研究

依据非常流动原理,提出了泥浆脉冲信号传输速度的计算公式,它涵盖了薄,厚壁管的各种边界条件以及气体和固体含量的耦合影响,对正,负泥浆脉冲信号都适用,符合钻井工程实际.研究表明:泥浆脉冲信号的传输速度对含气量比较敏感;由于固体浓度会影响到流体的密度和压缩性,所以对传输速度也有较大影响.在常规钻井条件下,负脉冲信号的传输速度比正脉冲信号约高出10%.     

机械式无线随钻测斜仪在深井超深井中的现场应用

机械式无线随钻测斜仪是胜利钻井工艺研究院研发的一种适用于直井及直井段的新型测斜工具。该仪器具有使用方便、测量时间短、受温度影响小等优点,对提高钻井速度、降低钻井成本等具有重要意义。该项技术成果已得到现场推广应用,至今已在中国石化胜利油田、中国石化南方勘探公司、中国石化西北分公司、中石油塔里木等油田的30多口井使用,取得了良好的效果,受到现场的好评。文中对测斜仪在深井、超深井技术服务期间的使用情况进行了分析与讨论,总结完善了现场测量的施工工艺,为今后在深井、超深井中现场测量提供参考。     

应力波井筒数据传输技术综述

长期以来,油气勘探与钻井业对随钻数据传输技术进行了不懈的研究,产生了泥浆脉冲、电磁波、声波等无线数据传输技术及各类有线数据传输技术,各种传输技术都有自己的局限性,本文阐述了在钻井过程中使用应力波通过钻柱实时传输井下数据的关键技术,并介绍了应力波在钻柱传输特性,信号发送与接收,数字通讯及强噪声背景下微弱信号的混沌振子检测等方面的研究成果以及克拉玛依钻井工艺研究院研究的应力波MWD。