隨鉆測量與控制技術(shù)技術(shù)講座－2－主要內(nèi)容一、概述二、MWD/LWD三、EM-MWD介紹四、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向五、地質(zhì)導(dǎo)向－3－(一)、背景(二)、測量原理(三)、關(guān)鍵技術(shù)(四)、系統(tǒng)組成EM-MWD－4－背景技術(shù)需求:在油氣鉆井中，尤其是以泡沫、充氣泥漿、氣體為介質(zhì)的欠平衡井中,需要一種可以廣泛適用于上述介質(zhì)的隨鉆測量技術(shù)在煤層氣井的隨鉆測量中，需要高效、低成本的隨鉆測量技術(shù)，以滿足煤層氣開采的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)隨著充氣鉆井技術(shù)在煤層氣中規(guī)模化應(yīng)用，迫切需要一種可以在充氣鉆井介質(zhì)中傳輸信號的隨鉆測量技術(shù)無線電磁波隨鉆測量技術(shù)相對于傳統(tǒng)的泥漿脈沖技術(shù)而言，具有應(yīng)用介質(zhì)范圍廣、信號傳輸速率快、現(xiàn)場應(yīng)用故障率低等優(yōu)勢，因而可以滿足以上技術(shù)需求。技術(shù)現(xiàn)狀:國外：技術(shù)成熟，多家公司具有成熟產(chǎn)品國內(nèi)：多家公司研發(fā)，僅DREMWD達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平；目前國內(nèi)服務(wù)市場國外儀器占主流地位－5－背景技術(shù)難點(diǎn):電磁波在地層中傳播時(shí)損耗大、衰減快，導(dǎo)致信號傳輸深度及傳輸速率受到極大限制要建立隨鉆電磁信道，需要形成兩個(gè)發(fā)射電極，要求將鉆鋌斷開后再形成絕緣連接，為保證井下安全，使絕緣鉆鋌設(shè)計(jì)及制作工藝面臨巨大挑戰(zhàn)；此技術(shù)國外也一直處于不斷改進(jìn)和完善中由于受地層影響上傳信號嚴(yán)重衰減，導(dǎo)致傳至地面的信號極其微弱，給地面信號檢測與解碼帶來極大困難－6－(一)、背景(二)、測量原理(三)、關(guān)鍵技術(shù)(四)、系統(tǒng)組成EM-MWD－7－測量原理無線電磁波傳輸信道的物理模型用集中參數(shù)表示的地層等效旁路電阻，導(dǎo)致鉆柱上電流擴(kuò)散的電阻該電阻相當(dāng)于從接地極到鉆頭這一地層深度上的等效分壓電阻由鉆柱到接地極間的等效電阻接收機(jī)信號源接收機(jī)接地極接收天線一端連接地極，一端連接收機(jī)接收天線一端連接井架（鉆柱），一端連接收機(jī)絕緣偶極發(fā)射天線－8－測量原理無線電磁波傳輸信道的數(shù)學(xué)模型地層電阻率分別為：ρ1，ρ2，ρ3，…ρn地層厚度分別為：z(1)，z(2)，z(3)，…z(n)此時(shí)鉆柱上的電流分布為

－9－(一)、背景(二)、測量/原理(三)、關(guān)鍵技術(shù)(四)、系統(tǒng)組成EM-MWD－10－關(guān)鍵技術(shù)傳輸信道四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)井下發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)與制作技術(shù)井下電磁信號發(fā)射技術(shù)井下大功率電源技術(shù)地面弱信號檢測與處理技術(shù)地面系統(tǒng)井下系統(tǒng)DREMWD－11－關(guān)鍵技術(shù)井下發(fā)射天線的結(jié)構(gòu)與制作技術(shù)－12－關(guān)鍵技術(shù)井下電磁信號發(fā)射技術(shù)－13－關(guān)鍵技術(shù)井下大功率電源技術(shù)－14－關(guān)鍵技術(shù)地面弱信號檢測與處理技術(shù)－15－(一)、背景(二)、測量/原理(三)、關(guān)鍵技術(shù)(四)、系統(tǒng)組成EM-MWD－16－系統(tǒng)組成系統(tǒng)總成核心模塊功能單元井下系統(tǒng)總成絕緣偶極子發(fā)射天線絕緣偶極子絕緣耐磨層大功率電磁信號發(fā)射器適于地層電阻變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)電路功率發(fā)射器傳感器與測控電路發(fā)電機(jī)濾波穩(wěn)壓和轉(zhuǎn)換控制電路電磁發(fā)射導(dǎo)桿傳感器接口與信號調(diào)制電路井下定向傳感器、平均伽馬傳感器大功率發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)本體無接觸磁偶驅(qū)動(dòng)器氣體和液體驅(qū)動(dòng)渦輪井下旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)方位伽馬方位伽馬傳感器測量電路地面系統(tǒng)總成地面接收機(jī)與地面信號解調(diào)軟件弱信號接收電路信號濾波和放大電路DSP數(shù)字濾波電路地面信號解調(diào)軟件信號接收天線地面電壓場接收天線地面電流場接收天線－17－系統(tǒng)組成4-3/4?DREMWD-II井下系統(tǒng)4-3/4?DREMWD-III井下系統(tǒng)(可打撈)－18－系統(tǒng)組成方位旋轉(zhuǎn)伽馬軸向測點(diǎn)距螺桿上端面1.6米方位旋轉(zhuǎn)伽馬徑向測深0.3米方位伽馬為串聯(lián)式座鍵安裝，當(dāng)遇煤層垮塌鉆具被埋風(fēng)險(xiǎn)時(shí)4-3/4?DREMWD-III儀器串可打撈出井

－19－系統(tǒng)組成主

要

功

能通過電磁波建立隨鉆信號傳輸信道為幾何導(dǎo)向提供井斜角、方位角和工具面等井筒軌跡參數(shù)通過方位自然伽馬實(shí)時(shí)測量，可判別煤層界面和地層巖性，為地質(zhì)導(dǎo)向決策提供重要依據(jù)主

要

技

術(shù)

特

征自然伽馬動(dòng)態(tài)隨鉆測量技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)鉆進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)實(shí)時(shí)方位測量井下低頻自適應(yīng)信號發(fā)射器和獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)調(diào)制與檢測技術(shù)，傳輸深度和上傳速率高滿足多種介質(zhì)的井下大功率發(fā)電機(jī)技術(shù)適用于以常規(guī)泥漿、充氣或泡沫泥漿、氣體等為循環(huán)介質(zhì)的油氣常規(guī)鉆井、欠平衡鉆井和煤層氣鉆井作業(yè)主要功能與技術(shù)特征－20－系統(tǒng)組成主要技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)總體技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)公稱外徑(mm)

120

172最大外徑(mm)

124

172適用井眼尺寸(mm)149

200(5-7/87-7/8

)216

241(8-1/29-1/2

)傳輸類型電磁波上傳傳輸速率(bit/s)20(最高)測量參數(shù)方位伽馬，井斜角，工具面角，方位角最高工作溫度(

C)125最高耐壓(MPa)100最大泥漿流量(L/s)2450.5最大壓降(MPa)1.71.5最大氣體流量(m3/min)60110最大壓降(MPa)0.30.2鉆頭轉(zhuǎn)速不限－21－系統(tǒng)組成主要技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)總體技術(shù)指標(biāo)(續(xù))項(xiàng)目指標(biāo)方位自然伽馬傳感器位置距鉆頭螺紋距離隨鉆具組合而變化工程參數(shù)傳感器位置距鉆頭螺紋距離最大允許沖擊(m/s2)10000(0.2ms,1/2sin)最大允許振動(dòng)(m/s2)150(10Hz

200Hz)系統(tǒng)上端螺紋(BOX)3-1/2?IF4-1/2?IF系統(tǒng)下端螺紋(PIN)3-1/2?IF4-1/2?IF最大狗腿度36

/30m(旋轉(zhuǎn))，20/30m(滑動(dòng))22

/30m(旋轉(zhuǎn))，11/30m(滑動(dòng))最大鉆壓(kN)120200上扣扭矩(N.m)9800

1130021800

33600系統(tǒng)總長(m)9.46－22－系統(tǒng)組成主要技術(shù)指標(biāo)工程參數(shù)傳感器參數(shù)與性能指標(biāo)項(xiàng)目測量范圍精度方位角(

)0

360±0.3(井斜≥10),±1.0(井斜510),±2(井斜05)井斜角(

)0

180±0.10工具面角(

)0

360±0.10溫度(

C)0

1252.5抗震動(dòng)(G)20

(隨機(jī)5Hz

1000Hz)抗沖擊(G)