SDIMWD说明书

1、 SDI MWD 说明书一般特性：工具外径，in4.75²、6.25²、6.5²、6.75²、8²、9.5²工具长度,ft(OD) 定向钻进 定向+Gamma16.8 (加脉冲发生器接头4.0)16.8 （加脉冲发生器接头4.0）最大狗腿严重度 °/100ft(OD) 滑动钻井 转盘钻井12° (8”)、20° (6.75”)、28° (4.75”)7° (8”)、 10° (6.75”)、12° (4.75”)等效抗弯刚度 OD´ID, in(OD)4.

2、66´2.25最高工作温度 150°C (302°F)电池使用寿命150 小时（锂电池）最大工作压力20,000 psi泥浆流量范围 加伦/分(OD)100-400gpm (4.75²-6.5²)125-1000gpm (6.75²)125-1500gpm (8²-9.5²)堵漏材料 颗粒最大尺寸、浓度中等粒度桥堵剂（Medium nut plug） 40lb/bbl （咨询油田工程师）是否需要泥浆滤网需要压力降, 水介质通过工具(OD)a. 25 加伦/分b. 500 加伦/分c. 1000加伦/分40 psi5

3、0 psi75 psi压力脉动阻尼器调节压力为立管压力的30%信号传输起动开关停泵, 停转盘, 开泵，传输信号控制方式正脉冲有线可回收不可有线回收最大钻压，psi不限制Downlink:泥浆流动旋转电缆收放电磁测量允许泥浆流动允许钻具旋转允许电缆收放不可以电磁测量定向特性:磁性工具面（MTF）/高边工具面（GTF）转换井斜增加至5 °、井斜减少至3 °工具面刷新时间快速刷新11.2秒、普通刷新14秒测量时间, 秒停泵-停转盘-开泵，传输测量数据150秒(快速), 172秒（普通）测量状态 测量时不允许钻具滑动或旋转定向测量点位置脉冲发生器定位键向下 14ft系统工具面角精度

4、±1.4°系统方位角精度±0.25°系统井斜角精度±0.15°Gamma 射线探测器类型闪烁计数器(Scintillation)测量AAPI GR伽玛测量点位置脉冲发生器定位键向下10.3 ft数据查询 储存数据实时查询数据实时存储光谱GR无其它振动监测监测BHA 振动，输出振动参数钻头钻压和扭矩无钻压和扭矩监测其它传感器温度传感器电子井径仪无井径仪传感器测量量程单位精度Bits传输分辨率井斜0-120°±0.15110.059方位0-360°±0.15120.088工具面0-360°

5、±0.1590.71工具面0-360°±0.1572.81Gamma high res-512Counts130.0625Gamma0-255Counts72磁场强度0-100000NT9159.31温度-50-205°C80.996电池电压6-12V41.0峰值振动1-16.5G50.5平均振动1-16.5G50.5刷新率 测 量 脉冲宽0.8 脉冲宽1.0测量（脉冲60秒延迟）1min.30s1min.52s工具面11.2s14工具面（带Gamma）20.16s25.2Gamma504.s1min.3s上扣扭矩接头脉冲发生器接头OD,in上扣下扣钻铤

6、I/Din扭矩ftlbs4.5”大钳钳尾绳拉力4“大钳钳尾绳拉力3.5”大钳钳尾绳拉力7-5/8Regular91/2BOXPIN31/2750001700019000210006-5/8Regular8BOX/PIN31/2450001000011000130005-1/2Full Hole63/4BOX/PIN31/2250005500600070004-1/2Extra Hole61/2BOX/PIN213/16220005000550060004-1/2Extra Hole61/4BOX/PIN213/16220005000550060003-1/2IF43/4BOX/BOX213/1

7、61000200025003000Gamma Scale FactorsCollar SizeScale Factor6-1/26.334-4/44.22SDI MWD 简 介 脉冲发生器接头与普通导向工具定向接头类似。接头内装入脉冲发生器，并有两个定位键，定位键的作用是保证工具、BHA与泥浆马达的工具面刻线一致。脉冲发生器坐在一个称为collar spacer的套筒内，套筒坐在脉冲发生器接头内的台肩上。Collar spacer的作用是保证脉冲发生器能够与定位键相吻合。脉冲发生器内有一个螺线管，螺线管驱动导向阀，导向阀控制主阀动作，从而产生泥浆正脉冲。 SDI有三种不同的脉冲发生器适用于不同

8、的流量范围。如下所示：脉冲发生器接头inches脉冲发生器流量GPM9-1/281000GMPor1500GPM1000GPM or 1500GPM125 TO 1000 OR 200 TO 1500125 to 200 to 15006-3/41000GPM125 to 10006-1/26-1/44-3/4400GPM400GPM 400GPM100 to 400100 to 400100 to 400 脉冲发生器驱动器是一个电子模块,它控制脉冲发生器螺线管。 电池模块内装有高能电池,为整个井下工具提供电力。 定向传感器和Gamma传感器装在一个抗压筒内, MWD控制器部分也装在该筒内。科

9、学钻井公司的导向工具都使用同样的定向传感器和Gamma传感器 脉冲发生器驱动器、电池、定向传感器和Gamma传感器都装在1.75”的抗压筒内，各段抗压筒通过扶正器互相连接在一起。除此之外，振动传感器和球形丝堵接在探管总成的下部。扶正器用于消除冲击和振动，在不同尺寸的钻铤中扶正器是通用的。定 向 传 感 器 加速度计测量井斜。重力是一种加速度。假如我们在弹簧上接一个重物，并垂直提着，重物将拉伸弹簧。弹簧伸长量取决于弹簧的弹性系数、重物的加速度和质量。地球的加速度称为”g”。假如我们颠倒g的方向，弹簧就会被压缩同样的量。这就是加速度计的工作原理。MWD有3个加速度计，即Gx,Gy和Gz，两两成90

10、度角。 磁通门测量某一方向上的地球磁场强度。磁通门有两个一模一样的磁心，每个磁心上缠绕一个主线圈，两个磁心上的线圈方向相反，一个二级线圈缠绕在两个磁心和主线圈上，一个励磁电流在每个磁心上产生磁场。磁场强度一致，但方向向反。当磁通门置于外部磁场中时（该磁场方向与磁通门方向一致），就会产生不平衡，这样，在二级线圈内就会产生与外部磁场成正比的电压。 通过测量由外部磁场产生的电压就可以计算出精确的方向和当地磁场的强度（与井眼中磁通门方位相关）。磁场强度用微特斯拉（t）或毫特斯拉（nt）表示。 加速度计和磁通门都输出电压，两者都必须采用修正系数加以校正。修正系数用来校正量程和偏移误差，温度的影响，定位误

11、差和其它的生产过程中产生的轻微的机械误差。修正系数存储在EYE的存储器中，每次校准仪器时这些数据都要刷新。仪器之所以要求有温度传感器就是为了当工具进行实时测量时需要些参数来修正测量数据。测量（surveys）测量值的计算是在井下仪器中进行的。井斜计算使用三个加速度计传感器测量值；方位计算使用三个磁场通门和三个加速度计传感器测量值；高边工具面计算使用加速度计测量值；磁性工具面计算既使用磁通门测量值，也使用加速度计测量值；磁场强度计算使用三个磁通门测量值；重力场计算使用三个加速度计测量值；磁倾角计算使用三个磁通门和三个加速度计测量值。井下仪器可以用三种模式传输工具面数据：1) 高边工具面不变设置；

12、2) 磁性工具面不变设置；3) 根据井斜角大小，从磁性工具面自动切换到高边工具面。井斜角增加到°，或减少至°时工具面开始自动切换。哪个传感器可靠1) 套管内，井斜角小于转换角度(3°5°)，这时会有磁干扰，磁通门测得的任何一个数据都不可靠。当井斜角小于转换角时，高边工具面最不稳定，所以所有的数据都不可用；2) 套管内，井斜角大于转换角，加速度计测得值可用，比如井斜角、高边工具面角；3) 磁场强度无效时，井斜角、高边工具面可靠，但磁通门数据不可靠。4) 重力场强度无效。所有数据都不可靠。确定测量数据是否有效： 把测得的数据报告给其他人之前，需要确定这些测量

13、数据是否正确，检查步骤如下：1) 所读取的井斜角和方位角是不是与预测的一致；2) 最新的磁场强度传输值是否正确？在你知道你所处位置的经度和纬度的情况下，有几个程序可用来评估这个值；3) 重力场是否正确？它应该是一个接近于1的值，并与预测值接近；4) 你是否已经输入了正确的磁偏角和坐标偏差；5) 温度读数正确吗？仪器内失效的温度传感器将导致错误的修正计算，而且所有的数据都值得怀疑；6) 测量时钻柱是否在移动；7) 核实深度。测量计算程序必须修正深度以产生正确的剖面图和狗腿度。电源和通讯 在地面可以与EYE工具直接通讯，仪器在井下时可以通过电缆与EYE通讯。通讯方法与Scientific Dril

14、ling公司的导向工具的通讯方法是一样的，即FSK(Frequency Shift Keying)。用FSK与EYE通讯时，由地面系统供应电力，电源线与通讯线为同一根线。 EYE仪器用一根称为RS-485的电缆把数据传输给MWD控制器。 为了延长电池的寿命，只是需要定向数据时，才给EYE一起供电，MWD控制器负责电源切换。MWD控 制 器 概 述MWD控制器的作用：1) 控制对EYE仪器的数据接收；2) 测量自然伽码射线；3) 通过监控流量计开关来控制数据接收和传输的时间；4) 格式化输送给脉冲发生器驱动器的数据，然后驱动器控制到地面的数据传输；5) 根据流量开关或旋转开/关时间顺序，调整脉冲

15、宽度和数据传输顺序格式。这个在地面预编的程序指的就是Talkdown；6) 测量电池电压和工具承受的振动；7) 存储冗余的测量数据和存储诊断信息；8) 为地面初始化和测试仪器提供通讯接口。MWD控制器的中心部位是一个微处理器。其内部的软件执行如上所述的控制功能。控制器的主要组成如图所示：处理器至其他部分自EYE部分PMT/Gamma6MB内存流量计RS-485FSK/电源流量计 当钻柱既转动又有泥浆通过时，流量计的作用是激活脉冲发生器。这种设计是采用一个加速度计探测由泥浆流动和钻柱转动在仪器上引起的轻微振动。这种设计已被证明是可靠的，同时，也有利于井下仪器通过钻柱旋转或泵压实现开关(talkd

16、own)。这种设计的缺陷在于仪器的任何运动都将会引起流量计开关并开始传输数据。这就意味着在起下钻过程中仪器也要消耗电能，而且，也增加了无效信号传输的几率。工具操作简要操作程序如下：1) 等到流量计探测到有泥浆流动；2) 等60秒钟直到泵压稳定；3) 传输测量数据，井斜角、方位角和工具面角；4) 若选择Gamma数据，连续传输Gamma数据和工具面角；5) 按在地面设置的时间间隔传输状态数据（电压、温度、磁场强度）；6) 流量计探测到断流超过30秒后，停止数据传输；7) 从探测到断流40秒再传输一组测量数据；8) 回到1）。存储器控制器部分有两类存储器：1) 易失存储器（掉电时数据丢失）；2)

17、非易失存储器（6MB，掉电时数据不丢失）。 易失存储器里记录的数据是与时间有关的仪器工作状态。大部分地面与仪器通讯是这类记录，如脉冲宽度变化，存储清除等。另外，当仪器工作时，流量的开、关次数也被存储。 在非易失存储器里，记录较多的是诊断数据，如流量计电压。将来，这种存储器也可用来存储Gamma和测量数据。 非易失存储器不刷新。数据存满后，所有的数据都会停止存储。非易失存储器占涌3Meg空间存储数据，剩余的3MB将用来存储Gamma数据。振动探测器MWD控制器用加速度计的原始输出提供两个测量数据，一个是峰值振幅，另一个是平均值振幅。两项测量的范围是1到16.5g（以1g递增）。 这些测量数据的主

18、要用途是对BHA可能产生的极度振动提出警告（尤其是对相对脆弱的MWD工具）。假如看到有高峰值，必须采取某种措施，如改变转盘转数或者改变钻压，或者两者都要改变，直到较为正常的值出现为止。脉冲发生器驱动器脉冲发生器驱动器的作用：1. 接收来自于MWD控制器的脉冲指令；2. 用一种特殊波形电流激活脉冲发生器中的螺线管；3. 倍增电池输出电压以加强对螺线管供电；4. 把电压、电流波形储存在存储器内以备诊断之用。MWD控制器无论什么时候需要执行器激活脉冲发生器，只要它输出一个信号即可，这个信号的宽度和仪器设置的脉冲宽度是一样的。驱动器框图如下所示：湿接头螺线管驱动器处理器电容器存储器 接地自控制器 螺线

19、管完成某一动作的激发时间是指从加电开始到回到原来位置这段时间。对于某一给定螺线管来说，这个时间取决于负载、工作周期、输入电量、冲程和温度。当DC电压加在螺线管线圈上时，电流会上升到图示的点（a）。这种时间延迟（出现在柱塞运动之前）是螺线管电感和电阻的一种特性，要求磁通量驱动磁心来克服载荷。随着柱塞完成整个行程并关闭间隙，会引起磁力增加，电流迹线下降。低点(b)表示螺线管已经完成了一个行程，电流迹线再开始上升达到稳定电流值。电流（A）cba 时间（豪秒） 如果螺线管上的载荷增加，需要更多的时间才能达到（c） 点，如虚线所示。 如果螺线管上的载荷比它所能处理的大，那么线圈内的电流将产生一个稳定的电

20、流值，同时迹线不会下降，因为柱塞没有运动。 驱动器电路给螺线管提供初始电流以激发和达到稳定电流，然后接驳一个较低的电流以维持螺线管处于激发状态，目的是完成脉冲整个发射过程。这个较低的电流叫做保持电流（hold current），而且对于减少电池能量消耗具有绝对好处。 驱动器以两种模式工作，定时模式和智能模式。定时模式 在这种模式下，驱动器提供两种电流波形，高电流用于打开导向阀，低电流用于保持导向阀开启，电流波形如下图所示. 操作员可以选择向螺线管提供原始电流所用的最短时间和最长时间。电流(mA)1000 300时间（由脉冲宽-时间决定） 时间（毫秒）智能模式 在此模式下，驱动器自动控制给螺线管

21、的电流，在最初开启时可提供高至1安培电流。但是，螺线管停止动作并达到稳定状态时，高电流就停止了。与定时模式比较起来这会节省大量电能。电流(mA)1000高电流停在此处 300时间（由脉冲宽-时间决定） 时间（毫秒） 驱动螺线管所要求的电流接近电池电量的极限，为了克服这一问题，在不发射脉冲时电能会慢慢存储在电容器里，并直接从电容器放电而不是从电池放电。 驱动模块里的存储器储存每一个脉冲电流、电压形图。假如脉冲有问题，在解决问题时，这些诊断数据是很有用途的。存储器有覆盖特性，只保存最新形图，这个存储可存储24小时的测量数据。电 池概 述电池盒包含6节DD标准的锂-锌-氯化物电池。电池是锂阳极、碳阴

22、极、氯化锌电解液。每节电池名义电压3.6V，6节电池连在一起就有21.6 V (6×3.6V)名义电压，由于受其它因素影响（以后要讨论）实际电压要略低一些。井下仪器的电压通常是接地测量，仪器本体通过抗压桶直接与地面相连。温 度 电池筒的最大工作温度是150（300°F），超过这个温度，电池可能会泄漏，产生危险。 电池温度低于冰点的话，电压会下降，一旦电池再次恢复温度，电压也会恢复，但是电池寿命会缩短。应该采取预防措施以确保电池不会受冻，即使在运输过程中也不应受冻。加载和存放寿命新的或未使用过的电池寿命可达10年。全新的电池在使用之前，必须被激活或者降负荷。加载时，新电池电压

23、低于额定电压说明电池是好的，这是由于阳极周围有一层氯化锂钝化层而使电池内的电解液的反应速度减缓了。 在电池筒正负极之间接一个75的电阻来卸载。当电流通过电阻时，钝化层被打破，电解液反应速度加快，电压就逐渐升高达到额定电压。这个过程通常是指破钝（de passivating）。重新达到稳定电压所需时间取决于电池存留电能和所经历的温度循环。在处理这些电池之前，你必须阅读并理解SDI安全程序电池连接电池筒里的每节电池上都接有一个二极管，作用是避免一节或多节其它电池把电能加到它里面。电池筒有一个5A的保险和一个终端保护二极管。电流通过二极管时会有一个较小的压降，二极管会进一步降低额定电压大约到21V。

24、5A保险电池寿命电力与通讯操作者可有几种选择来做指定测量，为了配置适于某种测量的仪器，就要求有一种与仪器进行通讯的方法。科学钻井公司在它的有线仪器上使用相同的通讯方法（称为FSK-frequency shift keying）。为了节省仪器内的电能,把一个外部电源加在了通讯线上。外部电力和通讯是通过脉冲发生器顶端的湿接头传输的。外部电源经由地面系统时,用一个稳压二极管把它和电池电源隔断。下图所示为工具内电力分配：WMD控制器中的处理器和EYE 仪器之间的通讯是经由一根RS-432系列线，以9600 Baud传输。工具方块图测验1） 电池筒和单节电池提供的额定电压各是多少？2） 不关闭条件下，没

25、有流体流动或运动时工具能维持最小时间是多少？3） 电池加载的目的是什么？4） 起钻换钻头后，工具坐在卡瓦上，你在检查工具时，你能听到脉冲发生器以正常频率发出的冲击声，但是没有泥浆流动。为什么？5） 列出7个步骤来判断某个测量是否准确。6） 指出4种磁干扰可能来源。7） 定向传感器的修正系数储存在哪里？8） 司钻从下述钻具组合中采集了一组测量：钻头测深10.112ft，测点深是多少？ 钻头1.00，转换接头1.24，稳定器3.12，转换接头1.68，NMDC30.24，脉冲发生器接头4.75，Monel 30.11。9） 钻进几小时后，定向井工程师开始怀疑你的测量数据。最新测出的H-Total磁

26、场强度比以前测得的都要高出25%，你怎样解释？Pulser Chapier 3内 容概 述脉冲发生器原理 概述脉冲发生器原理 详述滤 网脉冲发生器工作原理概 述 泥浆脉冲MWD仪器上的脉冲发生器是正脉冲型，最基本地，它包含一个凡尔，凡尔被驱动时，限制部分泥浆流入钻柱。随着正压力脉冲通过，地面压力计将监测到这个脉冲。脉冲发生器原理简述 脉冲发生器包括两个主要部分。一个是主阀，另一个是导向阀总成。主阀杆上安装一个弹簧，弹簧的作用是关闭主阀。因此，工具中没有泥浆流动时，主阀处于关闭位置。 下面3个图简要描述了脉冲发生器工作过程。图（1）表明了没有泥浆流过脉冲发生器时的状态。图（2）表明有泥浆流过脉冲

27、发生器时的情况。但是，执行器没有产生脉冲。钻井液压力向下推动活塞克服弹簧阻力，活塞向下拉动凡尔，使泥浆流过。图（3）表明了工具需要产生脉动时的状态，导向阀开启。 有个小孔贯穿主阀总成，它把脉冲发生器上部的压力和驱动活塞背部的压力联系在一起。活塞的截面大于直通阀座截面。导向阀开启，作用在主阀上的压力与作用在活塞背部的压力一致。因为活塞的面积大于阀座面积，活塞总成将向上移动。脉冲发生器原理详述脉冲发生器有两个主要特性：1） 控制脉冲高度，保证在整个流量范围内脉冲高度都接近常 数；2） 需要很少的能量来驱动脉冲发生器，约10W。 要理解这两个特性的作用是什么，需要更详细地看一下脉冲发器的工作过程。下

28、面分别对三种状态进行解释。无流量，无脉冲执行器总成包括螺线管、导向阀、溢流阀和一个压力补偿器。压力补偿器包含一个弹簧，弹簧要根据三种不同的脉冲发生器流量范围而更换。螺线管和压力补偿器装在一个压力补偿腔内，腔内充满油。一个浮动活塞对由温度、压力和排量的变化而产生的误差进行补偿。有流量，无脉冲1、开泵时，压力向下推动主阀以克服弹簧的阻力（黑箭头）；2、泥浆流过主阀座，并在主阀上产生一个小压力降；3、驱动活塞两边的压力是一致的P2；4、没有泥浆流过主阀中心的小孔和导向阀总成。有流动，有脉冲1、 螺线管被击活时，导向阀开启，溢流阀关闭；2、 主阀上的压力降与驱动活塞背面上的压力降相同；3、 驱动活塞受

29、力面积大于主阀受 力面积，所以活塞向上移动， 主阀将移动到关闭位置；4、 此时有泥浆流过主阀中心孔和导向阀；5、 在没有压力控制的情况下，主阀将移动到极限位置（即关死位置）。但是，弹簧使溢流阀维持这个压力，这个力是由阀面积和弹簧力决定。一旦达到这一控制压力， 溢流阀将打开旁通掉泥浆，这样控制压力在整个流量范围内将保持接近常数。反过来，这将在活塞上产生一个常力，这个力会推动阀体关闭而产生一个接近常数的压力降。滤网 滤网安装在主阀上，防止泥浆材料堵塞导向阀总成。 假如滤网本身堵塞了，工具就不会产生脉冲。 为防止滤网被附着物胶结死，脉冲发生器从接头中取出前要用清水浸泡。地面系统地面系统的主要作用是把

30、压力脉冲转换成定向数据。输入： 输出：立管压力 井斜方位、工具面、磁场强度泵传感器 地面系统 Gamma深度 振动具体地说，地面系统包括：1 输入传感器信号调节立管压力传感器泵活塞传感器（降噪）深度编码器（Gamma深度）MWD工具存储器2 由以下部分探测脉冲消除dc压力分量滤掉不想要的频率减小泵噪音压力转换和脉冲转换关联3 解码脉冲数据形成最终测量参数4 把数据存储到文件中5 输出数据：钻台显示器计算机屏幕打印机绘图仪 地面系统的两个主要组成部分是多系统界面接口箱（MSI）和一个便携机。 所有信号调节功能由MSI完成。实际上MSI 是一台电脑，有各种专用面板用以完成数据查询和输出控制功能。

31、MSI的主要功能：1 供电并测量井下仪器传输到立管压力传感器上的信号，并传给PC机；2 供电并测量泵传感器，并把信号传给PC机；3 供电并测量深度编码器，并传给PC机；4 把PC机处理过的信息输送到钻台显示器上；5 与仪器直接通讯，便于设置和撤消存储数据。 MSI 立管压力传感器 钻台显示器 泵传感器 深度显示器 深度编码器 工具存储器 电脑 打印机/绘图仪立管压力 立管压力传感器工作方式与拉力计工作方式类似。它包含电压处理电路、电流测量、精密探测电路。立管压力会引起一个振动板偏移，这种偏移由一个半导体电桥和放大器探测到。电桥放大器把信号输出到一个电流控制电路上，电路再把输出的信号送给MSI。

32、传感器工作范围是 1040V DC，它由MSI提供24VDC电压，立管压力传感器输出一个4-20mA之间的电流给MSI，这个电流代表03000psi或05000psi的压力,这要根据选用哪种传感器而定。这个4-20 mA电流信号被MSI中的模拟-数字转换器数字化之前，转换成0-10V的电压。 压力（psi） 3000psi传感器， 5000psi传感器 上图显示了压力和两个传感器中的任一个的输出电流之间关系。确定特殊压力的电流输出，采用如下公式： 电流（mA）=(16/压力范围×压力)+4例如，立管压力为2500psi，用5000psi 传感器时输出电流是: 电流（mA）=（16/5

33、000×2500）+4= 12mA 下图显示了立管压力信号完整的流程图。 压力传感器和泵传感器可以插在两个Y型接头中的任何一个上。 传感器安装应尽可能地靠近泥浆主流道，而且要与地面平行。 压力传感器有间距调整功能。返回到车间后，把传感器接到MSI上，边观察Mfilt屏幕，边旋转传感器上0旋钮调到0，把enerpac接到传感器上，仔细升压到3000psi或到5000psi。调节间距螺丝直到Mfilt屏幕上的读书是3000psi或5000psi。 不要碰压力传感器上的簧片，有可能弄坏它或改变它的校正值。泥浆泵传感器 泵传感器的作用就是测量泵活塞杆的运动以确定泵噪声的压力波形。这个波型变成

34、了较弱的立管压力，并保存在MWD脉冲中。传感器的第二个作用是测泵的冲数。这个传感器包含一个单片加速度计和安装在印刷电路板上的信号调整电路。传感器总成装在泵的一个活塞杆上。加速度计输出一个电压，这个电压与活塞杆的摆动次数成正比。传感器内的电路把这个电压转换成4-20mA的信号。如果泵在运转，传感器输出正弦波。正弦波的频率就是泵冲。地面系统用这个信号去清除泵产生的噪音。在地面设备中输入每冲的泥浆桶数。泵排量就会以加仑/分计算并显示出来。下图表示了泵状态信号的流程：深度传感器 深度传感器通过测量接在钻机钻速记录仪上的的线缆的运动来监测方钻杆的位置。转输器是一个光学轴编码器，把轴运动转换为一系列方波。

35、轴编码器装在轮的轴瓦上，这个轮与钻速记录仪线缆相接。传感器需要5V和24V的电压，传感器输送给MSI的信号如下： 通过计数这两个信号的脉冲和频率，就可以计算出传感器轮运动的距离和速度，进而，计算出方钻杆位置。 运动方向、增加或减少的深度，是通过测量两个信号相位差来确定的。 在Mlink软件里输入修正因子133.3点/ft每转，轮每转一圈，会产生3ft的深度变化。要是用公制，该因子为437.4点/m。 除了传感器以外，一个显示深度和机械钻速的本地显示器也可接在MSI上。下图所示为深度编码器信号流程：钻台显示器 钻台显示器由以下几部分组成，一个圆形的液晶显示屏（LCD），等分成120份，两个字母-

36、数字液晶显示屏，每个屏8位数。LCD的每一个格代表工具面角3°。通过一个标准的RS-232串联接线板把数据传输给显示屏。最小输入电压7.5V,最小电流20mA。第一次加电时，钻台显示器会自检。1）字母-数字显示屏上的所有数字都要从0到9检测一遍；2）LCD上的每一个格都要依次打开；3）LCD上的每一个格都要依次关闭；4）内部操作系统的版本号显示在字母-数字显示屏上。 自检过 程大约需要6秒钟，然后准备接收和显示数据。 显示器需3根线，即电源线、RS-232串联线、接地线。串行数据以1200baud 、8bits发送,无奇偶性，一个停止位(8N1)。钻台显示器信号流程图工具通讯 应用F

37、SK技术通过湿接头与工具直接通讯。FSK通过动力线缆用2个或更多个独立频率发送数字信号，这些频率集中在极窄的波段内。这是一项用电话线通过调制解调器与计算机通讯的技术。 两个不同频率代表二进制1和0，中心频率是1820KHz。为了减少所用线缆和接头数，动力线缆与通讯线缆合二为一。下图为加载在直流动力线缆上的两种频率。地面设备接线图测验1、 压力转送线上的额定电压是多少？2、 压力转送线上的额定电流范围是多少？3、 如果要求显示9 ft的附加深度，深度传感器转轮要转几圈？4、 供给泵活塞传感器的额定电压是多少？5、 泵活塞线缆上的电流范围是多少？6、 计算机屏幕上不能显示正确冲数/分，你认为出了什

38、么问题？7、 在安装或拆除压力转换器时，你认为该提出怎样的安全警告？8、 安装泵活塞传感器是你提出怎样的安全警告？9、 泵运转时，你的计算机读数为QP9I，你怎样做？10、 供给深度追踪传感器的额定电压是多少？11、 把5000psi转送器上的1536转换成mA，3000psi转送器上的9.33mA转换成Psi。电信学基础信号特点 信号是随时间变化物理参数。实现世界充满各种不同的信号。电信号、无线电信号、压力信号、热信号和机械信号。医生测出的人的心脏跳动所产生的信号称脉搏。对着话筒讲话会产生声音信号和电信号，它们通过电话线把声音传送到数英里以外的另一部电话机上。由于立管压力的改变，泥浆脉冲发生

39、器的脉冲会产生一个信号。 物理参数变化的频率、强度有自身的特点。有两大类信号：周期信号和非周期信号。周期信号是有规律地、精确地以特定的间隔重复的信号，如下图所示的正弦波。正弦波是一种最简单的周期波。另一种周期信号是方波。与泥浆脉冲信号同步的方波脉冲是周期信号。而非周期信号通常是随机的，不重复的信号。真正的非周期信号从来都不重复。 图 略 如上所述，周期信号以特定的间隔有规律地重复。信号完成一个重复或循环过程叫周期。在一个特殊时间段内出现多少个循环叫频率，频率用每秒多少个循环表示或叫赫兹（Hertz），等于周期的倒数。 F=1/T 信号的振幅表示信号的强度或能量。泥浆脉冲信号的振幅是压力脉冲的高

40、度。周期信号通常用专业术语振幅和频率表示。美国室电墙壁插座输出的标准交流电是60Hz、120V，英国为50Hz、240V。 下图是一个周期为5秒、频率为0.2Hz的正弦波。图 略 脉冲宽度是信号周期的一半。周期是脉冲完成一个起伏过程所用时间。目前，泥浆脉冲MWD工具采用2个脉冲宽度，0.8s和1.0s。用下列公式计算脉冲频率：f=1/(脉冲宽x2);例如，脉冲宽为0.8:f=1/(0.8x2)=0.625脉冲宽为1秒时，频率为0.5Hz。时间域和频率域 回想一下由于变化而产生信号的任何一个物理参数。这个信号既可以在时间域内表示，也可以在频率域内表示。 在时间域内，信号表示为物理参量相对于时间的

41、振幅变化。Mfilt屏幕上脉冲数据图形采用时间域。 在频率域内，信号描绘成与频率相关的能量变化，这是产生的图形指的是能谱密度图(PSD)。频率域仅是一种观察信号特点的不同表示方法。在时间域内的所有信息在频率域内都有，只是观察的角度改变了。 下图所示为一正弦波，周期5s、频率0.2Hz，分别在时间域和频率域内表示。 为了弄清楚在时间域和频率域两个方面信号分析的重要性，首先我们考虑以下傅利叶级数。傅利叶一百多年前就证明了自然界的任何信号都可以唯一地表示成不同频率和振幅的正弦波或余弦波的组合。 这个概念的意思就是任何一种信号不管随机与否，都可以通过把特定的正弦波信号叠加在一起而产生，相反，这个信号也

42、可以分解并用所有的正弦信号波来表示。因此，我们可以把一个信号，如立管压力信号，分解成不同频率单元以进行分析。 例如，立管压力变化有许多原因，泥浆脉冲凡尔、泵、钻柱旋转和钻头扭矩，都产生振动。这些振动叠加在一起就产生了传输给解码器立管压力信号。这个最原始的数据信号在频率域内存储在不同的分量中。 然后，解码器把包含泥浆脉冲信号部分分隔离开并丢掉其余信号。 下图是原始信号时间域曲线，时间域曲线图解释了振幅和波形，但看不到信号的各种频率。 P52页图略 下图表示的是频率域内同一个立管压力信号。图形所示频率从0.1Hz到10Hz,能量包含在每一个频率当中。 图 略 傅立叶展开 为了帮助理解傅立叶理论，任

43、何信号都可表示成一系列正弦波或余弦波的组合。我们以方波为例，傅立叶认为，一个已知频率（f=0.2Hz）的方波，可以用如下展开的正弦波之和表示：0. 2Hz方波=sin (0.2Kt )+1/3sin (3x0.2Kt)+ 1/5sin(5x0.2Kt)+1/7sin (7x0.2Kt)其中：K=2 t =时间 任何一个周期波都由一个固有频率和它的谐波分量组成。上面是展开以正弦波开始，这个正弦频率波与方波频率相同。这个频率是信号里边最低、最强的一个频率，它称固有频率。加在固有频率上的依次是较高频率的正弦波，这些正弦波是固有频率的奇整倍数。这些奇整倍数正弦波称为信号的奇整倍。 下图所示为各分量一步

44、一步地加在一起而形成方波傅立叶展开。当每一个整数倍方波加上去时，波形越来越接近方波。 图 略 假如开限展开，那么波形将接近完美的方波。 下面的图形表示了时间域和频率域中的理想方波。 形成方波的整数倍频率数趋于无限。 图 略 解码器通过使用一个或多个滤波器把泥浆脉冲部分频率隔离掉了。滤波器 滤波器是信号处理工具，它们用频率域原理设计，在时间域工作。 通过对某个信号的所有频率采取不定捕获的方法，滤波器隔离某一特殊范围内的频率并对其产生作用。所使用的捕捉或高于或低于，着取决于滤波器的用途和设计，比一大的gain 指的是倍增器，比一小的是衰减器，对一些频率使用1或大于1的gain 会导致这些通过滤波器

45、。对残合频率使用小于1的滤波器会导致这些波被滤波器反射在滤波器后存留的信号就是所有通过滤波器的频率兰和X下面列出几类滤波器和它们的功能描述：（Page 5559页略）Page 60泥浆脉冲信号编码表示工具通常传输入下数据频率定向工具面（自动，HS或M）主同步测量同步测量数据主同步工具面工具面工具面工具面工具面工具面定向r工具面（自动、Hsonm）主同步测量次同步测量数据主同步HTFr接头同步工具面工具面R工具面工具面R工具面该频率每15分钟插入一次主同步STAT接头同步工具状态频率每15分钟插入一次主同步STAT接头同步工具状态传输系统是很灵活，而且，许多传输项可根据用户要求定做。Page 6

46、1测量数据 测量采用如下所示的8个传输格式，井斜、方位要求2个词，因为这些值要求输高精度值。 图 略 状态字节定义如下：I=工具面模式0是HS，1是MTFH=磁场强度越达极限V=振动超过极限主同步 主同步完成两个功能，保持传输开始时的轨迹，也分配所后的与工具关联的信息。因此，有两类主同步和磁性工具面同步。两种主同步形式如下：HIFMTF次同步次同步主要用于告诉地面系统随后而来的是什么类型数据。有8种不同的次同步：CSLIR 测量数据STAT工具状态，电池电压，工具温度和磁场强度HTFGAMMArMTFGAMMAr+振动VIBS振动数据，平均和最高ERR错误信息STOP传输结束HTOT是磁性测距

47、修正产品的特殊同步。数据格式 每种数据传输都可有128种独特的脉冲形式，每种形式都代表正在传输的额数据值。 128种形式是经过仔细选择以达到成功解码。挑选这些形式所采用的一个原则是至少保证开机时间和关机时间一样长。这减少了脉冲彼此混合的机会和扰乱时钟正常程序。 工具能传输几项不同的数据，如下图显示了这几项数据项的字节数。 表 略 每个测量的传输协议都由下式计算： 协议=量程÷2例：正常工具面的协议是=360/128=2.81所有测量的传输协议如下： 表 略 更换时间 更新时间易于计算，因为工具面数据是一个命令长，一个命令14个脉冲宽，1/2秒脉冲的更新率是14×0.5=7秒

48、。1秒脉冲宽，更新率是14秒，测量的传输时间是8个命令×14脉冲宽，1/2脉冲宽传输时间是56秒。1秒脉冲宽，传输时间是1分52秒。 图 略 探测解码：下面是信号解码和解码过程的概况：探测器解码器原因图略 MSI提供个解码程序的数字压力数据叫Mfilt。第一步是去掉高的背景压力，泵Subtraction Routine 去掉由泥浆泵产生的信号，低通滤波器通常用来去掉保持在信号中的高频率噪音，最后，匹配相关滤波器完成主要任务识辨脉冲和解码数据。 泵Subtraction Routine 以两种不同方式工作。开泵后最初的60秒井下工具不传输任何脉冲。这给地面系统提供了一个测量没有脉冲存在

49、的泵特性的机会。 使用者可对Pump subtraction routine 进行三方面调整，低、立反弹泵周期和曲线图改编时间常数。泵周期给软件一个推测，推测与泵噪音周期相关。这两个数应该保持1：4，例如：假如低反弹周期设置为0.3，较高反弹应该设置1.2，高反弹周期设置为0时，有效地关掉subtraction ,有时pump straction 反而有害，尤其是对于难于控制泵速的那些泵，工具开始产生脉冲后，图解匹配常数是泵subtraction routine 最新时间70秒。这样长的错误，通常为逐渐改变泵特性留于足够的时间。相关解码器 下一步是相关或匹配滤波器解码器，相关探测与用眼睛解码类似，而且用128个从0到1的理想的脉冲形状，确定最适合的一个匹配接收到的脉冲形状来完成解码。相关解码显示一个测量，这个测量怎样逼近它发现的最适合的脉冲形状，并以百分比形式显示出来。 探测开始后，程序