一种新型的MWD无线随钻测量系统
?仪器设备?
一种新型的MWD 无线随钻测量系统
李 军 马 哲 杨锦舟 韩建来
(胜利油田钻井工艺研究院 山东东营)
摘 要:文章介绍了一种新型的MWD 无线随钻测量系统(APS 旋转阀定向测量系统)的结构组成与工作原理,阐述了该系统中旋转阀脉冲发生器的功能特点,分析了该系统在现场应用中出现的问题,提出阀系结构的技术改进及软件升级的具体方法,通过现场实践,该系统能够满足应用需求,具有广泛的应用前景。关键词:MWD ;工作原理;旋转阀脉冲发生器;控制模块
中图法分类号:TE271,TP393 文献标识码:B 文章编号:100429134(2006)022*******
0 引 言
随着国内钻井技术的不断发展,随钻测量
(MWD ———Measurement While Drilling )仪器的需求也不断增加。目前,国内无线随钻测量仪器的种类多种多样,市场竞争对无线随钻测量仪器的要求也越来越高。我们针对MWD 仪器现场使用中出现的各种问题,提出了一种新的设计思路,通过引进美国APS 公司的旋转阀式脉冲发生器,与我们自行研制出来的电子测量短节配套,由锂电池组供电,组成了一种新型的MWD 无线随钻测量系统(APS 旋转阀定向测量系统),通过现场应用,取得了一定的应用经验。针对现场出现的问题,对该系统进行了技术改进,并在现场应用中取得了较好的效果。
1 结构组成及工作原理
新型MWD 无线随钻测量系统由井下测量系统和
地面处理系统两部分组成,系统框图如图1所示
。
图1 系统框图
该系统通过无磁钻铤中井下仪器测量短节的传感
器感受定向数据,包括井斜角、方位角、工具面等井下
信息,由测量短节计算储存并传输至APS 旋转阀脉冲发生器电路控制模块,这些井下信息转化成泥浆脉冲信号,以编码的形式传输到地面接收系统。地面系统中的压力传感器将泥浆脉冲信号转换成4mA ～20mA 的电信号,通过电缆传输到地面接口系统,信号处理电路接收到此信号后,自动地进行数模转换,降躁,滤波等处理。然后,将信号传输给图形记录仪,可以图形方式记录下来;同时,将信号传输给上位机译码系统,译码系统根据译码规则将信号转换成井斜、方位、工具面等数据,并在上位机及钻台司钻阅读器上显示出来,给定向井工程师提供实时可靠的井下情况。1.1 井下测量系统
井下测量系统由旋转阀脉冲发生器、供电系统、电子测量短节三部分组成。
(1)旋转阀脉冲发生器[1]
旋转阀脉冲发生器是目前钻井行业中唯一的一种电子式脉冲发生器,通过电子软件控制,具有多种输出方式,其工作原理为:阀系中的转子在受控驱动下产生与定子的相对运动,实现对通道内流体的阻流作用而产生正压力脉冲。
该脉冲发生器组成框图如图2所示
。
图2 旋转阀脉冲发生器系统组成框图
该脉冲发生器采用自适应反馈控制系统,当外界
原因使被控量偏离期望值而出现偏差时,会产生一个
第一作者简介:李 军,男,1968生,工程师,1996年毕业于石油大学计算机应用技术专业,现在胜利油田钻井工艺研究院自动化所工作,主要从事
MWD ΠLWD 随钻测量仪器的研究开发和现场应用工作。邮编:257017
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03? 石 油 仪 器
PETROLEUM INSTRUMENTS
2006年04月
相应的控制作用去减小或消除这个偏差,使被控量与期望值趋于一致[2]
。即旋转阀脉冲发生器电子控制模块在控制电机驱动转子转动的同时,通过电机内霍尔电子传感器监测转子的转动位置,如果未达到所期望的位置,即反馈到控制电路,继续驱动转子转动,达到预想状态。
阀系是由转子和定子组成,定子相对固定,转子有四个叶轮,定子中有四个泥浆流通孔道,转子的四个叶轮与定子的四个泥浆流通孔道对齐时为关闭状态,对泥浆有阻碍作用,通道完全释放为打开状态。当井下电子测量短节测量井下数据后,传送到旋转阀脉冲器电子控制部分,控制直流马达驱动转子转动到关闭位置,保持一定时间后,又转回到初始位置;转子与定子的相对运动阻碍泥浆在钻铤内的流动,从而产生正脉冲泥浆压力脉冲信号。阀系定子转子产生正压力脉冲示意如图3所示
。
图3 阀系定子转子产生正压力脉冲示意图
转子处于关闭与打开不同位置时,对管柱内流体产生限流作用的压力值之差为脉冲器产生的压力波幅
值(即信号强度)。由于阀系的特殊结构,小球堵漏剂不影响仪器的正常工作。
脉冲驱动模块包括直流伺服电机、变速箱、连轴器等机械部件完成机械传动功能。其特点是采用磁耦合连轴器进行传矩传动,通过软件可以设置或改变电机的驱动电流来实现高排量下的扭矩控制。
电子控制模块采用智能自学习控制方法,具有脉冲调整智能解卡功能,即由控制模块连续监视脉冲器转子的开、闭状态位置以保证脉冲器在每个脉冲驱动信号作用下产生一个完整脉冲(转子实现一次关闭打开),当转子遇阻卡住的情况下,能够恢复到全开全关的位置;在脉冲器不产生脉冲的闲置状态下,监视转子位置的功能,已经发现在某些流量条件下,脉冲器本身产生的压差会引起转子关闭的趋势,控制软件监视转子的位置,保证在不发脉冲期间,调整转子向打开方向
漂移,使其处于全开状态;此外,还具有工作参数存储功能(包括最大温度、脉冲数、电池电压,脉冲器的开关次数等)。
流量开关是一种电子开关(压电传感器),利用一种专利算法,通过监视泥浆泵产生的压力波动来检测流量,它是通过变化的压力驱动(在静压下不响应),当流体压力大于1PSI 时,频率为1Hz ～10Hz 的流量频率重复25s 后压力开关闭合,激励力持续25s 后流量开关闭合,激励力停止10s 后流量开关断开,可以通过软件设置激励力的门槛与频率范围以适应不同的工作要求,流量开关的门槛及频率设置参考曲线如图4所示
。
图4 流量开关压力门槛及频率设置
软件设置参数3、4、5、6分别对应0.5、1、1.5、2
PSI 这是流量开关打开门槛压力值及关闭门槛压力值的范围,如果压力开关模块在低频下不关闭,可以增加流量开关关闭门槛压力值。
(2)供电系统
电池总成内含高容量的锂电池,它为整个井下仪器总成提供电源。单D 电池可连续工作100h (工具面方式);双D 电池可连续工作150h 以上(工具面方式)。
(3)电子测量短节电子测量总成由传感器短节和电路测量短节组成,传感器短节内装有具有工业标准的三轴磁力计和加速度计,用来测量地球的重力场和磁场的三轴矢量,然后送到电路测量短节计算出该点的井斜角(0～
180°)、方位角(0～360°)和工具面角(井斜<3°,显示磁工具面角TTF 0～360°;井斜>3°,显示重力工具面角GTF 0～180°L 或GTF 0～180°R )、磁场强度、井底的温度。计算机进行编码后送到旋转阀脉冲发生器的控制电路驱动转子转动,产生正泥浆压力脉冲传输到地面检测系统。同时在地面通过按设定的时序开停泥浆泵,操作人员可获得全测量和开、关工具面等。
泥浆脉冲信号传输为正脉冲传输方式[3],将测量数据通过泥浆传输至地面。1.2 地面处理系统
该系统由立管压力传感器、信号传输电缆、地面接口箱、司钻阅读器、计算机、上位机软件组成。其功能
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13? 2006年 第20卷 第2期 李 军等:一种新型的MWD 无线随钻测量系统
是把由井下脉冲发生器传上来的信号(约0.1MPa ～
1MPa )从立管压力(20MPa )中解读出来,并完成处理和实时显示。
2 使用中出现的问题及分析
2.1 在井下工作过程中出现憋泵现象,脉冲发生器转
子及定子冲蚀严重
经过分析认为:该现象与转子的自由运转状态有关,由于波努力的存在,转子不能正常全开全闭,转子受控关闭后没有回到初始位置,造成轻微的憋泵现象;转子不能正常全开全闭,造成转定子处泥浆流道面积变小,泥浆流速升高,造成冲蚀。2.2 脉冲发生器能耗过高
在高10平1井、辛53斜6井上使用该系统时发现:在供电电池仍有余量的情况下,实际使用时电池能量却已耗完,经过分析认为:在正常钻进过程中,钻柱内高压泥浆作用在转子上表面,产生侧向波努力,阻止转子进行正常的开关动作,使得需要消耗更多的电池能量去驱动转子的开关,即控制电路不断试图打开关闭转子状态,能耗过大造成电池能量耗完。
3 技术改进
3.1 阀系结构改进
阀系结构的改进有以下几方面:脉冲发生器的定子、转子倒置设计,降低了转子克服泥浆流量转动的驱动扭矩;改变转子结构以达到减少液体阻力的作用;脉冲驱动模块中的驱动轴直径改细,以减小加在轴上的应力,提高驱动能力的目的;电子控制电路增加数字滤波功能,达到消除噪声的目的。改进后定子转子结构示意如图5所示
。
图5 改进后定子转子示意图
3.2 软件升级
新改进的控制软件版本具有调整暂停功能以保护
电池及伺服电机,即在脉冲器转子卡死时,调整三次,使其打开,若不成功,则终止调整让其在原位置等待下一个脉冲。
4 应用实例
4.1 大65-斜75井
该井是一口常规定向井,设计使用MWD 进行随钻测量定向作业。钻至1989m 时,出现漏失,工程需要加堵漏剂,在漏失堵漏情况下,仪器正常工作至完钻井深2230m ;仪器在井底总循环时间:80h ,脉冲数:10376个。本井APS 旋转阀脉冲器无线测量系统使用情况正常,没有任何故障现象,起钻检查阀系本体无冲刷。4.2 草4—7—斜315井
该井设计造斜点:400m ,最大井斜:34.3°,井底闭合方位:118.8°,井底闭合距:369.79m ,本井表层套管下到200m ,二开井眼尺寸:9&3in (1in =25.4mm )。APS 旋转阀无线测量系统在该井共下井两次,全为工程需要,服务时间共计62h ,脉冲数:11725,定向施工顺利,起钻检查阀系本体无冲刷现象。
5 结束语
1)经技术改进后,同一套测量系统累计井下工作200h ,共发9万个脉冲,井下工作正常,起钻检查无冲
蚀现象,满足了无线随钻测量系统现场技术要求。
2)该脉冲器阀系结构特性,适应范围较宽,使堵漏剂不影响仪器的正常工作,而其它结构的脉冲发生器对堵漏剂有严格的限制。
3)现场应用中发现,APS 脉冲发生器依然存在电池能耗高的问题,因此,建议该系统由泥浆发电机供电,可解决能耗高的问题。
总之,APS 脉冲发生器无线随钻测量系统在经过技术改进以后,在定向井、水平井的应用中发挥了一定的作用,尤其是该系统与螺杆钻具结合使用,采用复合钻进和滑动钻进相结合的方式,进行导向钻井技术,大大提高了钻井时效。该系统不仅能够满足现场应用需求,而且在钻井行业也有广泛的应用前景。参考文献
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[2] 胡寿松.自动控制原理[M ].北京:国防工业出版社,
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[3] [英]T. A.英格里斯,苏义脑译.定向钻井[M ].北京:
石油工业出版社,1995
(收稿日期:2005-11-08 编辑:梁保江)
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23? 石 油 仪 器
PETROLEUM INSTRUMENTS
2006年04月
tion ,pressure resistance ,and so on.The paper also introduces the characteristics and parameters of FS -Ⅲstirred reac 2tor system for corrosion in high temperature and pressure ,and expounds the principle ,composition ,design calculation for concrete parameters and process design.The system is well in material ,reasonable in design ,easy in operation and good in security.
K ey Words :metal ,corrosion ,stirred reactor instrument for corrosion ,design
Huang Chunhui ,Hu Jinhai ,Liu Xingbin ,Li Ying w ei and Luo Shuyan.A ne w type of data acquisition and pro 2cessing module for the Dow nhole conductance correlation flo wmeter.PI ,2006,20(2):16～17,20
A novel type of data acquisition and processing module of the downhole conductance correlation flowmeter is intro 2duced.This real 2time module embedded in downhole tool can sample two 2path fluid flowing signals from the conductance sensor in real time ,calculate correlation function of these signals ,and finally transfer the transit time in the form of digital frequency to the surface logging device.The designs of hardware system and software system are introduced.The dynam 2ic experiments indicate the module can be used to measure the flowrate of downhole oil 2water two 2phase flow fluid.The speeds of data acquisition ,processing and transmission are raised ,the ability of antijamming is enhanced ,and the reli 2ability of the tool is increased.
K ey Words :flowrate measurement ,conductance ,cross 2correlation flowrate ,hybrid controller
Wan Fangyin ,Zhang Cheng and Liu Hongliang.Design of an automatic measurement 2control system for oil 2field se w age disposal.PI ,2006,20(2):18～20
This paper introduces the general processing method for oilfield sewage disposal ,expounds the system design ,structural model ,flowrate algorithm and control as well as channel design.On the foundation of original design ,the al 2gorithm of flowrate is improved by the aid of PI control algorithm instead of convention algorithm.Armming at the process for oilfield sewage disposal ,this paper gives the construction and model of the control system.K ey Words :sewage disposal ,control system ,process channel
Li Meiyan and Chen Jixun.Design and Implementation of Calibration Board B ased on the Mud Hydrometer.PI ,2006,20(2):21～23
This paper introduces the principle of the Mud Hydrometer ,emphatically analyzes the establishment of the math 2ematical models for the calibration board ,provides the solution and the standard test methods of the calibration board ,and then discusses its implementation.
K ey Words :mud hydrometer ,calibration board ,mathematics model ,measurement accuracy
Li Xin and Huang Qiang.Design and application of the soft w are for logging curve correlation processing.PI ,2006,20(2):24～25
This paper introduces the correlation principle of logging curves ,and expounds the software design for logging curve correlation processing ,and its application.
K ey Words :computerized logging system ,logging curve ,correlation system ,processing software
MA Zhonghui ,Kong Z aojie and Chu Xiaoli.Application of the on 2line NIR Analyzer to Automatic G asoline Blending System.PI ,2006,20(2):26～29
The on 2line near Infrared (NIR )analyzer can provide instantaneous multi 2property analysis for gasoline blending components and finished gasoline ,such as octane number ,aromatics ,olefins ,benzene ,oxygenates ,and distillation points.This paper introduces the theory ,composition and characteristics of on 2line near infrared analyzer used to automatic gaso 2line blending system ,and summarizes in detail the practical applications of the on 2line NIR analyzer in international and Chinese automatic gasoline blending system.S ome typical examples indicate this analyzer can bring enormous economic and social benefit to refineries.
K ey Words :on 2line analysis ,NIR ,gasoline blending ,octane number
Li Jun ,Ma Zhe ,Yang Jinzhou and H an Jianlai.A ne w wireless measurement system while drilling.PI ,2006,20(2):30～32
A new wireless measurement system while drilling ,i.e.APS rotary pulser MWD system is developed.Its valve sys 2tem structure is improved according to the problems occurring in field application ,with satisfactory field results.This pa 2
?Ⅱ? PETROL EUM INSTRUMENTS Apr.2006
per introduces the composition ,measurement principle and concrete implementation method for improving valve system structure and upgrading system software of the new MWD system.The new MWD system has a wide future.K ey Words :measurement while drilling ,work principle ,rotary pulser ,control module
Wang Guofeng ,Chen Jiang ,Lin Xingchun ,Dong Jun ,Zhou Qiang ,Wang Mingcai ,Wang Xianjun and Ding https://www.360docs.net/doc/2a9974726.html,bination of the repetition formation tester and CLS3700logging system.PI ,2006,20(2):33～34
This paper introduces the technological innovation process ,including how to transform signals from the repetition formation tester to make them suitable for the requirements of acquisition ,processing and recording of C LS3700logging system.The innovation process will have successful experiences of other similar tasks to go by.K ey Words :repetition formation tester ,3700logging system ,transformation ,connection
Song Jinhui.N et work connection of 408U L links.PI ,2006,20(2):35～37
408UL is a large 2capacity high 2resolution system designed by Sercel for land seismic data acquisition.Its strong network telemetry function provides extreme flexibility for field equipment connection.This paper introduces several ex 2amples how to use links in the areal network.
K ey Words :acquisition links ,Detour ,Marker ,FDUS
T ang Jun and Wu Jie.Study on the eccentric geometric factor and time delay effect of array induction logging.PI ,2006,20(2):38～40
Based on the derivation of the eccentric geometrical factor of array induction and its numerical computation ,the fea 2tures of Doll eccentric geometric factor are analyzed ,and the influence of coil spacing and conductivity on the eccentric geometric factor with the time delay effect is discussed.C ompared the center geometrical factor ,the eccentricity will generate high borehole effect.The long coil spacing and high formation conductivity enhance the time delay effect.The real part of signal will decreases and its imaginary will increases.These results can be applied to the fast borehole cor 2rection and explanation of the abnormal borehole effect.
K ey Words :array induction logging ,eccentric geometric factor ,time delay effect
Xue Guoqiang ,Li Yong and Yang Jingdong.Application of the transient electromagnetic method to highw ay en 2gineering exploration.PI ,2006,20(2):41～43
In order to explore whether there are cavities or not underground ,highway bridge site is detected by using overlap loop transient electromagnetic method.During working ,suitable configuration is used.In combination with two 2dimen 2sion geo 2electric model forward calculation results ,field data is processed and interpreted.Underground cavities are found out according to the interpreted result.The exploration conclusion has been proved by drilling data.K ey Words :transient electromagnetic method ,underground cavity ,engineering exploration
Chen Linyuan and Fu Hui.Quick determination of outlet pressures of the gas injection compressor.PI ,2006,20(2):44～45,48
The outlet pressure of the compressor is one of important performance indexes ,the routine determination method for the outlet pressure of the compressor is to carry on the nitrogen injection test.This paper puts forward a quick determina 2tion method ,i.e.the outlet pressure of the compressor is determined by statistical data for regional fracture pressure on basis of the calculation formulae of the vertical pipe flow.The practical uses show the method is easy in operation.K ey Words :gas injection compressor ,fracture pressure ,vertical pipe flow ,outlet pressure
H e Yinguo ,Li Tonghua and Wang Zhiyong.Application of the numerical simulation inter w ell tracer method to Jilin oilfield.PI ,2006,20(2):46～48
The geology model is established on the basis of integrated analysis to static and dynamic date of water flooding well groups in Jilin oilfield.The test interpretation results are obtained by using the numerical simulation tracer method to carry on the simulated calculation.These provide detailed basis for the geological description of reservoir ,and then pro 2vide good instruction for the injection adjustment and optimal production strategy.
K ey Words :interwell tracer test ,interwell monitor ,numerical simulation method ,residual oil saturation ,Jilin oilfield Zhu Bin ,Lin Maoshan and Zhang Zhijiang.Application of the cross 2dipole acoustic logging technology to Qing 2hai oilfield.PI ,2006,20(2):49～51
?Ⅲ? Vol.20No.2 PETROL EUM INSTRUMENTS
随钻测量
第七章随钻测量 随钻测量（Measurement While Drilling）简称MWD，是定向钻进中一种先进的技术手段，可以不间断定向钻进而测量近钻头孔底某些信息，并将信息即刻传送到地表的过程。随着技术的进步，现代随钻测量已发展为随钻测井（Logging While Drilling），简称LWD，不仅可以监控定向钻进，还可以进行综合测井，获取信息的种类有： （1）定向数据(井斜角，方位角，工具面角)； （2）地层特性(伽马射线，电阻率测井记录)； （3）钻井参数(井底钻压，扭矩，每分钟转数)。 传感器是装在作为下部钻具组合整体的一部分的特殊井下仪器中。井下仪器中还有一个发射器，通过某种遥测信道将信号发送到地面。目前使用的最普通的遥测信道是钻柱内的钻井液柱。信号在地面上被检测到后，经过译码和处理，就按方便和可用的方式提供所需的信息。图7-1示出了MWD系统的主要部分。MWD的最大优点是它使司钻和地质工作者实时地“看”到井下正在发生的情况，从井底测量参数到地面接收到数据只延误几分钟，所以可以改善决策过程。 图7-1 MWD系统概况 尽管MWD的概念不是新的，但只是在近几年钻井技术的进步才使之成为现实。30年代出现的电测技术对鉴别和评价地层起了很大作用。但是，它的主要缺点是必须在起出钻柱后才能使用电缆下井。等到实际测井时，由于钻井液浸入的影响，妨碍了地层真实特性的测量。当钻头钻穿不同地层时，由于没有确定的方法辨别出岩性的变化，—些重要的层位可能没有检测到。有时，后来的电测显示出错过了油层段顶部的取心点，或是钻头钻得过深钻到了产油层下部的水层中。钻井液测井和监测钻速虽可指供一些井底情况，但由于要等到岩屑循环到地面的时间延误使这一过程效率太低。所以，需要一种能够在钻井时瞬时而连续地监测地层的系统。对这一系统有如下要求： (1)坚固可靠的传感器，可在钻进动态条件下在钻头处或钻头附近测量需要的数据； (2)将资料传送到地面的方法简单有效； (3)可以方便地在任何钻机上安装并操作的系统，对正常钻进作业影响不大；
MWD无线随钻测斜仪
MWD无线随钻测斜仪 一、作用及功能 美国SPERRY-SUN公司生产的定向MWD随钻测量仪器(简称“DWD”),DWD无线随钻测斜仪就是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据的传输方式不同,普遍用于高难度定向井的井眼轨迹测量施工,特别适用于大斜度井与水平井中,配合导向动力钻具组成导向钻井系统,以及海洋石油钻井,目前使用的MWD无线随钻测斜仪主要有三种传输方法: １、连续波方法: 连续发生器的的转子在泥浆的作用下产生正弦或余弦压力波,由井下探管编码的测量数据通过调制器系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移,在地面连续地检测这些相位移的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 ２、正脉冲方法: 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积,从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高,针阀的运动就是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 ３、负脉冲方法: 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用,开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀,可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空,从而引起钻柱内部的泥浆压力降低,泄流阀的
动作就是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 二、主要组成部分及功能 DWD 无线随钻测量仪器就是由地面部分(MPSR 计算机、TI?终端、波形记录仪、防爆箱、DDU 司钻阅读器、泥浆压力传感器、泵冲传感器)、井下部分(MEP 探管、下井外筒总成、脉冲发生器与涡轮发电机总成、无磁短节)及辅助工具、设备组成。 (1)MPSR计算机与磁卡软件包 MPSR 计算机就是 DWD 随钻测量仪器的地面数据处理设备,它接受来自泥浆压力传感器的测量信息,进行数据的处理、储存、显示、输出。 (2) DDU 司钻阅读器:为司钻提供工具面、井斜角、井斜方位角等信息的直观显示。 (3) TI 终端:MPSR 计算机的控制键盘与数据终端之功能。 (4) 波形记录仪:简称SRC,就是 WESTERN GRA-PHTEC 2 道图形记录仪,它主要用来记录来自井下仪器的泥浆脉冲与来自泥浆泵的杂波,利用记录的泥浆脉冲图形,人工译码也可以得到一系列井下传输来的数据,也可计算井下仪器的数据传输速度。 (5) 防爆箱:就是DWD系统的保护装置,限制与它连接的其它设备的电压与电流,防止出现电火花,保证计算机、仪器设备的安全。
随钻测量系统设计
１３４ 收稿日期:2010-11-04 作者简介:詹世玉(1981-),硕士研究生,主要研究方向为瓦斯抽采与利用、测控技术。 *基金项目:煤炭科学研究总院重庆研究院自立项目(CQ 1103) 随钻测量系统设计* 詹世玉 （煤炭科学研究总院重庆研究院 重庆，400037） 摘 要：针对随钻测量设备需求日益增大，本文在分析随钻测量系统工作原理的基础上，设计一套由三轴加 速度计、三轴磁阻传感器与三轴陀螺仪组成的随钻测量系统。以ＤＳＰ为控制核心，采用先进的ＭＥＭＳ芯片，同时采取相应的抗干扰、误差修正、温度补偿等改善性能措施。结果表明，系统具有测量精度高、稳定性好、适应能力强等优点。 关键词：随钻测量；姿态参数；ＭＥＭＳ；改善性能 Abstract: According to MWD equipment needs growing, based on analyzing MWD system works,the paper designed a MWD system ,which consists of three-axis accelerometer,three-axis and three-axis gyroscope.On the control core of DSP, a advanced MENS chip and some anti-jamming , error correction and temperature compensation measures of improve performance are adopted for design.The results show that the system has high accuracy, good stability, strong ability to adapt. Key words: Measurement--while--drilling ; Posture parameters ; MEMS; Improve performance 中图分类号：ＴＨ７６３．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２２７（２０１１）０２－０１３４－０３ ０ 引 言 所谓随钻测量技术，就是在钻进过程中，利用钻井液或电磁波作传输媒介，连续传输测量信号的测量技术［１］。其主要获取方位角、倾斜角、工具面角、深度等参数，为安全、高效钻进提供可靠的策略依据。近年来随着非开挖技术发展，地下钻进技术得到越来越广泛的应用。为了实现水平定向钻进中的轨迹监控和精确导向，必须实时获取地下钻头的姿态参数和钻头的空间位置，因而随钻测量和定位技术作为关键测量问题正受到广泛关注和大力研究［２］。１ 随钻测量系统 随钻测量系统主要包括两大部分，近钻头测量装置和监视器，核心为近钻头测量装置。如图１所示，近钻头监测装置一般安装在无磁性的测量探管进行近钻头监测，获取的信息再通过无线传送给监视器。其中近钻头测量装置中的三轴加速度计、三轴磁阻传感器、三轴陀螺仪等传感器组成的探测单元将检测到空间姿态角等信息传给信号处理单元进行滤波、累积等处理后，将数据传给数据发送单元调制在一定的载波上进行无线发射，由监视器上的数据接收模块进行接收解调，送给数据处理中心处理后将相应的信息显示给司钻人员，进而调整施工策略。２ 随钻测量系统的基本原理 2.1 基于三轴加速度计和三轴磁阻传感器的随钻测量系统 根据导航学旋转变换中的欧拉定理，载体在空间中的姿态可用相对于地理坐标系有限次的转动来表示，每次 转动的角度即为航向角、俯仰角和横滚角［３］ ，即是钻进工 程的方位角、倾角和工具面角，如图２所示。 图１ 随钻监测系统 图２ 姿态角度在地理坐标系中的定义 具体数学关系如下： （１） （２） 随钻测量系统设计 詹世玉
石油钻井随钻定向GEOLINK LWD无线随钻使用要求
GEOLINK LWD无线随钻使用要求 一、对钻井液和净化设备的要求 1．钻井液的含沙量必须小于0.5%。 2．若调整钻井液性能，应预先通知仪器工程师作好准备，因为调整钻井液性能，有可能造成井下仪器一段时间工作不正常。 3．禁止在钻井液中加堵漏剂和玻璃球等大颗粒物质，以免损坏井下仪器或造成井下仪器工作不正常（随钻堵漏剂除外）。 4．正常钻进时，必须保证两级（振动筛、除沙器）以上钻井液净化设备正常工作。 二、对钻井泵和循环系统的要求 1．钻井泵的上水要好，泵的效率要求在95%以上。 2．钻井泵的空气包压力要稳定，按要求补充其压力为钻井泵正常工作时压力的1/3，若使用双泵，两台泵的空气包的压力应一致。 3．泵的阀体、阀座、凡尔、缸体、缸套、活塞和弹簧要完好，确保泵上水良好，如发现某一部分有不正常工作迹象，应及时检修泵，否则会影响LWD仪器正常工作。 4．整个循环系统所使用的滤网要干净，泵出口滤网在使用仪器前要进行清洗，确保钻井液通过自如。 5．需使用钻杆滤清器，以防大颗粒或其他物质卡住仪器，造成仪器不工作或坏。 三、对井队电源的要求 1.必须提供连续稳定的220V，50~60Hz的交流电源，交流电源工频不稳可能 造成LWD地面仪器不正常工作，若要停电或倒发电机，应预先通知仪器工程师。 2.根据仪器工程师的要求，将仪器房电源接到相应位置（尽可能配专线）。 四.钻进过程中仪器使用要求 1．仪器入井前，需要在井口开泵测试仪器。 2．下钻速度要求平稳，严禁猛冲、猛撞。 3．起下钻过程如遇井下复杂情况，请立即联系仪器工程师，由仪器工程师配合井队选择较安全措施处理井下复杂情况，防止损坏仪器造成更大损失。 4．定向钻进时应均匀送钻、平稳加压，如果遇到较快钻时应控时钻进保证地质数据的测量。一般控制钻进速度不超过1米/分钟。 5．钻进时，应将钻杆滤清器放入方钻杆下方的第一根钻杆内，要求每接一次单根，取出清理一次，并重新放在方钻杆和最上面一根钻杆之间。注
一种新型的MWD无线随钻测量系统
?仪器设备? 一种新型的MWD 无线随钻测量系统 李 军 马 哲 杨锦舟 韩建来 (胜利油田钻井工艺研究院 山东东营) 摘 要:文章介绍了一种新型的MWD 无线随钻测量系统(APS 旋转阀定向测量系统)的结构组成与工作原理,阐述了该系统中旋转阀脉冲发生器的功能特点,分析了该系统在现场应用中出现的问题,提出阀系结构的技术改进及软件升级的具体方法,通过现场实践,该系统能够满足应用需求,具有广泛的应用前景。关键词:MWD ;工作原理;旋转阀脉冲发生器;控制模块 中图法分类号:TE271,TP393 文献标识码:B 文章编号:100429134(2006)022******* 0 引 言 随着国内钻井技术的不断发展,随钻测量 (MWD ———Measurement While Drilling )仪器的需求也不断增加。目前,国内无线随钻测量仪器的种类多种多样,市场竞争对无线随钻测量仪器的要求也越来越高。我们针对MWD 仪器现场使用中出现的各种问题,提出了一种新的设计思路,通过引进美国APS 公司的旋转阀式脉冲发生器,与我们自行研制出来的电子测量短节配套,由锂电池组供电,组成了一种新型的MWD 无线随钻测量系统(APS 旋转阀定向测量系统),通过现场应用,取得了一定的应用经验。针对现场出现的问题,对该系统进行了技术改进,并在现场应用中取得了较好的效果。 1 结构组成及工作原理 新型MWD 无线随钻测量系统由井下测量系统和 地面处理系统两部分组成,系统框图如图1所示 。 图1 系统框图 该系统通过无磁钻铤中井下仪器测量短节的传感 器感受定向数据,包括井斜角、方位角、工具面等井下 信息,由测量短节计算储存并传输至APS 旋转阀脉冲发生器电路控制模块,这些井下信息转化成泥浆脉冲信号,以编码的形式传输到地面接收系统。地面系统中的压力传感器将泥浆脉冲信号转换成4mA ～20mA 的电信号,通过电缆传输到地面接口系统,信号处理电路接收到此信号后,自动地进行数模转换,降躁,滤波等处理。然后,将信号传输给图形记录仪,可以图形方式记录下来;同时,将信号传输给上位机译码系统,译码系统根据译码规则将信号转换成井斜、方位、工具面等数据,并在上位机及钻台司钻阅读器上显示出来,给定向井工程师提供实时可靠的井下情况。1.1 井下测量系统 井下测量系统由旋转阀脉冲发生器、供电系统、电子测量短节三部分组成。 (1)旋转阀脉冲发生器[1] 旋转阀脉冲发生器是目前钻井行业中唯一的一种电子式脉冲发生器,通过电子软件控制,具有多种输出方式,其工作原理为:阀系中的转子在受控驱动下产生与定子的相对运动,实现对通道内流体的阻流作用而产生正压力脉冲。 该脉冲发生器组成框图如图2所示 。 图2 旋转阀脉冲发生器系统组成框图 该脉冲发生器采用自适应反馈控制系统,当外界 原因使被控量偏离期望值而出现偏差时,会产生一个 第一作者简介:李 军,男,1968生,工程师,1996年毕业于石油大学计算机应用技术专业,现在胜利油田钻井工艺研究院自动化所工作,主要从事 MWD ΠLWD 随钻测量仪器的研究开发和现场应用工作。邮编:257017 ? 03? 石 油 仪 器 PETROLEUM INSTRUMENTS 2006年04月
无线随钻操作规程
无线随钻仪器操作规程
无线随钻仪器操作规程 一、仪器准备 无线仪器的使用正常与否，关键是在准备，所以在家的准备工作十分重要，应该达到以下标准。 （一）地面部分 1、数据处理仪：供电正常，各连线端口、通信端口、插针无损坏，连接线表皮无破损。 2、远程数据处理仪：外壳、屏幕、数据端口无损坏。 3、远程数据处理仪专用连接线：表皮无破损，接口无损坏。 4、压力传感器：反应灵敏，丝扣、接口无损坏，连线表皮无破损。 5、BJ系列部件检测器：插针、软线、开关无损坏。 6、XF—2信号发生器：插针、接口、软线、开关无损坏。 7、工具箱：常用工具、专用工具齐全，其中万用表、游标卡尺、专用扳手、钩扳、242专用胶、硅脂等必须齐备。 8、电脑：系统工作正常，专用箱子包装。必须有专用插排。 9、UPS等稳压设备输出电压必须稳定，国产仪器必须达到220V、美国仪器必须达到110V。 （二）井下部分 1、探管 （1）检查外观抗压筒，过渡外筒有无冲蚀，插针是否完好、清洁。（2）对探管进行采样测试，脉冲测试。 （3）对累计工作超过2000小时的探管及上，上报随钻部返厂进行标定。 2、电池筒 （1）检查外观抗压筒，过渡外筒有无冲蚀。两端插针是否完好，清
洁。 （2）使用BJ系列部件检测器检查电池的加载电压，空载电压，导通测试，绝缘测试。 （3）使用BJ系列部件检测器检查电池筒连接橡胶棒的接触和内部连接是否良好。 3、脉冲发生器 （1）检查外观抗压筒，过渡外筒有无冲蚀。两端插针是否完好，清洁。 （2）使用XF－2信号发生器与脉冲发生器连接，检测工作是否正常。（3）检查大胶囊充油饱满程度及是否有破裂，小胶囊是否完好，小磨菇头安装是否紧固，位置是否合适，钨钢块水眼是否松动。（4）检查筛屏是否完好，固定螺丝是否齐全。 4、引鞋总成 （1）外观检查有无强烈冲蚀损坏，引鞋有无硬伤。 （2）阀筒短节内主弹簧压力是否正常，有无损坏，耐磨套有无冲蚀。（3）检查活塞帽，信号阀杆，主阀芯，有无冲蚀。 （4）检查Y型圈、O型圈是否完好，活塞帽中孔是否堵塞。 5、扶正器 （1）检查扶正器基体总成、橡胶套筒、弹簧垫、上下端头有无冲蚀。（2）检查扶正器两端插针是否清洁、完好，半圆挡环是否完整。（3）检查扶正器上各O型圈是否完好。 （4）使用BJ系列部件检测器检查扶正器各针导通，绝缘情况。 6、打捞头 （1）检查外观有无冲蚀，横销是否需要更换。 （2）端头插针是否清洁完好。
随钻测量系统软件说明书
DRILLNAVI 使用说明书 北京海蓝科技开发有限公司
目 录 第一章综述 (1) 第一节主要功能 (1) 第二节人机界面 (1) 第三节操作流程 (3) 第四节运行环境 (4) 第二章安装与卸载 (5) 第一节安装 (5) 第二节卸载 (5) 第三章操作说明 (6) 第一节启动 (6) 第二节文件管理 (7) 第三节测试与校准 (7) 第四节自动测量弯头方向 (8) 第五节定向测量 (8) 第六节系统设置 (8) 第七节统计信息 (8) 第八节数据处理 (8) 第九节通讯管理 (9) 第十节报警管理 (9) 第十一节运行日志 (11) 附录Ａ：建议的工作流程 (12) A.1测量前的准备工作： (12) A.2测量中的工作： (12) 附录Ｂ：需要注意的问题 (12)
第一章综述 第一节主要功能 本软件可以配合ZXC1000(A)测斜系统完成测斜、轨迹计算、数据存储及仪器状态管理等诸多功能。在下井前，可以使用软件提供的功能对整套系统作现场检查，并复位弯头方向（工具面角）。在施工过程中，系统可以连续提供弯头方向和测斜数据，并可从中计算出钻孔轨迹的三维坐标，分别以水平和垂直投影图的方式显示出来，作为钻孔施工的辅助。如果有某项指标超限，软件会提出相应的警告，以避免错误或事故的发生。 仪器标定不在本软件提供的功能之列，该功能由专用的软件实现。 钻孔设计数据的录入及修改由专用的软件实现，亦不在本软件提供功能之列。 第二节人机界面 图 1-1 主窗口布局 一、主窗口 主窗口的内容由以下几部分构成： 1. 标题栏
程序中使用的标题栏随系统的界面主题风格变化。一般情况下，其最左侧是软件图标，单击它可以弹出系统菜单。紧随图标右侧是软件标题及当前正在使用的数据文件路径及名称。最右侧是“最小化”、“最大化”和“关闭”按钮。 2. 工具栏 [<]按钮：为了兼顾功能多样性和充分利用可视面积，主窗口中的度盘被设计成可隐藏的。单击该按钮可以显示或隐藏度盘。当度盘被隐藏时，数据表窗口占据主窗口上半部分，便于观察数据；当度盘显示时，方便观察连续的弯头方向变化。 连续工具面开关：这是一个复选按钮。当仪器未连接时，它是灰色的禁用状态；而仪器已连接时，是正常的可操作状态。当其处于选中状态（复选框内显示“√”）时，其右侧的自动测量间隔时间也将显示出来；否则间隔时间是隐藏的。在测量过程中修改间隔时间会立即生效，但不保存（退出软件后即丢失）。如果要永久改变测量间隔，请在数据表右键菜单中的“选项”中完成。 测量：每单击一次此按钮，软件从系统中获取一组测量数据。数据获取成功后，会弹出“新测点”对话框，用于输入测量间距及备注。如果操作者在此对话框中选择了“确认”，软件将在数据库中保存此测点，并同时完成所有的相关数据处理和计算。当仪器未连接时，此按钮是禁用的。 测量间距：从这里可以临时修改测量段长。修改的值会在下次测量中生效，但不保存。如果要永久改变测量间距，请在数据表右键菜单中的“选项”中完成。 弯头方向：以数值方式显示弯头方向角度。当度盘隐藏时，可以通过它读取弯头方向。 仪器连接状态：位于工具栏最右侧的图标用于显示仪器的连接状态。当仪器成功连接时，它显示绿色的“√”；否则显示红色的“×”。 3. 度盘 度盘提供了组合式的角度显示功能：它可以同时显示倾角、方位和最近五次的弯头方向，以及期望的倾角、方位和弯头方向。度盘中心显示的是最新的弯头方向数值，数据上方的文字表示弯头方向的性质：“重”表示由重力高边表示的弯头方向；“磁”表示由磁性高边表示的弯头方向。 4. 数据表 数据表用于集中显示各种数据，它还提供了一组鼠标右键菜单，通该菜单可以执行软件提供的各种功能。操作者可以通过“查看”菜单中的四个选项使数据表显示“原始数据”、“实钻轨迹数据”、“设计轨迹数据”、以及“顶板和底板数据”。 5. 轨迹图 轨迹图以直观的曲线图方式向操作者展示钻孔的轨迹。它可以显示两种投影视图：左右视图（水平投影）和上下视图（设计方位面上的垂直投影）。轨迹图支持任意多个分支。其中主孔用黑色表示，分支孔用除黑色之外的各种不同的颜色表示，并在分支末尾标记分支名称。主孔的测点以实心点标记；分支孔的测点以45°“×”标记。 通过轨迹图左侧的控制栏，可以设定它的显示方式。左上方的缩方工具可以缩放图形。每次以鼠标单击“+”按钮，图形放大一档；单击“-”按钮图形缩小一档。“”按钮用于
MWD无线随钻使用要求
MWD无线随钻使用要求 一：对钻井液和净化设备的要求 1．钻井液的含沙量必须小于0.3%，含沙量越小越好。 2．若调整钻井液性能，应预先通知MWD仪器工程师作好准备，因为调整钻井液性能，有可能造成井下仪器一段时间工作不正常。 3．禁止在钻井液中加堵漏剂和玻璃球等大颗粒物质，以免损坏井下仪器或造成井下仪器工作不正常（随钻堵漏剂除外）。 4．对钻井液的粘度和密度等其它参数无特殊要求。 5．正常钻进时，必须保证两级（振动筛、除沙器）以上钻井液净化设备正常工作。 二：对钻井泵和循环系统的要求 6．钻井泵的上水要好，泵的效率要求在95%以上。 7．钻井泵的空气包压力要稳定，按要求补充其压力为钻井泵正常工作时压力的1/3，若使用双泵，两台泵的空气包的压力应一致。 8．泵的阀体、阀座、凡尔、缸体、缸套、活塞和弹簧要完好，确保泵上水良好，如发现某一部分有不正常工作迹象，应及时检修泵，以免影响MWD仪器正常工作。 9．整个循环系统所使用的滤网要干净，泵出口滤网在使用MWD仪器前要进行清洗，确保钻井液通过自如。 10．尽可能使用钻杆滤清器，以防大颗粒或其他物质卡住仪器，造成仪器不工作或损坏。 三．对井队电源的要求 必须提供连续的220V，50~60Hz的交流电源，若要停电或倒发电机，应预先通知MWD仪器工程师；根据MWD仪器工程师的要求，将仪器房电源接到相应位置（尽可能配专线）。 四．钻台仪器对接、拆卸和量角差要求 a)无磁钻铤在使用前要通径，内部干净无杂物，要打好记号。 b)要确保动力钻具的弯接头方向与其记号方向一致。 c)在钻台，仪器的对接、拆卸，必须用提升短节，只能在井口进行，禁止在鼠洞进行。 d)不同的短节，其旋紧扭矩不同，现场工程师要提醒司钻注意（与相应的钻杆旋紧扭矩相同）。 e)量角差时，必须两人以上在场，并一一核实。 五．在使用MWD仪器随钻过程中，泥浆泵每次停止、再启动时间间隔不得小于1分钟。六．MWD仪器测量方法： a). 钻进过程中测斜：停止钻进，停止转盘转动，将钻柱上提1米，锁住钻柱，停泵约1分钟， 开泵约3分钟，测量点的（井斜、方位等）测量数据传到地面。 b). 钻完方入测斜：停止钻进，停止转盘转动，将钻柱上提1米，锁住钻柱，停泵约1分钟， 接单根后将方钻杆尽量方入井眼，锁住钻柱，开泵约3分钟，接单根前（井底）测量点的（井斜、方位等）测量数据传到地面。
无线随钻原理说明
WMD产品介绍 一，概述 在地质钻探、石油钻井中，特别是受控定向斜井和大位移水平井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、及时纠偏必不可少的工具。MWD无线随钻测斜仪是一种正脉冲的测斜仪，利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面，不需要电缆连接，无需缆车等专用设备，具有活动部件少，使用方便，维修简单等优点。井下部分是模块状组成并具有柔性，可以满足短半径造斜需要，其外径为48毫米，适用于各种尺寸的井眼，而且整套井下仪器可以打捞。 MWD无线随钻系统创造了多项钻井指标，钻井提速效果明显。近年来，随钻测量及其相关技术发展迅速，应用领域不断扩大，总体趋势是从有线随钻逐渐过渡到无线随钻测量，并且随钻测量的参数不断增多，大力发展无线随钻测量技术是当前石油工程技术发展的一个主要关注方向。 在新型MWD仪器方面，国外各大公司厂家近几年也推出了更具特色、能满足更高要求的仪器，如：美国NL Sperry-Sun 公司、Scientific Drilling 公司和法国Geoservice等公司为了满足欠平衡钻井施工的需要，各自开发出了电磁波无线随钻测量系统，可以加挂自然伽马测井仪器进行简单地层评价。 Sperry-Sun公司的Solar175TM高温测量系统，能在175℃的高温环境下可靠地测量定向参数和伽马值，耐温能力高达200℃，耐压能力高达22000psi。 Anadrill公司推出了具有创历史意义的新型无线随钻测量仪器PowerPulserTM。采用全新的综合设计方案，简化了维修程序，现场操作简单，可以实现平均无故障时间1000h的目标；采用连续波方式传送脉冲信号，压缩编码技术使数据传输的速度提高了近10倍。 国内多家公司及研究院所正在致力于无线随钻测量技术的研究，开发出了有限的几种无线随钻测量仪器，并投入到商业化运营，从石油工程的市场需求来看，无线随钻测量技术仍然具有较大的发展空间。 本文全面介绍了国内外无线随钻测量技术的主要进展和应用现状，并指出了各类仪器的应用特点，针对各类仪器的使用情况，提出了无线随钻测量技术的发展思路，对提高国内无线随钻测量技术水平具有重要的意义。 2 无线随钻测量仪器的基本分类 MWD 无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据以无线方式传输。无线MWD按传输通道分为泥浆脉冲、电磁波、声波和光纤四种方式。其中泥浆脉冲和电磁波方式已经应用到生产实践中，以泥浆脉冲式使用最为广泛。
GMWD无线随钻安全技术操作规程(新版)
( 操作规程 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 GMWD无线随钻安全技术操作规 程(新版) Safety operating procedures refer to documents describing all aspects of work steps and operating procedures that comply with production safety laws and regulations.
GMWD无线随钻安全技术操作规程(新版) ?所有仪器在运输、上井、返回、搬运过程中，必须使用仪器箱子，包装好，扣好仪器箱盖后，方可搬运，在包装时注意仪器密封圈、仪器连接头、传感器的保护，做好防震、防潮工作。 ?安装压力传感器时，必须两人在场，要求井队打开泄压阀门，确定立管无压力后安装压力传感器，安装顺序是先安装丝堵，在安装压力传感器，安装上述设备时必须在丝扣上缠生料带，上扣时一定上紧，如遇见井队立管的丝扣和公司丝堵不匹配时，应找井队更换安装处或焊接在立管上，压力传感器和丝堵的丝扣至少进入内丝扣三分之二处，上紧为准；拆卸时先卸压力传感器再卸丝堵，不能颠倒循序。 ?所有仪器在搬运和测试时必须轻拿轻放，保护好仪器。 ?在安装脉冲器上轴承座和滤网、脉冲器主轴和测试工装、压力
传感器时一定要缠生料带，保护连接处的丝扣安全。 ?在库房测试、维修车间安装、现场检查测试时，若发现仪器及配件的外观、质量、性能有可疑的地方，一定上报上级工作人员检查并核实，杜绝把有疑问的仪器及配件下入井内，确保仪器下井从地面检查测试无任何疑问再下井作业。 ?在现场安装、拆卸仪器时，一定把井口盖好，确保钻台环境安全的工况下再安装、拆卸仪器。 ?在库房检测、维修车间测试、现场工作时，一定不要带电作业，在连接地面仪器和信号线时首先检查仪器是否关闭电源，确保电源关闭后再连接或拆卸信号线，一定要利用好UPS和稳压电源等电路保护设备。 ?在现场安装、拆卸仪器，从井场或钻台向钻台或地面用汽葫芦吊装仪器时，至少3个人搬运仪器串，确保仪器串前后平衡，尽量降低弯曲率，保护仪器。 云博创意设计 MzYunBo Creative Design Co., Ltd.
MWD无线随钻测斜仪
ZW-MWD无线随钻测斜仪产品介绍 一，概述 在地质钻探、石油钻井中，特别是受控定向斜井和大位移水平井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、及时纠偏必不可少的工具。MWD无线随钻测斜仪是一种正脉冲的测斜仪，利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面，不需要电缆连接，无需缆车等专用设备，具有活动部件少，使用方便，维修简单等优点。井下部分是模块状组成并具有柔性，可以满足短半径造斜需要，其外径为48毫米，适用于各种尺寸的井眼，而且整套井下仪器可以打捞。 MWD无线随钻系统创造了多项钻井指标，钻井提速效果明显。近年来，随钻测量及其相关技术发展迅速，应用领域不断扩大，总体趋势是从有线随钻逐渐过渡到无线随钻测量，并且随钻测量的参数不断增多，大力发展无线随钻测量技术是当前石油工程技术发展的一个主要关注方向。 在新型MWD仪器方面，国外各大公司厂家近几年也推出了更具特色、能满足更高要求的仪器，如：美国NL Sperry-Sun 公司、Scientific Drilling 公司和法国Geoservice等公司为了满足欠平衡钻井施工的需要，各自开发出了电磁波无线随钻测量系统，可以加挂自然伽马测井仪器进行简单地层评价。 Sperry-Sun公司的Solar175TM高温测量系统，能在175℃的高温环境下可靠地测量定向参数和伽马值，耐温能力高达200℃，耐压能力高达22000psi。 Anadrill公司推出了具有创历史意义的新型无线随钻测量仪器PowerPulserTM。采用全新的综合设计方案，简化了维修程序，现场操作简单，可以实现平均无故障时间1000h的目标；采用连续波方式传送脉冲信号，压缩编码技术使数据传输的速度提高了近10倍。 国内多家公司及研究院所正在致力于无线随钻测量技术的研究，开发出了有限的几种无线随钻测量仪器，并投入到商业化运营，从石油工程的市场需求来看，无线随钻测量技术仍然具有较大的发展空间。 本文全面介绍了国内外无线随钻测量技术的主要进展和应用现状，并指出了各类仪器的应用特点，针对各类仪器的使用情况，提出了无线随钻测量技术的发展思路，对提高国内无线随钻测量技术水平具有重要的意义。 2 无线随钻测量仪器的基本分类 MWD 无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据以无线方式传输。无线MWD按传输通道分为泥浆脉冲、电磁波、声波和光纤四种方式。其中泥浆脉冲和电磁波方式已经应用到生产实践中，以泥浆脉冲式使用最为广泛。
随钻仪器MWD_LWD测量信息编解码技术
2012年8月（下） [摘要]在钻井钻进过程中，我们需随时关注井眼轨迹参数、地层和井底环境等随钻测量信息。而将这些信息传输至地面的关键技术在于信 号编解码。本文将重点介绍MWD 和LWD 仪器在传递随钻测量信息时常用的三种信号编解码技术。[关键词]随钻测量；信号传输；曼彻斯特码；脉冲位置调制编码；优化组合码随钻仪器MWD 、LWD 测量信息编解码技术 车卫勤 李瑾 （渤海钻探定向井技术服务分公司，河北沧州 062552） 在钻井钻进过程中，工程师需随时了解井下仪器工作状况、井眼轨迹参数等信息。这些信息的传输是无线随钻测量系统的关键之一。目前，鉴于钻井液脉冲信号传输方式具有可靠性高、稳定性强、传输距离远等优点，国内外大多MWD 和LWD 仪器采用这种方式将井下测量数据传送至地面。而此方式实现的关键在于钻井液脉冲信号编解码技术，下面笔者将介绍几种常用的脉冲信号编解码技术。 1脉冲位置调制编码 脉冲位置调制编码是以时间间隔作为数据流传输信息的方法。通常，1个脉冲代表1个十六进制数（ 0~F ），其具体数取决于它的位置，即取决于它与上一脉冲之间的时间间隔。规则为：上一脉冲结束，在经过2倍标准脉宽恢复时间后出现脉冲，它表示“0”；延迟1个标准脉宽出现，表示“1”；依此类推，如果延迟15个脉宽出现脉冲，那么此脉冲表示“F ” 。我们需首先确定标准脉冲宽度T ；其次，确定表示每种轨迹参数的脉冲个数。例如：井斜用三个脉冲表示，工具面用两个脉冲表示等。最后，按转换公式将传输至地面的十六进制数转换为真实物理测量值。 图１脉冲位置调制编码示意图 如上图所示：S 表示同步脉冲，时间间隔为定值；M 表示数据脉冲间隔：M=2T+N ×T （秒）；其中N 为0~F 的十六进制数，T 为标准脉冲宽度，2T 表示脉冲的恢复时间。 此种方法的劣势在于：传输时间会随测量数值的增大而增加。2曼彻斯特码编码 曼彻斯特码（又称裂相码、双向码），一种用电平跳变来表示1或0的编码，其变化规则很简单，每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0和1的相位正好相反。 曼彻斯特编码也叫做相位编码，是一种同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。在这种编码中，时钟同步信号隐藏在数据波形每一位跳变中，中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号，从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。曼彻斯特编码提供了一个简单方式给二进制序列，而没有长的周期和转换级别，从而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。二进制数据通过此编码形式传输时，并不作为序列的逻辑1或0发送。 图２二进制码与曼彻斯特码波形 Sperry-Sun 公司推出的MWD 就采用了曼彻斯特编码技术将井下仪器测量数据如井斜、工具面等进行编码，然后通过泥浆脉冲的形式进行传输。在编解码过程中，首先将这些井眼轨迹参数分别以5~13个字节组成长的字符串，其前几位为数据位，最后一位是奇偶校正位。只 有当字符串通过奇偶校正后，才能被识别，然后通过解码得到测量数据的物理值。这些井眼轨迹参数往往按一定顺序构成测量序列，并以传输文件的形式存在，当传输数据时，就会将参数按照规定序列进行先后顺序传输。 3优化组合码 优化组合码的编码方式称为组合式编码。在这种编码中，数据按时间帧的方式进行传送。时间帧是指将一段确定的时间间隔分为N 个小时间等份，根据事先约定好的表格，对应一个不同的二进制数，由程序控制脉冲发生器在这个指定的时间间隔的不同位置产生不同数目的M 个脉冲。当地面接收信号时，再把对应在指定时间间隔里的脉冲位置和脉冲数目译为二进制数据，从而恢复出实际井下数据。这种编码方式只采用两个基本参数：脉冲个数M 和时间槽个数N ，所以也简称M INN 编码。 Baker-Hughes 生产的LWD 便采用这种优化组合码进行随钻测量数据的编解码，下图为其编解码的波形图。根据原始数据（AZNX 187.03deg 4/253，6，12，2353210000101001），其中AZNX 表示方位角；4/25表示采用4脉冲25时间槽布置，并且4个脉冲分别位于3，6，12，23的时间槽位置；10000101001前10位表示方位角的二进制编码，最后一位1位校验位。将10000101001去掉最后一位变成1000010100，十进制为532，再乘以方位角的转化系数0.35156，便可得到真实方位角187.03度。 图３Ｂａｋｅｒ－Ｈｕｇｈｅｓ优化组合码解码 这种优化组合码的优点在于测量数据的二进制位数确定后，传输数据的时间长度不随二进制数值的变化而变化；便于检测信号脉冲和其是否存在丢失；同时消耗电量相对确定并便于节电。 4结论 上面三种编解码方法是钻井液脉冲传输系统中井下数据传输的常见方法。它们各有长处，我们可以结合上面几种方法的各种优点，灵活运用，并进行一定的改进，以形成更具特色的编解码技术。 ［参考文献］ [1]董海平,苏义脑等著.井下与地面钻井液信息传输系统数据编码技术.北京: 石油工业出版社,2003. [2]王艳丽著.井下数据解码方法研究.西安:西安石油大学,2004.[3]Baker Hughes INTEQ Advantage Combinatorial User's Guide. [4]孙东奎,董绍华著.钻井液正脉冲井底信号传输系统分析.北京:石油机械,2007. [5]董海平,苏义脑,盛利民著.井下与地面钻井液信息传输系统数据编码技术.北京:中国石油勘探开发研究院钻井所. 14
随钻测量
第六部分 随钻测量技术 随钻测量与地质导向工具 是一项钻井技术的“地下革命”
盐丘 定向钻井技术在勘探、开发中的功用 海上或陆地丛式井 工程救险井 因事故复杂进行侧钻 多目标勘探与开发 控制断层钻探 水平井进行开发 地面条件限制 大位移定向井侧钻分支井
6.1 随钻测量信息系统概述
随钻测量系统 MWD EM ˙MWD FM ˙MWD 实时动态数据测量储存系统井下动态信息测储设备 近钻头测量系统LWD 空间姿态测量系统 钻头前方探测系统 SWD 地面监测录井系统综合录井仪八参数仪地面模拟器 地面与井下数据储存、分析与显示系统 地面或远方决策与总控系统 微电脑一 微电脑二微电脑三 （上行测量信息通道） 6.1.1 随钻信息测量-控制-通讯流程图 地面控制设备 环空/钻柱 井下控制机构 井下执行机构 钻头/工具
6.1.2 随钻测量系统发展 ?MWD ——measure while drilling ?EM.MWD ——eleetronic measure MWD ?FE.MWD ——formtion Evaluation MWD ?DWD ——Diagnostic-While-Drilling ?LWD——logging while drilling ?SWD——seismic while drilling ?GST ——Geosteering Tool
6.1.3 随钻测量参数 ?井斜、方位、工具面、井下钻压、井下扭矩、马达转速?井下振动、伽马射线、地层电阻率、密度 ?方位中子密度、中子孔隙度、环室温度 ?探测各种异常地层压力、预测钻头磨损状况 ?探测井下异常情况及故障分析 ?通过井下存储可实现测井的全井图像分析
随钻测井技术
随钻测井技术发展水平 引言 据统计，近十年来，世界上有关随钻测井（LWD）技术和应用的文献呈现出迅速增多的趋势。这反映了西方国家开始越来越多地重视LWD／MWD。这是两个方面的原因产生的结果。一方面石油工业界强烈需要勘探和开发业降低成本，减少风险，增加投资回报率。另一方面，MWD/LWD有许多迎合石油工业需要的优势，如随钻测井时，钻机不必停钻就能获得大量地层评价信息，节省了宝贵的钻井时间，从而降低了钻井成本。MWD提供的实时信息可即时使用，如可用于预测钻头前方地层的超常压力、预测复杂危险的构造，给钻井工程师警报提示，迅速采取措施，减少事故发生率。近几年里，大斜度井和水平井迅速发展，海上石油的开发受到重视。在这样的井中测井，常规电缆测井难以进行，挠性管输送测井和钻杆传送测井成本十分高，现场操作困难。LWD是在这类井中获取地层评价测井资料的最佳方法，此外，LWD信息还能指导钻头钻进的方向，引导钻井井迹进入最佳的目标地层。 随钻测井（LWD）技术是在钻井的同时用安装在钻铤上的测井仪器测量地层电、声、核等物理性质，并将测量结果实时地传送到地面或部分存储在井下存储器中的一种技术。该技术要求测井仪器应能够安装在钻铤内较小的空间里，并能够承受高温高压和钻井震动；安装仪器的专用钻铤应具有同实际钻井所用的钻铤同样的强度；还应具有用于深井的足够功率和使用时间的电源。 LWD是随钻测量技术的重要组成部分。MWD除了提供LWD信息外，还提供井下方位信息（井斜、方位、仪器面方向）和钻井动态和钻头机械的监测信息。MWD探头组合了LWD探头、方位探头、电子／遥测探头，一般放在钻头后50－100英尺的范围内，一般来说，MWD探头越靠近钻头越好。LWD探头提供地层评价信息，用于识别层面、地层对比、评价地层岩石和流体性质，确实取心和下的点。方位数据用于精确引导井迹向最理想的储层目标。钻井效率和安全性通过连续监测钻井而达到最佳。 目前的随钻测井技术已达到比较成熟的阶段，能进行电、声、核随钻测量的探头系列十分丰富，各种型号的、适用于各种环境的随钻电阻率、密度、中子测井仪器进入MWD 市场。哈里伯顿的PathFinder随钻测井系统包括自然伽马、电磁波电阻率、密度、中子孔隙度、井径和声波等。斯仑贝谢公司的VISION475测井系统包括声波（SI）、电阻率（RAB）、阵列电磁波电阻率（ARC5）及密度中子（ADN）等。Sperry Sun公司的三组合测井系统包括SLIM PHASE4电阻率仪、SLIM稳定岩性密度仪及补偿热中子仪，还测量伽马射线。在地层评价的许多方面LWD已经可以取代常规电缆测井。世界各地的MWD作业实践已经表明，随钻测井对于经济有效的测井评价，相对于常规电缆地层评价有明显优势。 发展MWD／LWD技术，应用MWD／LWD成果已是西方钻井／测井相关公司的热点研究领域。必须承认我国自行研究和开发随钻测井技术是一片空白。本报告将深入地调查国外随钻测井技术的发展历程，技术水平现状，应用情况，预测发展趋势，分析LWD市场，分析LWD风险，供管理决策和研究人员参考。
GMWD无线随钻安全技术操作规程(正式)
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ GMWD无线随钻安全技术操作规程(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-8449-16 GMWD无线随钻安全技术操作规程(正 式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 ?所有仪器在运输、上井、返回、搬运过程中，必须使用仪器箱子，包装好，扣好仪器箱盖后，方可搬运，在包装时注意仪器密封圈、仪器连接头、传感器的保护，做好防震、防潮工作。 ?安装压力传感器时，必须两人在场，要求井队打开泄压阀门，确定立管无压力后安装压力传感器，安装顺序是先安装丝堵，在安装压力传感器，安装上述设备时必须在丝扣上缠生料带，上扣时一定上紧，如遇见井队立管的丝扣和公司丝堵不匹配时，应找井队更换安装处或焊接在立管上，压力传感器和丝堵的丝扣至少进入内丝扣三分之二处，上紧为准；拆卸时先卸压力传感器再卸丝堵，不能颠倒循序。 ?所有仪器在搬运和测试时必须轻拿轻放，保护
石油钻井定向用SDRI_MWD无线随钻测量仪使用说明
第一章 SDRI_MWD软件功能介绍 一、主要功能 SDRI_MWD无线随钻测量仪软件包主要功能是：实时显示当前工具面与全测量，当原始数据流有乱码时可手工干预，可随时查询历史全测量与历史工具面测量数据，并且直观地显示当前测量参数。二、软件系统的需求 １硬件需求： ·IBM兼容机，提供串口，并口 ·CPU：PII300以上 ·内存：128M或更多 ２软件需求： ·WINDOWS XP简体中文版 ·WINXP补丁SP2 ３系统设置 ·进入机器CMOS设置，确认或修改并口设置为：ECP模式；地址：0378-037F ·进入系统控制面板，将电源使用方案修改为:一直开。 三、软件详细介绍 1、建立新的井记录 点击桌面上无线随钻测斜仪图标，进入系统界面：
选择[新建工程]，进入[新建工程]界面： 填写新的工程参数：
井名：本井的名称 钻次：标明本趟钻是第几趟钻 日期：建立此工程的日期 时间：建立本工程的时间 服务井队：被服务的井队号 磁偏角：本井所在地的磁偏角 本地磁场：所在地的磁场强度 解码方式：选择Ｄ４解码方式 角差：由工程人员提供的本趟钻的角差仪器连接时间：连接仪器时的时间 脉冲数：本趟钻所发脉冲数，初始为0 电池能量：开始连接时所用电池的能量 电池余量：所用电池剩余的电量
循环时间：本趟钻循环的时间和，初始为0 其中日期，时间和仪器连接时间推荐使用按钮选择填写 填写完毕后，检查无误，按[确定]，进入主界面。 2、进入上一次测量记录 如本井尚未结束或查看以往记录，可点击<进入上一次测量记录>: 检查参数输入是否正确，如正确，点击<确定>进入上一次的工程记录：