电磁波随钻测量系统

电磁波随钻测量系统中煤科工集团重庆研究院水文物探研究所随钻测量技术介绍电磁波随钻测量系统原理和组成现场操作提纲第一部分随钻测量技术介绍随钻测量技术分类今后发展方向随钻测量技术分类1.按照传输方式有线随钻测量和无线随钻测量。有线随钻测量：优点：通过电缆测量，传输速度高实时性好；地面供电，发射机简单；特殊井的测量离不开。缺点：频繁起下影响钻井施工，效率低。无线随钻测量：优点：实现持续钻进条件下的随钻测量，提高了钻井效率。缺点：传输速率低，受环境、工况影响较大。随钻测量技术分类2.按照传输介质不同分类泥浆脉冲类、电磁波类和声波类等。目前声波类仍处于研发阶段。泥浆脉冲传输随钻测量，我们习惯于称其为MWD。电磁波随钻通常以EM-MWD称谓。随钻测量技术分类3.MWD与EM-MWD比较MWD技术在泥浆脉冲随钻测量系统中，发射机通过脉冲发生器改变钻柱内的泥浆压力，压力波将测量数据以脉冲的形式传递到地面。特点：1）在以泥浆作为钻井液情况下稳定工作。2）受泥浆影响较大。如：介质可压缩性增强时，受到限制（气体、泡沫、欠平衡钻井）；漏失井堵漏时；3）动力设备易损，使用成本较高4）传输速率低；随钻测量技术分类3.MWD与EM-MWD比较EM-MWD技术井下发射机将井下传感器测量的信息调制激励到用特殊工艺绝缘的上下钻柱之间，信号经由钻柱、套管、钻井介质、地层构成的信道传输到地面，地面接收系统通过测量地面两点之间的电位差的变化获得相关信息。特点：1）以电磁波形式传输，受钻井介质影响小；2）井下无动力部件，可靠性较高；3）传输速率高，传输信息量大；4）不受循环和开停泵限制，节省测量时间，提高钻井时效；5）传输深度受地层电阻率以及高盐泥浆影响较大，应用受到限制；6）结构形式简单，方便现场操作；7）易于实现双向通信。电磁波随钻测量系统今后发展方向1.高数据传输率随钻测量系统采用数据压缩技术、高效编码技术的EM-MWD系统。2.地质导向技术大量的测井技术转化为随钻测井工具，实现随钻实时地质评价，通过测井信息与井眼轨迹信息结合，使得钻井轨迹能够准确行进在储层中最佳位置。3.提高综合井控能力随钻测量系统携带大量的地质信息、工程参数、井眼轨迹信息，更多的工程信息井下化对于安全井控意义重大，利于工程事故早期准确预报。第二部分电磁波随钻测量系统原理和组成一.系统概述电磁波随钻测量系统是以电磁波形式将井下随钻测量参数通过地层向地面传输的随钻测量系统。测量参数：井斜、方位、工具面、温度系统功能：几何导向，使钻井轨迹能按照预先设计的井眼轨道进行，并最终实现准确“中靶”。二.技术指标定向参数：井斜：0～180°±0.2°方位：0～360°±2.0°工具面：0～360°±2.0°温度：0～125℃±0.1°系统数据传输率：0.5～12.5bps发射机外径：Ф48mm三.系统构成系统分为：接收机和发射机两大部分。发射机随钻具下井，完成对定向参数的随钻测量，并将所测参数以电磁波形式发往地面，地面设备接收这些信号，经过放大、去噪音，解码，由计算机处理显示。三.系统构成1.电磁波随钻测量发射机①绝缘天线②悬挂短节③绝缘短节④悬挂接头⑤发射机短节⑥电池短节⑦定向仪短节⑧下密封盖帽悬挂短节在钻铤上端连接。由发射机、电池组、定向仪构成的仪器串，置于由悬挂短节和钻铤构成的内腔，并通过悬挂接头进行固定。绝缘短节安装于绝缘天线内腔，与绝缘天线构成发射天线总成，绝缘天线在悬挂短节上部与之对接，并将发射机输出馈送至绝缘天线的两极。绝缘天线绝缘天线是电磁波随钻测量系统中重要的结构件之一，其上、下两端绝缘，使得钻具组合中上、下两部分相互绝缘。绝缘天线的内、外壁分别附着有绝缘层，外壁绝缘层上下分别安装有防磨带。其抗拉载荷120t，抗压载荷50t，抗扭35kN·m。悬挂短节悬挂短节也称钻铤接头。上端与绝缘天线相连接，下端与钻铤相连。其外部刻有标记槽（工具面参考点）。发射机短节发射机短节采用恒功率输出设计，自适应大范围阻抗变化，可满足地层电阻率2～1000Ω·m范围内的恒定功率输出。a)工作温度：-25℃～125℃；最大工作压力105MPa；b)抗震能力：20grms30Hz～300Hz(随机)、30g50Hz～300Hz(正弦)、抗冲击能力1000g/0.5ms；c)最大输出功率：15W；最大输出电流：10Ad)载波频率：3.125Hz~15Hz可选；传输波特率：0.5bps～12.5bps电池组短节由中间接头、电池筒和外部承压筒构成。电池采用耐高温锂电池，单节电池容量：3.67V/24Ah。电池筒为9节电池串联定制，输出电压为33V左右。实际供电采用两个电池短节串接输出+64V电压为井下仪供电。电池组短节定向仪是利用已知的重力场和地磁场做为基准来定义方向参数，即利用仪器坐标系与基准坐标系之间的相互关系来计算方向参数。定向仪短节技术指标a)最大工作温度：125℃；b)最大工作压力：105MPa；c)抗震：20grms30~300HZ（随机），30g50~300HZ（正弦）；d)抗冲击：1000g/0.5ms；e)仪器主体外径：Φ48mm；电路骨架直径：Φ35mm；f)测量范围和精度：井斜角：0~180°±0.2°方位角：0~360°±3.0°（井斜角5°）±2.0°（5°≤井斜角≤9°）±1.5°（井斜角9°）工具面角：0~360°±1.5°定向仪短节下密封盖帽下密封盖帽安装在仪器测量串的最下端，其材料为优质钛合金，其外径为：Φ48mm，有效长度为：175mm。发射机连接图第三部分现场操作施工准备仪器连接开机测试井口安装入井测试出井测试注意事项施工准备在到达井场后，将接收机及计算机放进仪器房，确认仪器房与钻机的距离，距离太远不能进行安装；在钻机上找一个接触比较良好的地方安装接收天线连钳；以井口为中心，便于连接接收机方向找一个湿润的地方，将地锚砸入地中，在接线口安装上连接线缆；将连接线缆安全高架，注意防碰、防损，连接线不允许打直角弯，以防折断；仪器连接接收机供电为220V；计算机两个USB口分别通过RS232转换器连接232口与USB口；接收机485口连接测斜仪配置线；接收机XA与XB接测试端；仪器连接发射机连接开机测试接通电源；开启工控机，打开系统软件。打开探管设置，进行发射机短节、定向仪短节设置；点击“开始定向作业”；断开通信测试线缆，将尾椎接上；测量并记录每个短节测量点对于底部的长度及整串井下仪的长度；将井下仪器串放置与一个平面上，并将上端组装的定位槽朝上；将水平仪放置在定位槽上面，转动仪器串使得水平仪中漂浮点位置居中；打开软件中系统-随钻设置-基本设置，观察软件中所测量的工具面值，将此值输入内部安装偏差上。开机测试转动仪器串观察工具面值变化的角度与转动的位置是否一致；将仪器顶部抬起，观察倾角变化的角度与抬起的位置是否一致；以仪器串上部为原点，整个仪器串转动，观察方位变化的角度与转动的位置是否一致；断开测试线缆，上部组件盖上保护帽，安装好起吊工具；将地面接收天线线缆与接收机连接；借助扶正器切削工具，将仪器串上的扶正器按照钻铤内径的要求进行切割，扶正器直径不能大于钻铤内径，小于钻铤内径不超过2mm；等待井口安装。井口安装井口安装完钻铤后，将钻铤接头连接好；用小绞车起吊仪器串；注意：抬仪器串的时候人员在仪器串一侧并不要上肩，起吊仪器串的时候注意保护仪器串不要让仪器串弯度超过30°；将仪器串从钻铤接头上面插入，上端组装接近钻铤接头上端口时停止，转动仪器串将上端组装定位槽对准钻铤接头上的定位键后慢慢放入，确保键槽进入定位键中；注意：在起吊工具上端插入一根铁棍，稍施加力去转动仪器串，如果转不动并且观察上端组装上的支撑架与悬挂短节外面定位键在一条线上，说明键槽进入定位键；井口安装拆卸起吊工具及上端组装保护帽；取出绝缘短节下端的保护帽，起吊安装绝缘天线；注：安装时要保证绝缘短节及上端组装同心并以低于0.1转/秒的速度拧扣，否则会损坏单芯插针，大钳的位置不能放置在绝缘带上，不然会损坏绝缘带；等待入井。入井测试仪器下入套管后进行入井测试，观察解码软件上信号的波形，并可继续测出一组数据，以判断仪器是否工作正常。若出现异常需要取出仪器进行检查、采取相应措施。将记录的测量点长度数据结合仪器下部的钻具数据计算出各短节的测量输入软件中的零长上；出井测试拆卸绝缘短节，绝缘短节下部与上端组装上部加保护帽；注：拆卸时确保钻铤内无钻井液，不然会造成钻井液灌入内天线内部与上部组件内部，导致绝缘较低或损坏；安装起吊工具，取出仪器串；断开接收天线，将测试天线连接仪器串，测试仪器是否正常工作，测试仪器串角差是否变化；仪器保养和拆卸；注意事项转速：不能超过60转/秒；钻井液：不能用易腐蚀、易磨损的物质；井场环境：不能有漏电、强电磁场的地方；扭矩：不能超过30KN；冲击：瞬间的轴向冲击不能超过1000g，横向振动不能超过10g。谢谢！