第五节 随钻测量系统

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

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

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

煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究

煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究瓦斯抽采既是煤矿瓦斯治理的主要方式之一,也是综合利用瓦斯(煤层气)的基础,井下定向钻孔因具有钻孔轨迹可控、有效抽采距离长、多分支孔和超前区域集中抽采等优点是进行煤矿井下瓦斯抽采的有效途径,在保障煤矿安全生产方面发挥了重要作用。然而随着定向钻孔孔深和孔径的增大以及施钻地层的复杂多样性,现有滑动定向轨迹控制技术与有线随钻测量技术自身固有的局限性逐渐显现。本文针对大直径/超长近水平定向孔和复杂地层近水平定向孔钻进施工难题,系统研究了煤矿井下复合定向钻进技术,揭示了复合定向模式下轨迹控制机理,定量分析了复合定向模式下钻具受力特点,设计出了适应复合定向钻进的泥浆脉冲无线随钻测量装置,提升了井下定向钻进技术装备的能力水平,为保障煤矿安全生产提供了有利技术支持。首先研究了复合定向钻进技术原理,以钻孔轨迹调控为核心制定了钻进工艺流程,并从钻进效率、钻进安全性和深孔钻进三个方面对其特性进行了分析。 基于井下近水平钻孔单弯无稳的钻具组合建立了复合钻进钻孔轨迹预测模型,并利用模拟计算,分析得出了复合钻进条件下钻进侧向力和孔斜趋势角随螺杆马达弯角、钻头侧向切削力、钻压、钻孔孔径扩大率、动力头转速和钻孔倾角变化规律;通过规律研究得出复合钻进时采用1.25度螺杆马达在钻压15kN,钻孔扩大率10%以上时,复合钻进轨迹控制处于稳斜打快状态。通过建立复合钻进三维碎岩仿真模型,提取钻杆柱振动模态,并对钻头~钻杆系统切削破岩过程进行仿真分析。基于Abaqus/Explicit显式中心差分算法对钻头破岩过程进行了瞬态分析,得到了煤矿井下小直径近水平钻孔在复合钻进条件下孔底钻具组合不会发生共振现象;同时一定程度上定量分析出复合钻进过程中孔底钻具组合和地层之间周期性应力、应变状态,为钻进工艺参数选取及钻具组合选取提供参考。其次针对煤矿井下特殊的施工环境和钻进技术要求,设计了一套适合煤矿井下条件的无线随钻测量装置,将脉冲发生器与73mm外管设计成一体式结构,采用比例先导控制技术,实现了96L/min小排量条件下脉冲信号稳定输出;应用压力脉冲幅值计算分析方法,得出脉冲压力幅值随阀头半径、泵压、泥浆排量和钻杆内径增加而增大的变化趋势,结合煤矿井下泵量参数得出煤矿井下泥浆脉冲传输的最佳阀头直径。

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。

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。

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：

随钻电阻率测量的方案分析与实现

随钻电阻率测量的方法的研究与试验 一、课题的背景 本课题来源于胜利石油管理局，胜利石油管理局与我校钻井测控研究中心已合作多年，涉及石油生产的测井、钻井等多个领域，本课题就是在双方进一步合作的基础上，为了满足胜利石油管理局定向井开发的需要而建立的研究课题。 随钻测量（MWD—Measurement While Drilling），是一项在钻井过程中，实时对井底的各种参数进行测量的技术，MWD的最大优点在于它使得司钻和地质工作者实时的看到井下正在发生的情况，可以极大的改善决策过程。最早的随钻测量研究工作始于本世纪30年代，随着钻井技术的发展，1930年出现了最早的井场人工检测法。我国1970曾开始研制MWD系统，但由于种种原因而中断，1981年继续开展这项研究。目前有线随钻测量系统已经通过技术鉴定，井下存储MWD系统正在现场实验，该系统可以测量的参数只有方向、自然伽马和温度，已经完成电磁波传输信道可行性研究。 随钻测量技术极大的推动了钻井技术的发展，为地层评价提供了新的手段，由于可以直接观测井下工程参数，这就为钻井的进一步科学化提供了有利的条件，及时获得地层资料对于准确评价地层和进行地层对比以及油藏描述也具有重要的意义。目前随钻测量技术的研究和应用正向纵深发展。 MWD系统测量的一个十分重要的方面就是电阻率地层评价测井和地质追踪（所谓地质追踪就是用随钻地层评价数据对水平井或大角度斜井进行实时的、交互式的顺层追踪，把非垂直井眼引导到最优化的地质目的层）。1MHz和2MHz 传播工具是目前尖端的MWD电阻率测井仪器，目前Sperry-Sun Drilling Service 服务公司的多空间1~2MHz“电磁波电阻率相位测井”是工业上唯一商业化的、真正的多探测深度的电阻率测井工具。 石油需求量的不断增加和海洋钻井的发展导致了定向井技术的广泛应用，降低钻井成本的持续需求促使提高效益的新工具和新技术的产生，随钻测量技术因此备受关注，在短短的20年里，飞速发展，取得了巨大的进步。目前我国国内对于随钻电阻率测量和导向钻井方面与国外的先进技术相比，还存在着较大的差距。而我国的大型石油生产基地（如大庆油田和胜利油田）以先后将科技引入生产，定向井和大位移井的数量与日俱增，对随钻电阻率测量和导向钻井技术的发展有着迫切的需求，MWD系统具有十分广阔的应用前景。 本课题将在随钻电阻率测量的方法、理论及试验方案上作一些探讨。在随钻测量研究之前常规电阻率测量已有较大的发展，其中有许多电阻率测量方法。最早使用的电阻率测井方法叫作普通电阻率测井，经改进后，发展成为目前广泛使用的聚焦式电阻率测井（或称侧向测井），它包括三侧向、七侧向、双侧向、邻近侧向、球形聚焦等测量方法，一般用于探测深度较深的场合。对于测量深度浅的情况，通常采用微电阻率测井，其电极尺寸小，电极间的距离较近，探测深度浅，主要用于测量井眼泥浆或冲洗带的电阻率。这些都属于直流电测井的范畴。直流电测井要求井内必须充满导电的泥浆或水等井筒液体，这样才能使得测量电流进入地层，达到测量地层的目的。但是对于有些情况，为了准确的了解地层的原始含油饱和度或保持地层的原始渗透性，往往采用油基泥浆或进行空气钻井，

MWD无线随钻测斜仪

MWI无线随钻测斜仪 一、作用及功能 美国SPERRY-SU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MWDE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)M PSR计算机与磁卡软件包 MPSF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)T I 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-PHTEC2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。 (6)泥浆压力传感器与泵冲传感器: 就是地面仪器设备分别安装在泥浆立管与泥浆泵上, (7)MEP 探管 MEP 探管就是装有磁性与重力测量元件与电子组件的井下测量仪器, 它可

定向钻进技术的发展状况

定向钻井技术 目录 摘要 (3) 关键词 (3) 一、概述 (4) 1.1定向钻进技术的发展背景 (4) 1.2国外定向钻进技术的发展状况 (5) 1.3我国定向钻进技术的发展 (5) 1.4定向钻进及定向钻井（孔）的含义 (6) 1.5关于“靶区”与“靶点”的含义 (7) 1.6 定向钻井的类型以及应用范围 (7) 二、定向钻井在实际中的应用——水平井 (9) 2.1水平井概述及轨迹控制 (9) 2.2管柱受力复杂和钻井液密度选择 (10) 2.3 岩屑携带和完井电测中的困难 (10) 2.4 水平井钻井过程中的着陆控制 (11) 2.5水平控制的技术要点和技术监控 (12) 三、总结 (15) 参考文献 (16)

摘要 定向钻井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。 定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术，目前在油田开发中广泛使用。采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。本文着重介绍了水平井钻井中的重点技术。 关键词：定向钻井井眼轨迹油田开发

一、概述 1.1定向钻进技术的发展背景 地质勘探的一般方法：区域地质调查——物探与化探——普查勘探——布置勘探网进行详细勘探与开发——定点取样，提交储量报告。 勘探开发的常规方法：根据地质或设计部门的要求——设计井眼位置、深度、轨迹形式，一般是各种类型的直线井（垂直井居多）——进行钻井技术方案设计——提出井眼弯曲等技术要求——采取防斜、保直措施保证井眼达到勘探要求。我国70~80年代对普查井的规范：孔斜＜1.5o～2.0o/100m。这也是根据当时的钻井技术水平而制定的。其精度到底如何？能否满足现代钻探与钻井的要求？每百米2.0o钻井的水平偏距如下： 由表中可知：钻孔精度很低，浅孔钻探尚可满足要求，中深孔则偏距过大。在一些极易造成井斜的地层，有时每百米2.0o的要求往往也难以达到，造成井斜超差，井眼报废。随着钻探与钻井工程向深部的发展，对勘探精度要求的不断提高，1.5o~ 2.0o/100m已不能满足要求，设计部门提出了0.5o/100m的要求，常规钻井技术要达到这一要求是非常困难的，钻井技术中研制了种类繁多的防斜、稳斜机具，取得了一定的成效，但仍然无法从根本上解决这一技术问题。 70～80年代，随着我国的改革开放政策，机械、电子、测试、材料加工等技术的发展，研究、引进和开发受控定向钻进技术取得了巨大的进展，利用地层