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。     

长裸眼定向井的钻井液工艺技术

介绍了长裸眼中斜度定向井的钻井液体系及处理方案,以及润滑防卡、井眼净化和井壁稳定等3个关键技术问题的解决方法。列举了4口井的应用情况及钻井液性能。实践证明,所选择的钻井液工艺技术较好地满足了钻深3623m、井斜49°、井底水平位移1229m、裸眼井段长达3224.5 m、裸眼斜井段长达2292 m的定向井对钻井液的要求。     

钻井液压力DPSK信号传输的误码率分析

通过钻井液压力DPSK信号的相位解调及旋转阀转速控制脉冲的重构,可以恢复信号调制过程中的数据编码,但解调系统产生的固有干扰及信号噪声会对旋转阀转速控制脉冲重构的正确性产生很大影响。鉴于此,基于无码间串扰单极性脉冲PCM(脉码调制)系统的误码率分析,通过建立重构的旋转阀转速控制脉冲信噪比数学模型,对重构脉冲的误码率进行了理论研究。研究结果表明,旋转阀转速控制脉冲的重构会受到解调系统产生的固有随机干扰及信号噪声的双重影响,二者通过影响重构脉冲的幅度信噪比使误码率增大。误码率的数值仿真结果与理论计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。研究结果为解调系统参数的优化设计及信号噪声的控制研究提供了理论指导,并且为钻井液压力DPSK信号传输的可靠性评估提供了理论基础。     

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.     

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。     

考虑地层方位漂移特性的定向井轨道设计方法

按照地层划分方位漂移规律进行了定向井轨道设计,建立了井眼轨道的自然曲线模型,给出了更为简洁的井眼轨道数学模型。分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系,得到了计算单元的划分方法。论述了定向井和水平井方位漂移轨道设计的特点,提出了约束方程和设计方法。解决了按地层划分方位漂移规律的井眼轨道设计问题,适用于各种定向井和水平井的漂移轨道设计。定向井和水平井的设计实例验证了该设计方法的科学性和实用性。     

Numerical modeling of DPSK pressure signals and their transmission characteristics in mud channels

A numerical model and transmission characteristic analysis of DPSK （differential phase shift keying） pressure signals in mud channels is introduced. With the control logic analysis of the rotary valve mud telemetry, a logical control signal is built from a Gate function sequence according to the binary symbols of transmitted data and a phase-shift function is obtained by integrating the logical control signal. A mathematical model of the DPSK pressure signal is built based on principles of communications by modulating carrier phase with the phase-shift function and a numerical simulation of the pressure wave is implemented with the mathematical model by MATLAB programming. Considering drillpipe pressure and drilling fluid temperature profile along drillpipes, the drillpipe of a vertical well is divided into a number of sections. With water-based drilling fluids, the impacts of travel distance, carrier frequency, drillpipe size, and drilling fluids on the signal transmission were studied by signal transmission characteristic analysis for all the sections. Numerical calculation results indicate that the influences of the viscosity of drilling fluids and volume fraction of gas in drilling fluids on the DPSK signal transmission are more notable than the others and the signal will distort in waveform with differential attenuations of the signal frequent component.     

钻井液压力脉宽及脉位多进制相移键控信号分析

在构建出钻井液压力脉宽及脉位多进制相移键控（MPSK）调制信号数学模型的基础上,分析了MPSK信号的频谱特性,从频域研究了将脉宽及脉位调制方式应用于钻井液压力MPSK信号传输的可行性。通过建立MPSK信号沿定向井钻柱分布的传递函数,研究了钻井液信道参数和调制方式对信号传输的影响。数值分析表明,钻井液压力脉宽MPSK调制信号的频谱主瓣带宽内信号的相对能量过低,从频谱角度看不适于频带传输;钻井液压力脉位MPSK调制可用于井下数据的频带方式传输,但信号的传输损失相对较大,因此对信号的检测、处理及旋转阀的转速控制要求较高。     

去除随钻测量信号中噪声及干扰的新方法

由于受到钻井特殊条件的限制,井底和地面之间的随钻测量信号难以通过有线方式进行传输,目前工程中主要采用井液脉冲位置编码调制的无线传输方式.但是,由于泥浆压力、井深、泵压等信道传输特性会对信号造成影响,随钻测量中采集到的钻井液脉冲信号往往包含了各种噪声和干扰,直接影响地面信号解码结果的正确性.对钻井液脉冲脉位编码无线通信原理、噪声及干扰进行了分析,根据干扰与噪声的特点.采用线性滤波方法还原脉冲信号,又利用一种非线性"平顶消除"的方场采集的信号进行了处理.与线性滤波方法处理结果的综合对比表明,该方法能更有效地去除钻井泵噪声及其他干扰.现场应用结果表明,该方法对脉冲信号位置复原误差影响小,解码过程简单实用,具有误码率低、可靠性高等特点.     

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。     

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%.     

随钻信息的有线钻杆传输技术发展历程和最新进展

本文回顾了有线钻杆传输技术的发展历程，介绍了有线钻杆传输技术原理、工作方式及发展方向，指出了制约其推广的技术和经济因素。重点对其关键技术即接头处导线连接方式和管壁中导线的绝缘、密封可靠性进行分析研究，提出了开发有线钻杆传输系统的思路和建议。     

川西须家河组致密砂岩气藏水平井钻井关键技术

四川盆地西部上三叠统须家河组储层具有埋藏较深、非均质性强、岩石致密、破裂压力高等特性。对于该类致密砂岩气藏要获得较好的开发效果需钻遇裂缝发育带,然而常规直井、定向井钻遇裂缝概率小,很难获得理想产能,因而水平井钻井便成为高效开发该类气藏的重要手段。钻井周期长、事故率高、钻井成本高是目前该区水平井钻井面临的瓶颈难题。为此,从三压力剖面、井壁稳定性以及实钻资料分析入手,提出了利于该区须四段和须二段水平井安全、快速钻井的井身结构方案;从技术、经济两方面分析了旋转导向钻井技术在须家河组水平井应用的可行性,推荐在造斜段应用旋转导向、在水平段采用常规随钻测量（MWD）施工的轨迹控制方案,并配套与之相适应的轨迹设计方案;提出了利于润滑防卡和保障井壁稳定的钻井液配套技术方案;通过分析钻井液排量、密度等因素对井眼净化的影响,提出了6条具体的井眼净化技术措施。所形成的水平井钻井关键技术已成功应用于该区3口井,与第一批完钻水平井相比,机械钻速提高18.94%,钻井周期缩短28.47%。     

考虑井筒硫析出的高含硫气井井筒温度、压力场计算新模型

在高含硫气井的日常管理及气井设计、动态分析中,井筒压力、温度分布是两个重要的参数,而气体中富含H₂S和CO₂以及流动过程中硫颗粒的析出是导致高含硫气井井筒温度、压力分布计算偏差的两个关键因素。为此,以实验数据为基础,对物性参数计算方法进行优选,提出了采用DPR模型结合WA校正法和Dempsey模型结合Standing校正法作为计算高含硫天然气压缩因子和黏度的模型,根据传热学和气-固两相流动理论,建立了考虑井筒硫颗粒析出的井筒温度、压力分布计算新模型。运用该模型对某高含硫气井井筒温度、压力、井筒析出硫颗粒体积进行了计算,温度、压力的计算值与实测值最大误差分别为2.67%和2.32%,表明新模型计算精度较高,适用于高含硫气井井筒温度、压力分布和析出硫颗粒体积的计算与分析。