定向仪器(MWD)原理

MWD原理GzGGxy井斜GzGarccos井斜abHbHabHzyxcossincossincossinaHcosaHarctanzx方位MWD原理模/数转换微处理器多路开关加速度传感器A/B/C磁通门传感器X/Y/Z温度传感器探管结构框图MWD原理探管电池脉冲器压力传感器地面专用机计算机钻台显示器地面部分井下部分压力传感器地面专用机计算机压力传感器地面专用机泥浆脉冲MWD结构框图MWD原理MWD脉冲原理在泥浆泵排量恒定情况下，改变泥浆的流通面积会造成泥浆液柱压力变化。通过有规律的控制泥浆流通面积，就会产生规律的泥浆压力变化，从而传输数据。泥浆脉冲信号分为正脉冲、负脉冲。MWD脉冲原理开泵状态循环套限流环主阀头泥浆推力主弹簧泥浆伺服阀电磁机构MWD脉冲器原理开泵，发送信号状态循环套限流环主阀头泥浆推力主弹簧泥浆伺服阀电磁机构MWD脉冲器原理地面部分地面主机提供司钻显示器、立管压力、悬重、井深传感器的供电、压力信号处理、通讯。使用80-260伏宽电压范围交流供电。MWD组成地面部分分线盒是地面主机至各传感器的各电缆的中间部件，从MWD电缆分离压力传感器、司钻显示器、深度传感器、悬重传感器。MWD组成地面部分司钻显示器（RFD）从电缆接收地面主机端发送来的电源与信号，实时显示地面解码数据、时间、简短文字消息等。司钻显示器使用36V安全电压供电，485通讯协议。MWD组成地面部分立管压力传感器感知立管泥浆压力变化并传输给专用机、计算机，用于泥浆脉冲解码。使用24伏直流安全电压供电，输出4-20毫安。MWD组成地面部分滚筒传感器安装在钻机滚筒上，测量滚筒正反转并由电缆传输回专用机计算井深。使用24伏直流安全电压供电悬重传感器安装在钻机大绳死绳端，测量大绳张力并传输给地面主机。用于确定大勾悬重、钻压、大沟坐卡判断。使用24伏直流安全电压供电，输出4-20毫安信号。MWD组成地面部分电池、扶正器测试盒，提供电池组电压、电流、扶正器导通绝缘测试探管测试盒，提供定向探管、伽码探管通讯MWD组成地面部分各种连接电缆MWD电缆，连接地面主机至分线盒，提供立管压力传感器、司钻显示器的电源、信号、通讯DTU电缆，连接地面主机至分线盒，提供悬重传感器、滚筒传感器的电源、信号、通讯MWD组成地面部分各种连接电缆立管压力传感器-分线盒电缆悬重传感器-分线盒电缆滚筒传感器-分线盒电缆司钻显示器-分线盒电缆MWD组成地面部分连接图MWD组成地面连接地面部分连接图井下部分定向接头，内安装有循环套，将仪器定位在是井底钻具串固定位置，是钻具串的一部分。MWD组成MWD组成井下部分循环套，仪器坐在循环套内，由循环套支撑整串仪器，定位仪器限流环，安装在循环套内，泥浆流通中间水眼信号蘑菇头，安装在脉冲器的最底部，通过在限流环内的提升/下放改变限流环的流通面积，产生泥浆脉冲信号井下部分MWD组成MWD组成井下部分信号强度：MWD的泥浆脉冲信号强度随井深增加而衰减，大约每3000米衰减一半，如仪器产生强度为100PSI，仪器在3000米井底，地面信号强度为50PSI；仪器在6000米井底，地面信号强度为25PSI。仪器产生的脉冲信号强度由泥浆的排量、密度、粘度、限流环内径、蘑菇头外径决定。在使用清水作为泥浆情况下，如图，给出了不同蘑菇头/限流环配置下的信号强度。井下部分MWD组成MWD组成井下部分井下部分MWD组成井下部分脉冲器，仪器串下部用于定位，控制信号蘑菇头运动的组建。信号流程：定向探管控制信号-脉冲器电路-电磁阀(步进电机)-伺服蘑菇头-信号蘑菇头MWD组成井下部分定向探管，内含3个加速度计，3个磁通门，温度传感器及计算机等电路，是测量、计算、编码、产生控制信号的部分。由定向探管、抗压筒、扶正器组成。MWD组成井下部分伽码探管，内含伽码闪烁计数器，温度传感器及计算机等电路，是测量伽码、计算、修正的部分。由伽码探管、抗压筒、扶正器组成。地层中个各种岩性含有泥质成分的数量不同，而泥质成分含有的钾元素会释放伽码射线，伽码射线的强度对应钾元素的含量，通过钾元素的含量可以区分不同的岩性，如：泥岩，砂岩，页岩等。MWD组成井下部分电池组，为井下仪器串提供电力的部件，使用不可充电的锂离子电池，容量280万焦耳，输出28伏。温度规格有100,125,150,175等规格适应不同井下温度。由电池、电池减震头、抗压筒、扶正器组成。MWD组成井下部分扶正器，提供仪器串各个部件的连接作用以及使整个仪器串在无磁钻同内的扶正居中。扶正器&打捞头，使整个仪器串在无磁钻同内的扶正居中，并提供吊装整个仪器串。MWD组成井下部分整体连接MWD组成MWD连接所有连接电缆插头均使用防尘、防水插头，互不相同，防止插错。计算机和地面主机处于操作间内的安全区域，其他各种电缆、传感器处于户外非安全区域。MWD井下仪器串连接配置现场根据需要，配置井下仪器串的构成及连接顺序。可任意更改连接顺序，可用的连接顺序：1.脉冲器+伽码探管+定向探管+电池2.脉冲器+定向探管+伽码探管+电池3.脉冲器+电池+伽码探管+定向探管4.脉冲器+电池+定向探管5.脉冲器+定向探管+电池一般考虑到钻具的磁干扰、伽码探管和定向探管尽可能接近钻头，推荐的连接顺序为1,4MWD井下仪器串连接串测试仪器串测试用于：1.检查定向探管的功能2.测量定向探管与脉冲器之间的角差3.设置定向探管工作模式、参数等4.测试伽码探管的功能5.下载伽码探管存储的伽码数据6.设置伽码探管的延迟、测量间隔7.测试地面主机的压力信号通道为便于测试，可以使用测试线直接连接各个部分，而不需要使用扶正器、抗压外筒测试线1测试线2MWD井下仪器串连接串测试测试线1用于“测试地面主机的压力信号通道”，将会在软件下放显示波形。测试线2用于上页所列的1-6项所列定向探管、伽码探管的功能设置、对话。可根据需要选择连接测试线1或者测试线2。为便于测试，可以使用测试线直接连接各个部分，而不需要使用扶正器、抗压外筒测试线1测试线2MWD井下仪器串连接串测试测试线1用于“测试地面主机的压力信号通道”，将会在软件下放显示波形。测试线2用于上页所列的1-6项所列定向探管、伽码探管的功能设置、对话。可根据需要选择连接测试线1或者测试线2。为便于测试，可以使用测试线直接连接各个部分，而不需要使用扶正器、抗压外筒测试线1测试线2软件设置在计算机中安装有专用的软件：ArtLwd进入软件后，首先需要设置计算机的通讯端口。软件使用4个串行通讯口分别通讯不同的模块，分别是：RawWave：波形，在软件下放显示地面主机处理后的压力波形RFD：司钻显示器DTU：井深、悬重、钻压PulserSetup：设置解码参数在菜单“设置”-“串口设置”可以设置这些串行通信端口：点击“自动检测”后程序会自己检测合适的端口与实际硬件匹配，点击“确定”后设置完成。泥浆脉冲波形与解码脉宽门槛立管压力传感器采集的压力信号经过地面主机处理过后（泵同步、滤波等）显示在计算机软件界面的下放。一个典型的脉冲信号如图：影子脉冲泥浆脉冲波形与解码脉冲之间的距离（对应脉冲之间的时间间隔）代表数据，这些距离序列就能是井下定向探管对传输的一系列数据的编码。计算机会自动测量这些脉冲之间的距离（实际测量的是时间），但脉冲信号会收到钻具上提、下放、泵工作状况、螺杆运转状况等影响，必要时需要排除干扰，手动测量这些间隔。下图是手动测量的情形。泥浆脉冲波形与解码这些测量到的序列中的s表示同步，后面的数据各代表不同的意义：•sB……代表后面的数据是测斜数据，•s0..代表后面的数据是磁性工具面数据，•s1..代表后面的数据是重力工具面数据，•s4…..代表后面的数据是磁性工具面数据以及伽码，•s5…..代表后面的数据是重力工具面数据以及伽码泥浆脉冲波形与解码sB1232341122567890900222意义同步井斜方位工具状态码工具面温度磁场强度错误码重力矢量和磁倾角码数量331323133数据29.156.4定向伽码290172154.32OK0.974454.6例子：测斜后得到的泥浆脉冲，解码后为sB1232341122567890900，其代表的意义如下：最高工作温度：125℃系列/150℃系列/175℃系列仪器外筒抗压：120MPa@钛合金/140Mpa@铍铜合金外筒抗压筒外径：φ47.6mm仪器总长：6.2mMWD测量点：方向传感器距离短节定位孔：4.80米电池工作时间：300小时测斜传输时间：3分钟工具面传输时间：15-30秒排量：10～55升/秒（取决于钻铤尺寸）仪器压降：50～200PSI（取决于钻铤尺寸和泥浆排量）信号强度：20～100PSI泥浆粘度：≤50s(漏斗粘度)含砂量：≤0.5%固相含量：≤30%泥浆密度：≤2.7克/立方厘米MWD性能传感器类型：闪烁计数器测量范围：0-500API精度：±2API@50API最高工作温度：175℃仪器总长：7.6m（伽玛）LWD测量点：伽玛传感器距离短节定位孔：2.76米方向传感器距离短节定位孔：4.29米电池工作时间（与MWD共用）：230小时伽玛井下存储容量：4Mb存储测量点：约26万可存储时间：约48天@16秒间隔垂直分辨率：0.3米LWD性能先进的传感器补偿技术–温度补偿MWD优点先进的传感器补偿技术–正交补偿MWD优点MWD优点技术成熟、稳定、可靠的150℃脉冲器•长达1000小时的脉冲器维护时间；•完成最大井深5180m；•已成功应用在大排量（57L/S），高密度（2g/cm3）泥浆•成功应用在高达140℃环境•在长庆油田、大庆油田、中原油田、冀东油田、江汉油田、四川、新疆等多个国内油田应用；•在伊朗、哈萨克斯坦等多个国家应用；MWD优点技术成熟、稳定、可靠的175℃脉冲器•可持续工作在高达175℃环境•压力平衡不再使用不可靠的橡胶囊、波纹管•可使用在堵漏材料下的工作•更节电，降低使用成本•长达1000小时的脉冲器维护时间；•已成功应用在大排量（57L/S），高密度（2g/cm3）泥浆•完成最大井深7300m；成功应用在高达180℃环境•在辽河油田、冀东油田、四川、塔里木等多个国内油田应用；•在伊朗、哈萨克斯坦等多个国家应用；MWD优点更长的电池使用寿命，节约支出MWD长达300小时的使用时间•探管待机电流0.0558安，1.6瓦（正在设计更省电产品）•测斜0.0981安@5.2秒，6.17焦耳(其他MWD:0.1安@28V）•每个脉冲消耗3.23焦LWD长达230小时的使用时间•探管+伽码待机电流0.0858A，2.4瓦•测斜每次0.1281安@5.2秒，6.17焦耳•每个脉冲消耗3.23焦耳MWD优点更合理的外形设计，降低泥浆冲刷损耗，减少客户支出；不再使用弓形弹簧、螺旋弹簧、瓦块等易形成泥浆涡流的结构，改为使用内含轴向减震的橡胶翼扶正器，彻底降低泥浆冲刷。轻巧，操作方便MWD优点以客户需求为目标的设计、服务理念功能更多，使用更方便的司钻显示器1、增加井深、泵压、悬重、钻压显示；2、高亮、日光下可视；亮度自动调节；2、定向井工程师指令司钻；3、司钻召唤定向井工程师。MWD优点合理的价格，高性价比的MWD/LWD；钻头、马达、MWD/LWD一体化服务；灵活的服务方式：销售、租赁、技术服务；及时、专业的售后服务。MWD优点主要业绩2013年10月12日至11月12日山西省吉县柏山寺村中石化华东分公司30017钻井队延6-54-32井延6-32-54井延6-54-34井服务井深：二开8½”井眼，70m-1700m泥浆排量34L/s，密度1.05g/cm3，温度30℃2014年6月10日至6月21日北京姚家园北京万地地质工程公司152.4mm井眼侧钻服务井深：二开8½”井眼，1760m-1846m泥浆排量9.4L/s，密度1.18g/cm3，温度44℃主要业绩2014年7月14日至8月20日新疆塔里木巴州派特洛尔石油钻井技术服务有限公司P7003队金越5-1井井眼242.3mm直井跟踪服务井段1500-5