无线随钻原理说明
无线随钻测量传输系统概述

技术应用与研究目前,无线随钻测量传输系统已广泛的应用到定向井、水平井施工过程中。
在上世纪30年代就已经产生了随钻测量的概念,直到50年代后期,泥浆正脉冲传输系统的实现,使得随钻测量实现了突破性的发展,也即打开了无线随钻测量传输系统发展的序幕。
在随后的几十年里,定向井、水平井施工任务的增多,引发了随钻测量技术的快速发展,但是收到其相关行业(通讯协议、电子器件等)水平的限制,其发展趋势较为缓慢。
在最近十多年的时间里,各大石油公司和石油高校对无线随钻测量传输系统的科研力量不断增加,也促使了各种无线随钻测量传输系统的进一步完善,并大规模的应用到了实际生产过程中。
一、无线随钻测量传输方式目前,无线随钻测量传输系统依据其传输介质可分为三大类:泥浆脉冲传输方式、电磁波传输方式、声波传输方式。
其中以泥浆脉冲传输方式技术最为成熟,应用最为广泛;其次为电磁波传输方式,由于其使用受到的限制较多,所以只适合某些特定的区域;最后为声波传输方式,目前还没有商业化应用,只有现场试验成功的新闻报道。
1.泥浆脉冲传输方式泥浆脉冲传输方式以泥浆为传输介质,根据其脉冲生产的机理不同可以分为两类:节流型脉冲发生器和泄流型脉冲发生器。
又可以根据工作原理的不同将其划分为:正脉冲传输方式、负脉冲传输方式、连续波传输方式。
其中正脉冲传输方式和连续波传输方式属于节流型信号发生器,而负脉冲传输方式属于泄流型信号发生器。
(1)正脉冲传输方式。
井下仪器的脉冲发生器部分的主要由一个针阀和小孔组成,测斜探管将测量得到的数据发送给脉冲发生器,脉冲发生器根据数据编码规则将数据编码,然后操纵针阀的上下运行,从而改变针阀和小孔的相对位置,也就改变了钻井液流道的面积,进而引起立管中泥浆压力的变化,以泥浆压力波的形式将数据传输到地面。
(2)负脉冲传输方式。
负脉冲传输方式和正脉冲传输方式的原理基本一致,但是其实现方式不同。
通过上述可知正脉冲是减小泥浆的流道面积而引起立管压力的升高,而负脉冲是增大泥浆的流道面积而引起立管压力的下降。
国产无线随钻测量仪原理与应用

国产无线随钻测量仪原理与应用作者:王伟峰卜凡琪来源:《中国科技博览》2014年第12期摘要:无线随钻测斜仪是定向井、水平井施工中必不可少的测量工具,近年来随着定向井、水平井的增加,特别是油田外部市场的迅猛发展,对无线随钻测斜仪的需求越来越大。
从国外引进无线随钻测斜仪不但价格昂贵,而且供货周期也越来越长,为了满足油田内外部市场中定向井、水平井的生产需要,国内无线随钻测斜仪的广泛使用于生产,可降低仪器购买成本,提高定向井、水平井的施工能力。
关键词:水平井;蜗轮发电;导向钻进;孔板中图分类号:TH132.44一、测量仪的工作原理及性能1.工作原理。
SDM 无线随钻测斜仪是一种正脉冲测斜仪,阀门通过限制井筒内泥浆流通来产生压力脉冲。
当阀门阻碍泥浆流通时,钻柱内泥浆压力增加;当阀门复位,不阻碍泥浆流通时,钻柱内泥浆压力也恢复到初始状态,从而产生正压力脉冲。
SDM系统的信号接收部分安装在立管上,其压力传感器可测出的压力脉冲幅值为0.35~0.7MPA。
压力传感器将其转换为电信号传输到地面计算机,经计算机解码、处理、还原成原始的测量数据。
井下仪器由蜗轮发电机提供电力, SDM 探管采集实时的工程数据,统一编码后,有规则的控制脉冲发生器内轴上端连接的液压泵,驱动脉冲发生器顶部连接的蘑菇头做往复式运动。
蘑菇头伸缩于冲管顶部鱼颈头中的孔板,改变了流经孔板的液流面积,从而产生液柱压力的变化。
通过专用计算机进行解码计算,得到井下测量探管测量出的井斜角、方位角和工具面角等数据,供现场技术人员使用。
2.测量仪性能数据传输快、数据精度高、可靠性很强。
该仪器传输数据的频率为0.5Hz 。
SDM 测量探管主要是由七芯连接插头、开关控制部分、电子电路部分、传感器部分和T型头几部分构成。
SDM 测量探管传感器由三个重力加速度计(GX、GY、GZ)传感器、三个磁通门(BX、BY、BZ)传感器和一个温度传感器组成。
利用三个重力加速度计和三个磁通门传器测量的分量值,通过相应的计算公式,就可得到相应的井斜角、高边工具面角以及方位角等参数。
电磁波无线随钻测斜仪使用介绍

电磁波无线随钻测斜仪使用介绍范洪涛,王 刚,郑 翔,黄 平(新疆石油管理局钻井公司,新疆克拉玛依834009)摘 要:随着欠平衡钻井技术的发展及老油区复杂区块和薄油层开发力度的加大,传统的依靠泥浆脉冲传输信号仪器的不足之处越来越明显。
国外利用电磁波传输井下测量信号随钻仪器得到开发并利用,并在未来据有很广的应用前景。
关键词:欠平衡;薄油层;电磁波仪器中图分类号:P634 文献标识码:B 文章编号:1004—5716(2009)02—0063—021 工作原理仪器测量元件的测量原理与其他仪器相同,不同之处在于信号的传输方式,目前国际上使用的信号传输方式有:泥浆传输、电磁波传输、声波传输、有线电缆传输和复合式传输(无线加有线)。
我们引进的是型号为3TC-42(仪器外径为42mm)以电磁波为传输方式的仪器,其工作原理是:电磁波的传输是通过钻柱与接地线之间的形成电势回路,通过地层传输到地面后被接收。
具体过程如下:用专用的绝缘短节把钻具分为上下两极,仪器、绝缘短节的下端与绝缘短节下部钻具连接;仪器的发射天线通过绝缘短节的上端与上部钻具连接到钻台线,地面钻台连接线与处理器连接。
这样形成电磁波传输的电势回路。
仪器测量的参数转换成电磁波信号,当仪器天线发射信号时,电磁波透过地层传输到地面后被接受装置的接地线接收到,完成信号的传输。
如果信号很弱,可采用加长天线传输信号。
2 技术性能和指标2.1 仪器的性能和精度 仪器的使用条件:最大抗压60MPa,测量环境的最大温度不超过100℃。
井斜角测量范围:0°~180°,绝对误差不超过正负0.2°。
水采气工艺。
根据中原油田气藏类型多,气井问题复杂,气田开发已进入中后期的实际状况,建议从以下几个方面给予重视:(1)合理、充分利用地层能量,根据不同的开发阶段和生产条件,及时取全取准生产资料、产能试井以及生产测井等资料,对这些资料进行科学的分析研究,从而制定科学合理的工作制度,搞好动态预测,找准开发中存在的问题。
无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理

无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理作者:张诒民来源:《科学导报·学术》2019年第51期摘 ;要:无线随钻测量泥浆脉冲传输中,根据无线传输通道的不同,可分为四种方式:泥浆脉冲的传输方式、电磁波的传输方式、声波的传输方式、光纤的传输方式。
在生产实践中应用泥浆脉冲的传输方式和电磁波的传输方式钻井,信号可以传输到地面,不仅能够远距离传输,而且具有良好的可靠性。
本文着重研究无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理。
关键词:无线随钻测量;泥浆脉冲;传输方式;工作原理引言:无线随钻测量泥浆脉冲传输方式主要包括两种传输方式,即有线传输方式和无线传输方式。
随钻测量及其相关技术发展速度非常快,从有线随钻测量到无线随钻测量,参数增多了,测量结果更加准确。
无线随钻测量技术已经成为工程技术领域中的重要方向。
对于该种信号传输方式进行研究中,准确掌握工作原理是非常重要的。
具體如下。
一、正脉冲方式泥浆正脉冲发生器上的针阀与泥浆正脉冲发生器小孔的相对位置会改变泥浆流动通道并在此处积聚,从而提高钻柱内泥浆压力。
针阀处于运动状态,发挥了驱动控制电路的作用,由探针管编码的测量数据来实现。
电磁阀直接驱动针阀需要的动力是非常大的,主要使用功能了小阀推大阀的方式,将泥浆的动力充分利用起来[1]。
同时,通过连续检测立管压力的方法,对不断变化的压力全面掌握,采用解码的方法将其转换成相应的测量数据。
涡轮钻具随钻测量系统可以在钻井液循环的情况下进行连续测量。
用钻盘钻孔时,钻具必须停止转动1.5秒之后才能测量。
其它液压通道的随钻测量系统与上述仪器的区别在于脉冲发射器的不同。
脉冲发生器的阀门由电磁线圈或步进电机控制,步进电机有较高的精度。
当测井传感器在测量的过程中有信号产生的选时候,起动器促使阀动作提升,节流钻井液。
压力脉冲信号的产生是通过地面检测设备检测获得的。
当钻杆停止旋转并保持钻井液循环的时候,传感器开始测量角度。
电动钻具钻进的过程中,钻井液循环多长时间,方位角的重复测量时间、井斜角的重复测量时间以及工具角的重复测量时间,都采用10位二进制测量,通常信号传输时间为50秒,传输深度超过7000米,由于技术环境有限,中国目前依然采用正脉冲模式[2]。
无线随钻MWD培训教材.

兰德能源公司 2008.11
无线随钻MWD的介绍
MWD 无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜 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,目前采 用MWD施工主要依靠下面四种方式实现信 号的传输:
1、连续波方式 2、正脉冲方式 3、负脉冲方式 4、电磁波传输方式
利用这些先进的地质测井无线随钻仪器得出的沉积环境资 料可以准确识别地层倾角、断层和不整合面,在实现精确 地质导向的同时,对地层进行早期的实时评价。
无线随钻 MWD测量系统的基本操作
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MWD测量系统的介绍 MWD的技术规范 系统的组成 仪器测试 地面设备安装 测量方法 改变井下仪器数据传输率的方法 改变井下仪器测量方式的方法
MWD测量系统的介绍
优点: .结构紧凑、体积小,现场检测、组装和拆卸容易 . 采用涡轮发电机为井下仪器供电,使井下仪器的连续工作 时间长、费用低 .具有短测量(SHORT SURVEY)和全测量(FULL SURVEY) 功能
.地面数据处理系统采用的地面数据处理系统抗震和抗干扰
能力强
MWD测量系统的介绍
负脉冲方式 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。 优点是:数据传输速度较快,适合传输定向和地质资料参 数。 缺点是:下井仪器的结构较复杂,组装、操作和维修不便 ,需要专用的无磁钻铤。
SK-MWD介绍

1.2 负脉冲发生器介绍:
负脉冲发生器需要安装在专用的无磁短节中使用,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,从而引起钻柱内部泥浆压力 降低,泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过驱动控制 电路实现。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。
2.2 SK-MWD信号传输原理:
• 井下定向探管把测量到的数据编码,由脉冲器 发送到地面。 • SK-MWD为正脉冲发生器,采用先导阀式设计 ;电磁铁驱动小阀,小阀控制大阀。 • SK-MWD地面用压力传感器采集立压,从中解 码有用数据。 • 数据处理电脑处理并记录数据,并将参数发送 到司显。
2.2.1 脉冲器工作原理:
5)当线圈断电,小阀放下,堵住阀座孔。系统状态与第2步相同 ,在液压作用下,稳定在第3步,立压又保持稳定。系统准备响 应下一个脉冲信号。
• 与基准的相互关系计 算出方向参数(井斜、 方位、工具面、磁重 和等)
பைடு நூலகம் 图(左上):井斜、方位 图(右上):重力/磁性工具面 图(左下):磁偏角
一些相关的知识: 1. 中国磁偏角一般为西偏2-3度,最大可达6度。 2. 不同的地方,地磁偏角也不同。如在西经低纬度地区, 磁偏角是5-20度;西经45度以上,磁偏角为25-50度。 3. 精确的磁偏角是测量出来的,不是计算出来的。 4. 在井斜太小的时候,重力工具面不太稳定,此时一般输 出磁性工具面。 5. 重力工具面在上半周时,增井斜;在下半周时,减井斜 ;在左半周时,减方位;在右半周时,增方位。 6. 振动是加速度剧烈变化的表现,因此振动状态下的测量 数据或多或少会受影响。 7. SK-MWD仪器耗电的主要部件是探管中的定向传感器 与脉冲器中的电磁线圈。 8. 低温会使橡胶部件硬化,温度回升后其性能可以恢复。
无线随钻MWD浅层井应用及故障处理

无线随钻MWD浅层井应用及故障处理无线随钻(MWD)技术是一种在钻井作业中用于测量和传输地层数据的技术。
它使用传感器和测量工具来测量井深、方位、倾角、温度和压力等参数,并将数据通过无线方式传输到地面上的接收系统。
MWD技术在浅层井中具有广泛的应用,它可以提供实时的井下数据,帮助工程师和操作人员更好地了解井内情况,并做出相应的调整和决策。
浅层井通常是指井深较浅的石油或天然气井。
由于井深相对较浅,对井的测量和控制要求相对较低,因此MWD技术是一个非常适合浅层井应用的工具。
MWD技术可以提供实时的方位和倾角数据,帮助工程师和操作人员准确地定位井眼,并控制钻井过程。
MWD技术还可以测量井下温度和压力等参数,帮助工程师和操作人员更好地了解井内条件,以确保钻井过程的安全和高效。
由于浅层井通常有较高的含水量和高压力差等特点,MWD技术在浅层井中也可能遇到一些故障和挑战。
下面是一些常见的故障和对应的处理方法:1. 信号干扰:在浅层井中,由于大量的水和金属杂质等原因,MWD信号可能会受到干扰。
处理方法包括增加信号功率、优化信号传输方式、使用抗干扰的传感器和增加防护措施等。
2. 电池寿命:由于浅层井通常需要较长的钻井时间,MWD设备的电池寿命可能成为一个问题。
解决方法包括使用更大容量的电池、优化电池管理方法和增加充电设备等。
3. 传感器故障:在高压力和高含水量的环境下,传感器可能受到损坏或故障。
解决方法包括使用高耐压和防水的传感器、增加传感器的保护措施和定期检修和更换传感器等。
4. 通信故障:在浅层井中,无线通信可能会受到信号受阻或干扰的影响。
解决方法包括选择合适的通信频率、优化信号传输方式、增加通信设备和设施等。
5. 数据传输延迟:由于浅层井中的井深相对较浅,数据传输的距离相对较短,但仍可能存在数据传输延迟的问题。
解决方法包括优化数据传输方式、增加数据传输设备和提高数据传输速度等。
无线随钻MWD技术在浅层井中具有广泛的应用,并能帮助工程师和操作人员更好地了解井内情况,并做出相应的调整和决策。
MWD无线随钻在钻井施工中的实际应用

MWD无线随钻在钻井施工中的实际应用
钻井项目部 魏群等
吉林锐普索石油技术有限公司
一、 MWD简介:
MWD即无线随钻测量系统的简称。它由地面设备和井 下测量仪器两部分组成。地面设备包括:压力传感器、司 钻显示仪、数据处理仪、PC 机及有关连接电缆等。 井下 测量仪器主要由脉冲发生器、测量探管、电池筒、打捞头 等组成。
评语:
MWD无线随钻技术的成功应用标志着我公司钻井技术水平走向一个新的 台阶,钻井成本大幅下降,钻井技术日益成熟。在钻井市场竞争日趋激烈的 今天,为公司钻井项目长期发展提高了有力保障,培养了人才,积蓄了能,是2012年度我公司钻井项目技术成果最 为突出的一项,体现了公司领导决策英明,钻井技术人员勇于攻关,是公司 锐意进取,勇于探索精神的最好体现!
2012年度,长庆项目部共完成钻井109口,中靶率100%,共购买 电池46节,使用38节,平均每节电池使用2.37口井,使用时间均达到 180小时以上,达到了厂家出厂的使用标准。探管和脉冲各返修15次, 没有发生因定向仪器不好使而耽误生产的事情。相比去年同期,机械 钻速和钻井周期有了一定的提高。五套仪器完好程度达到100%。
总体结构框图如下图所示:
仪器串简图如下:
MWD工作原理简述:
探管把实时测得的井斜、方位、工具面、温度等参数的值按照一 定的规则进行编码,形成电压脉冲序列。当脉冲发生器接收到来自探 管的信号后,蘑菇头上提,泥浆从小限流环通过,仪器内外压力平衡, 主阀头在弹簧力的作用下被推到限流环上端,这样就限制了泥浆的流 动并导致立管压力升高;随后蘑菇头下放,堵塞小限流环,主阀头在 泥浆力的反作用下被顶起,又导致立管压力降低,从而形成压差。 此时,安装在井口的压力传感器就能检测到由此产生的泥浆压力脉冲 信号并将脉冲信号经司钻显示仪传送给数据处理仪, 通过滤波、放 大、模/数转换等处理后传给PC机,最后计算出井斜、方位、工具面、 温度等参数的值,用以指导钻井作业。
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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。
2.1 泥浆脉冲传输方式[1]2.1.1 连续波方式连续波脉冲发生器的转子在泥浆的作用下产生正弦压力波,由井下探管编码后的测量数据通过调制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或角位移。
在地面连续地检测这些相位或频率的变化,并通过译码、计算得到测量数据,如图1所示。
其优点是:数据传输速度快、精度高。
图1 连续波方式工作原理示意图2.1.2 正脉冲方式图2 泥浆正脉冲方式工作原理示意图 立管压力 泥浆 时间 叶片连续转动,波形连续变化 泥 浆 泥浆 针阀不动 针阀上升如图2所示,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,从而引起钻柱内部泥浆压力的升高,针阀的运动是由探管编码的测量数据通过驱动控制电路来实现。
由于用电磁铁直接驱动针阀需要消耗很大的功率,通常利用泥浆的动力,采用小阀推大阀的结构。
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。
2.1.3 负脉冲方式泥浆负脉冲发生器需要安装在专用的无磁短节中使用,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,从而引起钻柱内部泥浆压力降低,泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过驱动控制电路实现。
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。
泥浆泥浆立管压力阀门关,立管压力不变阀门开,立管压力降低时间阀门关阀门开图3 泥浆负脉冲方法工作原理示意图2.2 电磁波传输方式电磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的。
井下仪器将测量的数据加载到载波信号上,测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射,如图4所示。
地面检波器在地面将检测到的电磁波中的测量信号卸载并解码、计算,得到实际的测量数据。
图4 电磁波信号传输示意图这种方法的优点是:数据传输速度较快,适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数。
缺点是:地层介质对信号的影响较大,低电阻率的地层电磁波不能穿过,电磁波传输的距离也有限,不适合深井施工。
2.3 声波传输通过钻杆来传输声波或地震信号是另一种传输方法。
声波遥测能显著提高数据传输率,使随钻数据传输率提高一个数量级,达到100bps。
声波遥测和电磁波遥测一样,不需要通过泥浆循环,该系统利用声波传播机理来工作。
当钻柱、钻头与井底相互作用时,钻柱中会出现纵向弹性波。
能监测的主要参数是岩石破碎工具的回转频率,其中主要是牙轮的振动谐波。
由于振动的幅值和频率与牙轮的磨损程度具有相关性,所以可据此来判断工具的状态。
当钻进规程保持不变时,信号的幅值变化情况还可以反映岩石的力学性质。
由于信号在钻杆柱中传播衰减很快,所以在钻杆柱内每隔400~500m要装一个中继站。
声学信息通道的缺点:传送的信息量少,井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波噪声使探测信号非常困难,信号随深度衰减很快。
2.4 光纤遥测[2]美国圣地亚国家实验室已研制成功并试验过用于MWD的光纤遥测系统。
使用的光纤电缆很细小,成本低,可短时间使用,最后在钻井泥浆中磨损掉并被冲走。
在美国天然气研究所的测试中,光纤成功达到915m深度。
光纤遥测技术能以大约1M bps的速率传送数据,比其它商用的随钻遥测技术快5个数量级。
3 无线随钻测量技术的主要进展和应用现状随着定向井、水平井、分支井及大位移水平井等特殊工艺钻井技术的迅猛发展,世界各大石油公司的无线随钻测量技术日趋完善,其研制并在现场使用的仪器已经系列化并进一步推广应用,无线随钻测量技术作为特殊工艺井钻井技术及井下测量参数扩展的基础平台,逐渐发挥出其应有的力量。
(1)斯伦贝谢公司用其新的SlimPulse 回收式MWD 系统解决了深水平井作业面临的高温、高压两大难题[3]。
在意大利Villafor2tuna - Trecate 油田,用SlimPulse MWD 技术钻成了世界上最深的水平井。
最终井深达6421 m,井斜角89. 6°。
创造了在垂深6062 m、井斜角85°~90°的条件下水平钻进184m 的世界纪录。
(2)Precision Drilling Computalog 公司的恶劣环境MWD(HEL MWD)系统[3]能在180℃,172MPa的井下环境中稳定工作。
HEL包括定向探测器、高温方位伽马仪、环境恶劣度测量和井眼/环空压力探测器。
HEL系统已在墨西哥和美国进行了广泛的现场试验,在泥浆密度高达1.87g/cm3,井下温度超过170 ℃的井中成功作业。
(3)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,在胜利油田辛110-斜8井对俄罗斯沙玛拉地平线公司生产ZTS-172M电磁波无线随钻测量系统[4]进行了性能测试。
辛110-斜8井位于胜利油田东营凹陷中央断裂背斜带,地层电阻率2~4Ω·m。
ZTS电磁波随钻测量仪器下井后,1600m之前测试表明系统工作正常,在较低的电阻率地层中有效发送和接收数据,测量数据可信度高、重复性强、传输速率快,在2250m处测试,信号不正常,现场分析可能因为为排量不足。
ZTS随钻测量系统采用的涡轮发电机工作转速800~3000 r/ min,额定泵排量范围30~75L/ s,而实际泥浆泵计算排量为26.8L/s,排量达不到额定要求,涡轮发电机不能正常供电,导致无法正常工作。
通过这次实验情况来看,该系统可以在较低电阻率的地层中使用,能够保证一定的传输距离。
ZTS 系统具有较大发射功率并可设定较低的发射频率,在低电阻率地层中能够保证一定的传输距离,相信经过进一步改进可以在国内大部分油田使用。
以长庆油田为例,在使用MWD无线随钻仪实施钻井服务的410口井次中,与未使用MWD无线随钻仪的完成井相比,在平均每口井井深增加202.84米的情况下,使用MWD无线随钻仪使钻井周期缩短了0.99天。
其中在西峰区块,在平均井深无增加的情况下,钻井周期缩短了2.74天。
效果最为明显的是在杏25-103井使用该仪器,创造了长庆油田最短钻井周期2.2天的纪录。
ZW-MWD1型无线随钻测斜仪是本公司新开发的产品,研制中,我们借鉴了国内外同类产品的优点并在现有仪器的基础上进行了改进,使得仪器性能得到了更进一步的提高。
●仪器可靠性高,操作简单,维修方便。
●整套井下仪器可打捞,避免了因卡钻所造成的仪器落井损失。
●仪器能耗低,电池寿命长。
●软件操作简单,数据显示直观,具有显示、储存和打印功能。
适应现场工作的需要。
一、M WD组成及工作原理MWD无线随钻由地面仪器和井下部分组成。
(一)、井下仪器设备的组成1.循环短节:内部安装循环套总成的专用短节。
2.循环套总成:包括循环套本体、限流环、键等,用于仪器座键及产生泥浆压力脉冲。
3.驱动器/脉冲发生器总成:驱动器按照探管发输出的脉冲指令控制伺服阀,以产生脉冲信号。
4.电池筒:为井下仪器提供电源。
5.探管:测量、处理原始数据,控制传输井斜、方位、工具面、井下温度等参数。
6.扶正器:连接驱动器/脉冲发生器、电池筒、探管、打捞头、起扶正和减震的作用,并提供必要的柔性弯曲。
(二)、地面仪器设备的组成地面组成部分(图一)地面仪器设备包括:压力传感器、计算机、地面数据处理仪、司钻显示器和打印机。
探管部分MWD 地面系统中的压力传感器将泥浆脉冲信号转换成电信号,通过电缆传输到地面接口箱,处理电路接收到信号后,自动地进行数模转换,降躁,滤波等处理。
然后,将处理结果传输给计算机系统,计算机根据译码规则将信号转换成井斜,方位,工具面等数据,并在计算机及钻台司钻阅读器上显示出来, 脉冲波形由一个热敏微型打印机来监视。
当译码机构发生故障时,可由技术人员根据热敏微型打印机上的脉冲波形进行人工译码。
给钻井工程师提供实时可靠的井下情况,以更好的指导钻井工作。
其主要模块是:(见图一)·泵压传感器:装在地面高压泥浆管线上,检测高压立管压力的轻微变化,以4 -20mA 标准信号输出到地面接口箱。
·系统接口箱(SIB ):地面系统的心脏。
首先处理来自泵压传感器的井下仪器的原始信号,并将处理好的信号送往在线计算机,其次,它又是一个多路通信装置:在线计算机的有用信息通过它送往钻台;系统接口箱(SIB )包含以下几部分:·在线计算机:内装定向软件包,是该系统的一个主要控制和显示装置,它接收来自SIB 仪器的数据流并在定向软件包上将脉冲信号转换成有意义的数字,实时显示并存入硬盘。