搜索
２０１3年１２月技术服务公司李海平上悬挂式无线随钻测量系统介绍目录实时信号的传输方式上悬挂式无线随钻测量系统的构成工作原理、特点与技术规范无线随钻测量系统的工作环境要求上悬挂式无线随钻测量系统施工操作无线随钻测量系统现场应用与存在的问题上悬挂式无线随钻测量系统介绍一.实时信号的传输方式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：l.连续波方式连续波脉冲发生器的转子在高速泥浆流的作用下产生正弦或余弦压力波，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上悬挂式无线随钻测量系统介绍间上出现相位移，在地面连续地检测这些相位移的变化，并通过译码、计算得到测量数据，这种方法的优点是：数据传输速度快、精度高。缺点是：结构复杂，数字译码能力较差。连续波方式工作原理图上悬挂式无线随钻测量系统介绍2、正脉冲方式泥浆正脉冲发生器的蘑菇头与孔板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变化，蘑菇头的运动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。这种方法的优点是：下井仪器结构简单、尺寸小，使用操作和维修方便，不需要专用的无磁钻铤。缺点是：数据传输速度慢，不适合传输地质资料参数。上悬挂式无线随钻测量系统介绍泥浆正脉冲方式工作原理示意图上悬挂式无线随钻测量系统介绍3、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。这种方法的优点是：数据传输速度较快，适合传输定向和地质资料参数。上悬挂式无线随钻测量系统介绍缺点是：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。上悬挂式无线随钻测量系统介绍4、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。检波器在地面将检测到的电磁波及测量信号卸载并解码、计算，得到实际的测量数据。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参数。上悬挂式无线随钻测量系统介绍缺点是：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，不适合超深井施工。上悬挂式无线随钻测量系统介绍二.上悬挂式无线随钻测量系统的构成：HT-MWD无线随钻测量仪器是由地面部分(地面数据处理系统、防爆箱、司钻读数器、泥浆压力传感器)、井下部分(探管、脉冲发生器总成、流筒外围件总成、无磁悬挂短节)及辅助工具、设备组成。上悬挂式无线随钻测量系统介绍一）、地面部分：1、地面数据处理系统地面数据处理系统是HT-MWD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，进行数据的处理和储存，并且在地面数据处理系统和司钻读数器上显示，或在打印机上打印。测量人员可以通过观察地面数据处理系统显示的波形和数据，判断或调整地面设备、井下仪器的工作状态。上悬挂式无线随钻测量系统介绍2、司钻读数器司钻读数器主要用来在钻台上实时显示井下工具数据及测量数据。上悬挂式无线随钻测量系统介绍3、防爆箱防爆箱是HT-MWD无线随钻测斜仪系统的保护装置，它是限制与它连接的其它设备的电压和电流，防止出现电火花，保证仪器设备在现场使用的安全。通过防爆箱与地面数据处理系统上悬挂式无线随钻测量系统介绍连接的地面仪器装置有泥浆压力传感器和司钻读数器，并为这些仪器装置提供电源。防爆箱的输入端电缆与地面数据处理系统上的HT-MWD接口连接，安装在仪器操作间内，并在仪器操作间外采用专用地电缆接地。4、压力传感器在HT-MWD无线随钻测斜仪系统的地面仪器设备中，还包括泥浆压力传感器。泥浆压力传感器安装在钻台的立管上，检测来自井下仪器的脉冲信息，并将泥浆的压力脉冲转化成电脉上悬挂式无线随钻测量系统介绍冲信息传至地面数据处理系统进行处理和显示。泥浆压力传感器通过电缆与防爆箱相连，再由防爆箱连接到地面数据处理系统上。二）、井下部分：1、定向探管其结构采用三维重力加速度计结构和三维磁力计结构，其特点主要包括以下几点：上悬挂式无线随钻测量系统介绍1）.探管采用固化设计，所有的元件都被固定在电路板上，并且大都以芯片为主，从而提高了探管的抗干扰能力。确保探管的测量精度及测量结果更加可靠。2）.探管将电路和仪器外筒组装到一起，从而在施工时不需要另外的仪器外筒。3）.探管的工作方式由地面软件系统写入。用Halliburton650系统施工时，工作内容可以根据用户的需要写入。上悬挂式无线随钻测量系统介绍4）.定向探管还可与地质导向工具组合施工。5）.探管和流管之间的角差（工具面偏移量HSG）需要用圆角量规测量。上悬挂式无线随钻测量系统介绍2.脉冲发生器和涡轮发电机配件脉冲发生器是HT-MWD无线随钻测斜仪的关键部件和关键技术，为了满足不同的井眼条件和泥浆排量，其有200系统、350系统、650系统、1200系统。脉冲发生器适用于所有系统，但各系统部分配件不同，选用不同规格的流筒总成和外围配件，组成不同的井下仪器系统。上悬挂式无线随钻测量系统介绍3.钻杆滤清器钻杆滤清器用来滤除大颗粒钻屑、手套、木块等杂物，这些物质可能随泥浆流进入脉冲发生器内，造成故障。4.悬挂短节：悬挂短节主要用于放置井下仪器串总成。三）.其它设备和工具：其它设备和工具包括各种连接电缆、操作工具、测试工具、操作间、电源等。上悬挂式无线随钻测量系统介绍三、上悬挂式无线随钻测量系统的工作原理、特点与技术规范：1、工作原理与特点：上悬挂式正脉冲随钻测量仪器依靠泥浆流驱动流筒内的转子并通过磁耦合带动液压泵及井下涡轮发电机工作。脉冲驱动电路控制脉冲发生器的电磁阀与提升阀的相对位置，因此其能在瞬间改变泥浆循环通道的橫截面积，相应地在钻柱内的循环压力也会瞬间升高或降低，从而获得传输井下测量参数所需的泥浆压力脉上悬挂式无线随钻测量系统介绍冲信号。地面上采用压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息并传输到地面数据处理系统进行处理，井下仪器所测量的井斜角、方位角和工具面等井眼轨迹参数可以显示在地面数据处理系统和司钻显示器上，也可打印出来。上悬挂式无线随钻测量系统介绍该随钻测量仪器具有如下特点。1）、采用正脉冲泥浆压力传输系统进行数据传输，使得整个井下仪器串结构紧凑、体积小，现场检测、组装和拆卸方便，占用井口作业时间短。采用涡轮发电机为井下仪器串供电，使井下仪器的连续工作时间长、费用低。2）、该随钻测量系统具有短测量和全测量功能。短测量方式的数据传输速度快，工具面刷新时间短。全测量方式可以将探管测量的磁性和重力分量数据传输到地面数据处理系统，用上悬挂式无线随钻测量系统介绍于磁性参数分析，消除来自井下钻具对测量仪器的磁性干扰，在大斜度定向井和水平井的测量作业中能及时判断测量数据的误差原因以及确定测量的精度。3）.地面数据处理系统配有随钻监视系统，司钻可通过司钻显示器掌握井下钻具的工作状态，指导定向钻进。上悬挂式无线随钻测量系统介绍2、井下工具技术规范HT-MWD类型2003506501200钻铤外径3-1/2″4-1/2″6-1/2″8″9-1/2″89mm121mm165mm203mm241mm内径2.125″2.815″2.815″3-1/4″3-1/4″53.96mm71.44mm71.44mm82.55mm82.55mm一般长度17.48ft31ft6ft6ft6ft5.33m9.449m1.829m1.829m1.829m连接扣型Special311×310411×410631×630731×7303-1/2″IF4-1/2″IF6-5/8″REG7-5/8″REG上扣扭矩Ft.1b32009900300004700083000N.M4340134004070063700113500注意：以上扭矩允许有±10%的波动。最大狗腿度滑动30°/30m30°/30m21°/30m14°/30m14°/30m30°/100ft30°/100ft21°/100ft14°/100ft14°/100ft转动30°/30m14°/30m10°/30m8°/30m8°/30m30°/100ft14°/100ft10°/100ft8°/100ft8°/100ft上悬挂式无线随钻测量系统介绍3、井下仪器的工作条件泥浆泵双缸或三缸泵空气包充气量推荐充气压力为立管压力的30~40%允许的泥浆排量200系统5.7~12.6升/秒（90-200GPM）350系统9.5~22.1升/秒（150-350GPM）650系统14.2~41.06升/秒（225-650GPM）1200系统22.1~75.7升/秒（225-1500GPM）泥浆类型水基泥浆（清水或盐水）、油基泥浆泥浆密度小于2170Kg/m3(18PPG)含沙量小于1.5%塑性粘度小于50cp可承受最大压力18000Psi（126MPa）最高温度150℃上悬挂式无线随钻测量系统介绍4、系统测量精度：方位角±1.5°（Inc.＞10°,Dip＜70°）井斜角±0.1°(在0～180°范围内)磁性工具面±2.8°高边工具面±2.8°测量数据修正时间3.5min/5.5min工具面修正时间14s/9s，传送频率0.5Hz/0.8Hz上悬挂式无线随钻测量系统介绍四.上悬挂式无线随钻测量系统的工作环境要求：一）、泥浆控制要求使用350、650、1200系统施工时，井队、定向井工程师、测量工程师、泥浆工程师应共同合作、监督，控制循环泥浆的性能，使其既能保证井下安全施工要求，又能满足随钻测量仪器的正常运行。1、上悬挂式MWD仪器，不允许在有微珠和其它堵漏材料，包括核桃壳、纤维材料等的泥上悬挂式无线随钻测量系统介绍浆条件下工作，并要严格控制泥浆的有害固相含量，含砂不超过0.5％、粘度不超过90秒。2、对于长时间没有使用的钻杆，下井前要通径，并用大铁榔头敲击，震落里面的管垢和其它杂质，确保内壁干净后再下钻入井。3、必须使用钻杆浮阀，防止下钻过程中泥浆倒返带入的岩屑阻碍泥浆的流通及转子的旋转。4、使用350、650、1200系统下井施工前，如果泥浆中的杂质过多，要先循环处理泥浆，上悬挂式无线随钻测量系统介绍同时在地面用钻杆滤清器和大磁铁清除泥浆中的杂质，直到泥浆符合随钻测量仪器施工要求为止。5、使用350、650、1200系统施工过程中要在井口的钻杆内放入钻杆滤清器。钻杆滤清器放在方钻杆下端的单根里，每次单根前取出，清洗干净后再放入下一个单根。6、开窗井从开窗锻洗开始，都要在振动筛的泥浆出口和泥浆槽内放置专用磁铁，并要定时清洗，以清除泥浆中的铁屑及钻杆内冲蚀下来的铁垢。上悬挂式无线随钻测量系统介绍二）、不适应MWD施工的环境1、不允许在有微珠的泥浆中工作。泥浆中含有微珠，会卡在下轴承套和定子之间，阻碍转子转动。对于带护盖的转子，还会卡在转子护盖和流筒的间隙内，导致转子更难转动。2、在有堵漏材料的泥浆中施工包括中、细核桃壳、各种纤维材料、编织袋、密封材料等。这些材料有可能发生堵死定子、卡死转子、缠死蘑菇头、阻止蘑菇头伸缩上悬挂式无线随钻测量系统介绍等现象，导致测量仪器无法正常工作。3、泥浆的固相含量高、塑性粘度高泥浆固相含量过高，会导致大量固体物在转子的磁芯里面堆积，阻碍转子旋转。塑性粘度过高会加快脉冲信号的衰减速度，在深井施工中难以有效传输测量数据。打完水泥没有循环好，钻杆中有固体水泥块，泥浆中有大的橡胶块没滤掉，泥浆中有大量的固体等，都有可能发生卡死转子、卡死蘑菇头、阻止蘑菇头伸缩等现象，导致仪器不能正