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MWD无线随钻测斜仪 一、作用及功能 美国SPERRY-SUN公司生产的定向MWD随钻测量仪器（简称“DWD”），DWD无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据的传输方式不同，普遍用于高难度定向井的井眼轨迹测量施工，特别适用于大斜度井和水平井中，配合导向动力钻具组成导向钻井系统，以及海洋石油钻井，目前使用的MWD无线随钻测斜仪主要有三种传输方法： １. 连续波方法： 连续发生器的的转子在泥浆的作用下产生正弦或余弦压力波，由井下探管编码的测量数据通过调制器系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移，在地面连续地检测这些相位移的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。 ２.正脉冲方法： 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高，针阀的运动是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。 ３.负脉冲方法： 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。 二、主要组成部分及功能 DWD 无线随钻测量仪器是由地面部分（MPSR 计算机、TI终端、波形记录仪、防爆箱、DDU 司钻阅读器、泥浆压力传感器、泵冲传感器）、井下部分（MEP 探管、下井外筒总成、脉冲发生器和涡轮发电机总成、无磁短节）及辅助工具、设备组成。 (1)MPSR计算机和磁卡软件包 MPSR 计算机是 DWD 随钻测量仪器的地面数据处理设备，它接受来自泥浆压力传感器的测量信息，进行数据的处理、储存、显示、输出。 (2) DDU 司钻阅读器：为司钻提供工具面、井斜角、井斜方位角等信息的直观显示。 (3) TI 终端：MPSR 计算机的控制键盘和数据终端之功能。 (4) 波形记录仪：简称SRC，是 WESTERN GRA-PHTEC 2 道图形记录仪，它主要用来记录来自井下仪器的泥浆脉冲和来自泥浆泵的杂波，利用记录的泥浆脉冲图形，人工译码也可以得到一系列井下传输来的数据，也可计算井下仪器的数据传输速度。 (5) 防爆箱：是DWD系统的保护装置，限制与它连接的其它设备的电压和电流，防止出现电火花，保证计算机、仪器设备的安全。 (6)泥浆压力传感器和泵冲传感器：是地面仪器设备分别安装在泥浆立管和泥浆泵上， (7) MEP 探管 MEP探管是装有磁性和重力测量元件和电子组件的井下测量仪器，它可以测量井斜角、井斜方位角和工具面角有关的磁性和重力分量。它的测量方式有： 短测量－全测量；高边工具面角－磁性工具面角；开泵测量－关泵测量。 (8)泥浆脉冲发生器和涡轮发电机总成 泥浆脉冲发生器和涡轮发电机总成是DWD 无线随钻测斜仪的关键部件和关键技术，为了满足不同的井眼条件和泥浆排量，目前 SPERRY-SUN 公司已经完善了四个井下仪器系列，即650系统、1200系统、SLIMHOLE 系统和SUPER SLIM 系统。在前三个系统中，组成泥浆脉冲发生器和涡轮发电机总成的主要部件是相同的。根据不同的钻具尺寸，可以选用三种规格不同的流管总成（FLOW TUBE ASSAMBLY)和部分附件，组成三种不同的井下仪器系统。 (9) 钻杆滤清器：在钻杆内滤除大颗粒杂物，防止这些杂物流入脉冲发生器内，损坏仪器。 (10) 对讲机：用于仪器房内的操作人员与钻台上的施工人员进行对话，确保施工顺利进行。 三、DWD无线随钻测仪工作原理 靠井下转子提供动力，转子与内轴藕合，轴底端连接一发电机，为探管供电；上端连接一液压泵，为脉冲发生器提供能量。泥浆在鱼颈总成和限流环与蘑菇头形成的环形空间内流动，当有信号传递时，蘑菇头升起，停一下，然后回到原位，短时的蘑菇头伸长就产生了正压力脉冲。地面上采用泥浆压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息，并传输到计算机进行处理，井下仪器所测量的井斜角、井斜方位角、工具面角数据和其他信息，可以显示在计算机或司钻阅读器上，也可由TI终端或EPSON LX-810打印机打印出来。 四、规格及要求 1、 无磁短节规格 表五 类 型 Slimhole 650 系统 650 系统 1200系统 外 径 φ121mm φ165 mm φ203 mm φ241 mm 长 度 9.449 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 接头 扣型 NC38 (310310) 4-1/2" IF (411410) 6-5/8" REG (631630) 7-5/8" REG (731730) 2、系统精度： 井斜角范围 0--180 井斜角精度 0.2 井斜方位角 1.5 磁性工具面角 2.0 高边工具面角 2.0 测量数据修正时间 2.5分 工具面修正时间 14秒，传输频率0.5赫兹 9.3秒，传输频率0.8赫兹 3、工作环境: 泥浆排量： Slimhole 系统 9.5～22.1 l/min 650 系统 14.2～41.0 l/min 1200 系统 22.1～75.7 l/min 泥浆类型 水基泥浆 (清水或盐水) 油基泥浆 (原油或矿物油) 泥浆密度 小于2.17 g/cm 含砂量 小于 1％ 塑性粘度 小于50 cp 最大压力 102 MPa 最高工作温度 125 ℃ 堵漏材料 细、中型短纤维，含量小于57kg/m⒊ 五、操作方法 1、现场准备 (1)检查所有的仪器、设备、附件，看是否齐全、好用。 (2)确定现场所需数据 a.确定施工井地理位置磁场参数，包括：磁偏角、磁倾角、地球磁场强度。 b.井眼尺寸、井深、井温、钻井参数、水力参数。 c.钻具组合，包括钻杆尺寸、内外径、无磁钻铤数量及与悬挂短节的丝扣配合情况。 d.测量无磁钻铤的内径，选择扶正器尺寸。 e.泥浆马达类型及使用排量。 f.泥浆性能，包括泥浆比重、含砂量、是否使用堵漏材料及其类型和含量。 g. 泥浆泵类型及排量。 (3)地面仪器房安装：安放位置保证布局合理，安全。 (4)压力传感器的安装：直接安装在立管主管线上安全的地方。 (5) 司钻阅读器DDU的安装：应装在光线好、靠近司钻的地方，不妨碍猫头操作。第二个 DDU应装在地面仪器房内为监视。 (6)钻台对讲机组装：用于机房与钻台的指挥操作。 (7)泵冲计数器的组装：将计数器夹在活塞杆肘节任何一端1/2"处，此计数器不能影响活塞杆和其它运动部件，拧紧后，使用一万用表确认是否有信号。 (8)定子、转子选择 定子角度指的是定子叶片的角度（27、42和 52），转子角度是指转子叶片的角度（35和 30）。泥浆流经定子叶片，转子转动速度取决于定子角度和一定的流量。选错了定子 ，就可能造成发电机超速，因而缩短井下工具的寿命 ；或者发电不足，不能正常地向井下工具提供电能，因而需要正确选择施工所用的定子的角度。 (9)孔板选择 孔板尺寸是指安装在孔板承座上的孔板的内径 ,孔板的尺寸决定在脉冲发生器发送脉冲时施加在蘑菇头上的压力 。地面接收到的脉冲的幅度随着孔板内径的增大而减小 。脉冲发生器所承受的负荷应在保证一定的脉冲信号幅度的情况下脉冲发生器仍能正常工作，这就要求对孔板进行选择。 现场主要用PUL121选择孔板尺寸,使用程序在微机上进行。 2、井下仪器总成组装 （1）脉冲发生器组装。 (2)鱼颈总成的组装。 (3)脉冲发生器总成装入流管及底环安装。 (4)鱼颈总成装入流管。 (5)蘑菇头定位。 (6)选择及安装扶正器。 (7)下井仪器总成的地面连接。 3、井下仪器总成井口安装 （1）井口丈量：须测量、计算好各配件的长度，具体的需要测量或计算的配件的尺寸如下表一所示。 DWD系统施工需要测量的尺寸 表六 名称 记录符号 值(in) 数值类型 HOS 长度 A 51.7 地面测量 冲管总成的长度 B- 35.75 地面测量 HOS上部扣平面到鱼颈顶部的距离 C=A-B 15.95 计算，钻台测量 与HOS上部扣连接的公扣长度 D- 4.5 地面测量 2.0"挡板高度 2 地面测量检验 弹簧串长度 5.00 规定 弹簧串压缩量 0.625 规定,实际太大 垫片高度 =C-2-5-D 4.09 计算，地面准备 HOS扣平面到挡板的距离 E=D-0.625 3.875 计算，钻台测量 （2）井口操作 a.将无磁钻铤下入井内，座于转盘，卡上安全卡瓦。 b.如果悬挂短节与无磁钻铤间的连接需要使用无磁配合接头，在无磁钻铤上安装无磁配合接头。 c.在悬挂短节上装上提升短节，挂上吊卡，上提，与无磁钻铤或无磁配合接头连接。 d放悬挂短节使其母扣距钻台面0.8m处，卡上卡瓦,打上安全卡瓦。 e.用提升短节将下井仪器组合吊起，使其进入悬挂短节，并坐键。必须确保座键成功。 f.将弹簧串总成、计算好的调节板和投测档板装入悬挂短节。测量投测挡板距悬挂短节扣平面的距离是否与计算的一样。必须保证弹簧串的压缩量不超过0.625”。 g.连接上部钻具。 h.测绘工具面角 （3）浅层实验: a.仪器下井，下钻1—5柱。 b.启动计算机,按软件设置。 c.建立测量文件档案。 d.装入钻杆滤清器，接方钻杆。 e.缓慢开泵，排量控制在20～30l/s，开泵时间大于1min，小于3min。 f.出现正常的脉冲波形后，停泵下钻，否则起出更换井下仪器总成。浅层实验时，不要在同一个地方进行，以免磨坏套管，时间不可超过3min。 g.下钻。 4、测量 （1）在泥浆泵开泵工况下，将钻具提放到所需测斜位置，静止不动。 （2）等待井下数据信息传送。 （3）在全部数据信息传送过程中，要观看工具面角的数据状态，所有工具面角数据基本一致后，方可认为下步传送的井斜角、井斜方位角等数据的可信度高。 （4）当全部数据信息传送完后，记录数据，同时计算机房把数据信息保存在计算机里。 （5）以上（1）～（4）步完成，大约需要3～5分钟时间。 （6）记录和保存完数据信息后，活动钻具。 （7）继续钻井施工。 （8）注意：井下异常时，不得实施测量施工。 5、井下仪器取出井口及拆卸 (1) 取出井口 a.将悬挂短节提出转盘面，然后将悬挂短节座在卡瓦上，打上安全卡瓦。 b.卸掉悬挂短节上面的钻具，上提至可以安全提出井下仪器的位置止。 c.用清水清洗悬挂短节里面的脉冲发生器总成和投测挡板、垫片和弹簧串。 d.取出投测挡板。 e.用专用提升工具取出垫片和弹簧串。 f.用专用提升工具或插入/取出工具取出井下仪器总成，检查仪器外观有无冲蚀、损坏。然后将井下仪器用气葫芦下放到坡道上后，放置到安全的地方，准备拆卸。 g.在悬挂短节上装上提升短节，上紧后用游车上提下部钻具，待卡住悬挂短节的卡瓦松开后，取出卡瓦，卸下安全卡瓦。 h.继续上提下部钻具直至配合接头或钻铤露出转盘面1—2ft，将配合接头或钻铤座于转盘，打上安全卡瓦，然后卸下悬挂短节，检查，用水清洗干净后将悬挂短节用气葫芦下放到坡道上。 i.再依次卸下配合接头、无磁钻铤并将它们安全下放到坡道上。 (2)井场拆卸 a.将工具放在工具支架上。 b.取下定向器保护盖，松开定向总成上的主轴帽并旋到丝扣边缘，装上定向盖，拧紧以便松开锥形接头，架上坐钳，转动主轴，这样探管保护筒就可以自由地拆卸。 c.从脉冲器上旋下保护筒和7芯电话线，脉冲发生器端套上护盖，检查扶正器是否已经达到更换标准，彻底检查保护筒。取下扶正器。 d.把定向总成从保护筒和探管拆开。 e.从保护筒取下探管和7芯电话线。 f.取下脉冲发生器。 g.拆下鱼颈。 h.从鱼颈上取下孔板座。 6、维护与保养 （1）脉冲发生器每工作200Hr检修一次。 （2）探管每工作300Hr检修一次。 (3)所有仪器部件及工具在拆卸及回收过程中，及时进行清洗和擦拭。 （4）仪器要防尘、防潮、防高温。 （5）打印纸在10℃以下保存，不能靠近热源。 （6）所有“Ｏ”型密封圈、扶正器固定螺丝，每次组装前应全部更换。 （7）脉冲发生器与探管隔离放置，以免磁化传感器元件。 六、施工要求 （1）DWD无线随钻系统的叶轮对泥浆中的杂质特别敏感，泥浆中的固相、磁性物质、管垢或其它杂质都会很容易导致转子受阻而停止转动，从而导致井下仪器不工作。 （2）不允许在有微珠和其它堵漏材料，包括核桃壳、纤维材料等的泥浆条件下工作，并要严格控制泥浆的固相含量不超过0.5%、塑性粘度不宜过高。 （3）防止下钻过程中泥浆倒返带入的岩屑阻碍泥浆的流通及转子的转动，或卡死转子。 （4）下井施工前，如果泥浆中的杂质过多，要求井队循环处理泥浆，同时在地面用钻杆滤清器和大磁铁清除泥浆中的杂质，直到泥浆符合650 系统施工要求为止。 （5）施工过程中要放钻杆滤清器。钻杆滤清器放在方钻杆下面的单根里面，没次接单根前取出，清洗干净后再放入下一个单根。 （6）开窗井从开窗锻洗开始，都要在振动筛泥浆出口和泥浆槽内放置专门的磁铁，并要定时清洗，以清除泥浆中的铁屑、钻杆中冲下来的铁垢。 7 材料分享#

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