泥浆脉冲发生器研究现状

介绍了泥浆脉冲发生器的基本类型,分析了国内外研究现状,解释了连续波泥浆脉冲发生器发生机理,定性探讨了转子扭矩的影响因素,给出了转子优化设计原则。     

随钻测井系统泥浆脉冲影响因素研究及故障诊断

以无线随钻测井系统工具(MWD、LWD、旋转导向等)泥浆脉冲信号为研究对象,在分析泥浆脉冲器结构、原理以及信号传输过程的基础上,推算出信号衰减的主要因素,并结合现场施工经验总结出可能造成解码失败的各类干扰因素,最终归纳出一套针对泥浆脉冲信号解码故障的诊断方案。该方案通过观察压力波形图的微弱变化把故障进行分类,再根据转子转数、泵压、泵冲等参数的变化规律以及泥浆性能、返砂和水龙带抖动等综合信息逐步缩小影响因素的范围,快速准确地确定故障原因。经现场实践,参照该方案可以解决现场98%的解码故障。     

高速率泥浆脉冲器工作模式设计与试验

转子往复摆动的脉冲器从结构上可实现转子快速摆动,载波频率高,调制方式选择空间大。为了适应钻进时地层参数,以及钻井工程参数,例如排量、密度、钻速、转速等,需要改变井下脉冲器工作模式,包括调制方式、运动频率、定转子开合角度、扫频、静默等。工作模式预置在脉冲器控制芯片中,由地面指令下传装置改变管汇中泥浆流量,切换井下脉冲器的工作模式。通过对工作模式的远程切换,可节省钻进辅助时间,提高生产效率。高速率泥浆脉冲器在新疆某井进行了应用试验,对作业过程实时数据的分析表明,模式切换可靠,数据上传速度高。为高速泥浆脉冲器的扩大使用积累了经验。     

连续波高速率泥浆脉冲器设计研究

随钻测井的参数越来越多,这些参数需要快速有效地传至地面,研制一套高速率泥浆脉冲遥传系统势在必行.介绍了连续波泥浆脉冲器脉冲发生机理,给出了连续波泥浆脉冲器样机的设计方案及工作原理;详细解释了泥浆遥传系统连续波的编码与解码方式;定量分析了影响井下信号强度的因素,认为噪声的来源主要有电干扰噪声、泥浆泵噪声、泥浆马达噪声、钻头噪声、回声及反射噪声等,这些噪声对井下信号的调制与解调具有较大的影响.研究结果对研制连续波钻井液脉冲器具有一定的参考价值.     

往复式泥浆脉冲发生器转子水力转矩

往复式泥浆脉冲发生器是随钻测量（MWD）、随钻测井（LWD）系统的重要组成部分,其转子的水力特性研究对于节约钻井系统能源消耗、提高信号质量、丰富调制方式具有重要意义。由于转子附近机构复杂,湍流现象明显,给研究带来较大困难。利用稳态水力转矩、瞬态水力转矩的相关理论,对发生器中转子水力转矩进行理论分析,利用CFD数值仿真和水力转矩原理实验结果进行验证。研究结果表明,转子在往复式运动中水力转矩基本沿同一方向分布,在10 Hz摆动频率下水力转矩与转子转角密切相关,而与转子角速度及角加速度关系较小,最大水力转矩出现在接近闭合位置。通过加装机械辅助装置,脉冲发生器对电机功率和转矩的需求得到了大幅度的降低。     

连续波脉冲器发生原理及参数影响规律研究

连续波脉冲器是随钻测量的核心部件。为了探讨连续波脉冲器压力波发生原理及参数影响规律,基于计算流体力学相关理论与方法,建立了连续波脉冲器流场数值仿真模型,仿真分析了连续波脉冲器的流场特征。仿真结果表明:转子周期性往复开关过程中,连续波脉冲器产生流量波和压力波,流量波上、下游相位相同,压力波上、下游相位相反;压力波幅值与脉冲器控制参数相关,幅值随频率与定转子间隙的增大而减小;压力波幅值与钻井水力参数相关,随流体排量和密度的增大而增大,流体黏度对幅值影响可以忽略。研究结果对连续波脉冲器的现场应用具有一定的理论指导作用。     

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%.     

连续波脉冲器流场数值仿真及稳态水力扭矩

转子稳态水力扭矩是连续波脉冲器设计的一个重要参数,对于连续波脉冲器转子优化设计与电机控制具有重要意义.为此,考虑转子流场的非定常特征,建立了非定常的稳态水力扭矩数值仿真模型,研究了稳态水力扭矩的非定常流场特性、稳态水力扭矩的计算方法以及参数影响规律.研究结果表明:流体介质流过转子时,转子叶片迎流面一侧流速高、压力低,另...     

钻井液脉冲发生器转子结构优化设计

连续波钻井液脉冲发生器具有较高的传输速率,其产生的压力波信号质量主要由信号幅值和频谱特性决定,与转子形状密切相关。为了获得理想的正弦波形,以提高脉冲发生器的传输距离及信号质量,建立了三角形定/转子流通面积计算数学模型,并依据钻井液脉冲发生器脉冲幅值设计准则及压力波与正弦波最大相关系数设计准则,建立了三角形定/转子形状优化模型,同时采用Fluent软件对优化结果进行三维建模及流场仿真。仿真结果表明:优化所得三角形定/转子产生的压力波信号满足设计要求且与理想的正弦波信号近似。研究结果可为连续波钻井液脉冲发生器的结构优化提供参考。     

泥浆脉冲发生器活塞压力平衡装置的研究与优化设计

通过分析泥浆脉冲发生器活塞往复运动密封机理,综合考虑直径、行程和性价比,压力平衡装置选用O型密封圈作为往复运动密封;设计了活塞与活塞缸之间、活塞杆与活塞之间的密封结构。通过建立压力平衡装置的静态与动态力学模型,分析影响活塞移动的因素和井下工作的运动规律,为压力平衡结构设计提供理论指导。在分析现有压力平衡装置的不足之处的基础上,设计了活塞压力平衡装置,在泥浆脉冲发生器的内部密封环境里,活塞在活塞缸内运动平衡钻井液与脉冲发生器之间的压力;活塞杆与阀套控制泥浆的通断,平衡活塞内外之间的压差,使脉冲发生器能够工作在高温、高压等复杂工况的环境中,提高了脉冲发生器抗高温、抗高压的能力。     

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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。     

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。     

基于离散平稳小波变换的无线随钻系统测试信号处理

在无线随钻测量系统中，钻井液波信道中含有很强的噪声信号，为获得更好的钻井液脉冲信号，采用小波变换对该信道的信号进行处理。小波基的选取是否恰当对处理的最后结果有非常大的影响，以相关系数作为判断钻井液信道信号处理效果优劣的依据，将7种常用的小波基函数选取不同参数后分解重构的信号与原始信号进行了比较，通过相关系数的大小选定了适合处理该信号的最佳小波基函数及其参数，并对重构后的信号进行了阈值去噪试验。试验结果表明，小波变换去噪对钻井液信道信号的噪声有很好的抑制作用，Haar小波基对钻井液信道信号的去噪处理效果最佳；同时表明，相关系数作为两个信号波形的相似性的一种度量是合理的。     

核磁共振录井技术在油田勘探中的应用

核磁共振录井技术主要是应用CPMG脉冲序列测量岩样内氢核的横向弛豫时间T2的大小及其分布,在钻井过程中及时准确地获取储层物性参数的一项技术。该项技术的特点是岩屑样品分析独具特色,不受样品类型限制,分析快速,一次分析可提供多项参数,分析结果准确。在辽河油田勘探领域进行一年多的应用,在储层快速评价、油气水层综合解释等方面发挥了重要作用,对油田勘探工作具有一定的指导意义。     

ZTS电磁波随钻测量系统及其现场试验

俄罗斯定向钻井主要采用的是电磁波随钻测量方式,相关研究较早,技术也比较成熟。经中国石化集团总公司科技部安排,在胜利油田对俄罗斯ZTS - 172M电磁波无线随钻测量系统进行了性能测试。通过现场应用,对俄制电磁波随钻测量仪器的基本结构、工作原理、系统优点以及待改进问题等有了基本了解。并对俄罗斯EM -MWD电磁波无线随钻测量系统进行基本介绍和现场试验情况总结。     

各向异性地层电磁脉冲测井响应的FDTD模拟

利用三维柱坐标系时域有限差分（FDTD）方法计算了各向异性地层中电磁脉冲测井响应。首先验证了算法的正确性及可行性,然后分析了均匀无限厚各向异性地层中及考虑泥浆、围岩、侵入等因素存在的复杂各向异性地层中的电磁脉冲测井响应特征。结果表明：视电阻率随着倾斜角度的变化而变化;高阻地层比低阻地层受泥浆的影响更严重;高阻围岩比低阻围岩对目的层的影响更大;侵入带对视电阻率的影响非常明显,必须对测井资料进行侵入影响校正。     

基于可信度分析的钻井液脉冲信号识别方法

针对随钻测量过程中钻井液脉冲信号识别困难的问题,在分析钻井液脉冲信号的产生原理及噪声特性的基础上,通过研究信号波形特征属性和信号相似度,建立了基于可信度分析的钻井液脉冲信号识别方法。根据该方法设计的钻井液脉冲信号识别原型系统能够实现灵活多变的交互式控制、动态参数调整和处理过程可视化实时呈现,在真实数据模拟中获得了很好的效果。基于可信度分析的钻井液脉冲信号识别方法有较好的适应性,可以准确、智能地识别复杂矿场环境中的真实信号波形,为随钻测量工作的顺利进行提供了技术支撑。