随钻测量与控制技术-EMWD

随钻测量与控制技术技术讲座－2－主要内容一、概述二、MWD/LWD三、EM-MWD介绍四、旋转导向五、地质导向－3－(一)、背景(二)、测量原理(三)、关键技术(四)、系统组成EM-MWD－4－背景技术需求:在油气钻井中，尤其是以泡沫、充气泥浆、气体为介质的欠平衡井中,需要一种可以广泛适用于上述介质的随钻测量技术在煤层气井的随钻测量中，需要高效、低成本的随钻测量技术，以满足煤层气开采的经济性，同时随着充气钻井技术在煤层气中规模化应用，迫切需要一种可以在充气钻井介质中传输信号的随钻测量技术无线电磁波随钻测量技术相对于传统的泥浆脉冲技术而言，具有应用介质范围广、信号传输速率快、现场应用故障率低等优势，因而可以满足以上技术需求。技术现状:国外：技术成熟，多家公司具有成熟产品国内：多家公司研发，仅DREMWD达到工业应用水平；目前国内服务市场国外仪器占主流地位－5－背景技术难点:电磁波在地层中传播时损耗大、衰减快，导致信号传输深度及传输速率受到极大限制要建立随钻电磁信道，需要形成两个发射电极，要求将钻铤断开后再形成绝缘连接，为保证井下安全，使绝缘钻铤设计及制作工艺面临巨大挑战；此技术国外也一直处于不断改进和完善中由于受地层影响上传信号严重衰减，导致传至地面的信号极其微弱，给地面信号检测与解码带来极大困难－6－(一)、背景(二)、测量原理(三)、关键技术(四)、系统组成EM-MWD－7－测量原理无线电磁波传输信道的物理模型用集中参数表示的地层等效旁路电阻，导致钻柱上电流扩散的电阻该电阻相当于从接地极到钻头这一地层深度上的等效分压电阻由钻柱到接地极间的等效电阻接收机信号源接收机接地极接收天线一端连接地极，一端连接收机接收天线一端连接井架（钻柱），一端连接收机绝缘偶极发射天线－8－测量原理无线电磁波传输信道的数学模型地层电阻率分别为：ρ1，ρ2，ρ3，…ρn地层厚度分别为：z(1)，z(2)，z(3)，…z(n)此时钻柱上的电流分布为

－9－(一)、背景(二)、测量/原理(三)、关键技术(四)、系统组成EM-MWD－10－关键技术传输信道四个关键技术井下发射天线的结构与制作技术井下电磁信号发射技术井下大功率电源技术地面弱信号检测与处理技术地面系统井下系统DREMWD－11－关键技术井下发射天线的结构与制作技术－12－关键技术井下电磁信号发射技术－13－关键技术井下大功率电源技术－14－关键技术地面弱信号检测与处理技术－15－(一)、背景(二)、测量/原理(三)、关键技术(四)、系统组成EM-MWD－16－系统组成系统总成核心模块功能单元井下系统总成绝缘偶极子发射天线绝缘偶极子绝缘耐磨层大功率电磁信号发射器适于地层电阻变化自适应调节电路功率发射器传感器与测控电路发电机滤波稳压和转换控制电路电磁发射导杆传感器接口与信号调制电路井下定向传感器、平均伽马传感器大功率发电机发电机本体无接触磁偶驱动器气体和液体驱动涡轮井下旋转动态方位伽马方位伽马传感器测量电路地面系统总成地面接收机与地面信号解调软件弱信号接收电路信号滤波和放大电路DSP数字滤波电路地面信号解调软件信号接收天线地面电压场接收天线地面电流场接收天线－17－系统组成4-3/4˝DREMWD-II井下系统4-3/4˝DREMWD-III井下系统(可打捞)－18－系统组成方位旋转伽马轴向测点距螺杆上端面1.6米方位旋转伽马径向测深0.3米方位伽马为串联式座键安装，当遇煤层垮塌钻具被埋风险时4-3/4˝DREMWD-III仪器串可打捞出井

－19－系统组成主

要

功

能通过电磁波建立随钻信号传输信道为几何导向提供井斜角、方位角和工具面等井筒轨迹参数通过方位自然伽马实时测量，可判别煤层界面和地层岩性，为地质导向决策提供重要依据主

要

技

术

特

征自然伽马动态随钻测量技术，可实现滑动钻进和旋转钻进实时方位测量井下低频自适应信号发射器和独特数据调制与检测技术，传输深度和上传速率高满足多种介质的井下大功率发电机技术适用于以常规泥浆、充气或泡沫泥浆、气体等为循环介质的油气常规钻井、欠平衡钻井和煤层气钻井作业主要功能与技术特征－20－系统组成主要技术指标系统总体技术指标项目指标公称外径(mm)

120

172最大外径(mm)

124

172适用井眼尺寸(mm)149

200(5-7/87-7/8

)216

241(8-1/29-1/2

)传输类型电磁波上传传输速率(bit/s)20(最高)测量参数方位伽马，井斜角，工具面角，方位角最高工作温度(

C)125最高耐压(MPa)100最大泥浆流量(L/s)2450.5最大压降(MPa)1.71.5最大气体流量(m3/min)60110最大压降(MPa)0.30.2钻头转速不限－21－系统组成主要技术指标系统总体技术指标(续)项目指标方位自然伽马传感器位置距钻头螺纹距离随钻具组合而变化工程参数传感器位置距钻头螺纹距离最大允许冲击(m/s2)10000(0.2ms,1/2sin)最大允许振动(m/s2)150(10Hz

200Hz)系统上端螺纹(BOX)3-1/2˝IF4-1/2˝IF系统下端螺纹(PIN)3-1/2˝IF4-1/2˝IF最大狗腿度36

/30m(旋转)，20/30m(滑动)22

/30m(旋转)，11/30m(滑动)最大钻压(kN)120200上扣扭矩(N.m)9800

1130021800

33600系统总长(m)9.46－22－系统组成主要技术指标工程参数传感器参数与性能指标项目测量范围精度方位角(

)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温度(

C)0

1252.5抗震动(G)20

(随机5Hz

1000Hz)抗冲击(G)