φ175 mm电磁随钻测量系统的研制及试验研究

在深孔、定向孔钻进过程中,对钻孔轨迹的控制十分重要。电磁随钻测量系统能够监测钻孔状态参数并通过无线电磁波实时传输至地面,具有信号传输速率高、不受钻井液影响等优势。详细阐述了一种自主研发的电磁随钻测量系统及试验情况,试验最大孔深为609 m,此时地面接收信号高达200 mV。试验研究表明：该系统性能可靠,完全能够满足随钻测量近钻头处钻孔状态及环空压力、温度等参数的需求。     

钻柱对地面钻孔EM-MWD信号传输影响的ANSYS模拟分析

钻柱是电磁波随钻测量（EM-MWD）信号传输的重要信道,评价EM-MWD信号传输效果,不可忽视钻柱的影响。基于此,采用ANSYS有限元软件,对EM-MWD信号传输特性进行仿真。从地面接收电压和电流密度两方面,分析了孔眼环空横截面积、钻柱横截面积、钻柱电阻率和绝缘短节位置对电磁波随钻测量信号传输的影响规律。仿真结果表明:地面接收信号随钻柱横截面积增大而增强,受孔眼环空间隙影响小;钻柱电阻率越低,接收信号越强;绝缘短节与钻头之间的距离越长,接收信号越强。      

电磁波随钻测量双向信号传输系统

介绍了自制电磁波双向信号传输装置的基本原理、单元结构关系、相关工作参数以及试验情况。试验结果表明,随钻测量双向信号传输系统在硬岩中传输距离远,可实时传输井下工况信息,也可从地面向井下传输指令,与智能化钻具配合,还可从地面遥控井下钻具。不同波形对电磁波双向信号传输有较大影响:正弦波有较强的抗干扰能力;方波易受地层干扰信号的影响,特别在接收信号微弱时,方波传输信号误码率较高。另外,下传信号比上传信号衰减大。      

新型电磁随钻测量系统信道传输特性研究

电磁波随钻测量不受钻井液性质影响,因而优势得以突现,但其发展瓶颈在于信号传输距离短。论述了电磁波通道式MWD (measurement while drilling)传输装置信道计算的等效传输线法,分析了天线参数、激励源频率等参数的变化对检测电压的影响规律,并通过计算探讨了影响电磁波传输质量的因素。结果显示,地面检测电压随金属环长度增大而增大;温度是对电磁信号传输装置影响显著的一个参数,它能彻底改变电子元件的工作性能,使其丧失功能。因此,工程技术人员可利用等效传输线理论,合理地选择所用激励装置尺寸参数,从而达到优化天线尺寸的目的。      

基于ANSYS的套管对EM-MWD信号传输的影响分析

评价电磁波随钻测量（EM-MWD）信号传输效果,不可忽视套管对信号传输的影响,而套管对信号传输影响极为复杂,很难用数学模型进行全面分析。基于此,采用ANSYS有限元软件,对EM-MWD在套管中信号传输进行建模仿真,从地面电流密度及接收信号压差方面,分析套管对EM-MWD信号传输影响规律。仿真结果表明：绝缘短节出套管,套管对信号起引导作用,反之,套管对信号起屏蔽作用;低电阻率钻井液对EM-MWD在套管中的信号传输影响大。     

电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用与发展

随着钻井技术的发展,需要了解的井下信息越来越多,泥浆脉冲随钻信息传输难以满足智能化钻井要求。钻井液气体较多时泥浆脉冲方法也难以应用,而电磁波随钻遥测技术作为一种替代技术近年来发展很快。概述了电磁波发射传输的基本方式,对比分析了螺线管发射、环形线圈偶合与直接偶合方法的特点。同时,简介了国外电磁波随钻测量技术发展史、应用情况及研究进展。     

试论欠平衡钻井中应用电磁波随钻测量技术的若干问题

在简介欠平衡钻井技术应用现状的基础上,论述了电磁波随钻测量技术(EM-MWD)的特点及其在欠平衡钻井中的适应性,认为把电磁波随钻测量系统用于欠平衡钻井中还需解决诸如加大井下信号频率的可调范围、井下仪器电源问题、接收信号的灵敏度、地面接收系统的抗干扰性、增加钻井测量参数等关键技术.     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58?煤层定向孔施工。     

煤矿井下3 000 m顺煤层定向钻孔钻进关键技术

保德煤矿大盘区工作面采前瓦斯超前治理模式要求井下定向长钻孔能够沿煤层钻进3 000 m以上,针对现有技术装备在超长定向钻孔施工中存在滑动钻进困难、进水水路压耗大、有线随钻测量信号传输距离受限、冲洗液无法循环利用等问题,开发了煤矿井下基于螺杆马达水力加压和超长钻具正反扭转给进的滑动钻进减阻工艺、基于回转钻进倾角控制和侧钻分支的复合钻进轨迹控制技术,设计了低压耗进水水路系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统和冲洗液净化循环系统,结合保德煤矿生产需要,完成了主孔深度3 353 m、孔径120 mm的顺煤层超长贯通定向孔。钻进效果表明:滑动钻进减阻工艺有效降低了给进力,显著提高了深孔滑动定向钻进能力;基于复合钻进的轨迹控制技术,保证了钻孔轨迹沿煤层定向延伸,并提高了钻进能力和钻进效率;泥浆脉冲无线随钻测量信号长距离传输稳定可靠,克服了有线随钻测量信号传输的局限性;井下冲洗液净化循环系统净化效果良好,实现了井下定向钻进冲洗液循环利用。研究成果对支撑煤矿大区域瓦斯超前治理、以孔代巷工程、水害防治及地质勘探等技术进步具有重要意义。      

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置研发及应用

针对现有煤矿井下随钻测量系统信号传输必须依赖通缆专用钻杆而不能采用常规钻杆的技术限制,提出泥浆脉冲无线传输技术,以钻杆柱内环空间为信号传输通道,通过对孔内轨迹参数测量、泥浆脉冲载波信号传输、间歇工作模式设计与控制、孔口信号接收与解调处理等关键技术研究,研制了基于泥浆脉冲的矿用无线随钻测量装置YHD3-1500,并在山西晋城寺河和成庄煤矿进行了试验。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量装置信号幅度大、传输距离远、工作时间长、工作稳定性强。装置使用过程中不受钻杆限制,不但可提高钻孔深度,又可实现钻孔轨迹实时控制,进一步拓宽了定向钻进应用领域,具有极大的推广应用价值。      

随钻测量信号中继器的设计与实现

为解决随钻测量系统信号在传输中衰减的问题,设计研制了随钻测量信号中继器,在钻孔到达一定深度测量系统信号衰减严重时,在两根中心通缆式钻杆间接入中继器继续测量,有效地解决了信号衰减问题,增强了信号驱动能力,延长了信号的传输距离,保证了随钻定向测量系统的正常工作。      

电磁随钻测量技术及其在固体矿床勘探中应用的可行性分析

电磁随钻测量（简称EM-MWD）是现代石油钻井中的一项新技术,在国内各大油田的定向钻井中正在推广应用,但使用过程中仍存在石油地层电阻率低,电磁波信号衰减严重、测量深度受限等问题。据此特点,提出了研究设计小直径化EM-MWD系统,将其用于地层电阻率高,钻深浅的固体矿床钻探的设想,以便扬长避短,为电磁随钻测量开辟新的应用领域。分析了电磁随钻测量技术应用于固体矿床勘探的技术要求及可行性,提出了进一步研究工作的建议。     

无线电磁波随钻测量系统姿态精度的影响因素分析

煤矿井下采用水力钻进方式进行碎软煤层瓦斯抽采时,容易出现塌孔、孔壁失稳,电磁波随钻测量系统适用于气体钻进,在碎软煤层瓦斯抽采中逐步得到应用。钻孔轨迹的准确性是影响碎软煤层瓦斯抽采效果的关键,电磁波随钻测量系统使用中,出现轨迹测量精度不够、误差大的现象。为解决这一问题,分析测量系统从设计到应用全过程中影响姿态精度的因素,列举因素产生的原因及解决方案,重点针对钻进现场出现的电磁波系统精度问题进行分析。通过现场采集数据、分析曲线趋势规律,确定造成误差大的原因为测量短节与外无磁钻杆不同轴,设计现场自校准方法和流程要求。提出查表补偿法和拟合函数法2种校准方式,对2种方法的原理、方法选择以及相关参数计算给出了说明。最后采用拟合函数法对实测数据进行了校准修正,修正后的姿态数据精度达到0.2°,解决了无线电磁波随钻测量系统在使用中的姿态精度不高问题,满足碎软煤层瓦斯抽采轨迹测量精度要求。      

E-link电磁波无线随钻测量系统在煤层气钻井中的应用

简述了E-link电磁波无线随钻测量系统的结构、工作原理及性能指标。通过在WL05-1井煤层气水平井钻井过程中的成功使用,表明E-link电磁波随钻测量系统在煤层气开发中有广泛的应用前景。      

近钻头随钻测量系统及其小型化设计关键技术分析

近钻头随钻测量技术是石油钻井领域最具有发展前景的高新技术之一,它以近钻头地质参数与工程参数的随钻测量、传输、信息解释、决策控制为主要技术特征,能有效提高油气层钻遇率、降低钻井成本。本文介绍了近钻头测量系统国内外的发展与应用现状,阐述了系统的工作原理、结构组成与特点,为满足小口径钻进对近钻头测量技术的需求,提出了小型化设计亟待攻克的关键技术难题,包括电磁波无线通信抗干扰技术、小直径涡轮发电技术、井下MEMS传感器技术等,为今后小直径近钻头测量系统研发提供技术基础。     

基于地下VLF人工信号源的定位技术研究

基于甚低频电磁波(VLF)穿透地层能力,研究地层对信号造成的影响,评估频率、功率和信号穿透能力的关系;从信号源、天线、信号处理滤波等方面讨论其实现的原理及关键技术;筛选适合地下-地表单向通信的合理方式和载波机制;建立简化的磁偶子定位模型,完成信号源的定向和定深。总结甚低频定位技术的关键方案,为煤层气水平井、水平对接孔、定向钻进导向孔、矿井救援等钻探领域中孔内信号传输提供一种新的通讯技术。     

泥浆脉冲随钻测量系统研究

介绍了泥浆脉冲随钻测量系统信号传输的3种基本工作方式:压力正脉冲、压力负脉冲和连续压力波.泥浆脉冲信号在传输过程中主要受钻探泵、井底动力机、泥浆中的气泡及活动钻具的干扰;钻井深度、泥浆中的气泡量、含砂量和泥浆类型对信号衰减有一定的影响.     

ZTS-172M电磁波随钻测量系统及其在胜利油田的应用

简述了从俄罗斯引进的ZTS-172M电磁波随钻测量系统的工作原理、组成和主要技术参数.为检验该系统的性能,在胜利油田的试验1井和试验2井进行了生产试验.该系统成功地接收到试验1井地下1 200m、试验2井地下1 600m深处发射的电磁波信号.生产试验结果表明该系统在胜利油田取得了初步成功.根据试验情况,提出了对该系统进行改进的相关建议.     

煤矿井下智能化钻探配套钻具研究进展

作为智能化钻探的重要组成部分,钻具系统的智能化对煤矿井下钻探的智能化发展起着至关重要的作用。为深入探究智能化钻具的发展方向,结合石油天然气行业发展经验,从定向钻具、随钻测量系统以及智能化钻杆、钻头等方面系统梳理了煤矿井下智能化钻探配套钻具的研究成果与技术特点,总结了存在的不足。指出目前煤矿井下智能化钻探定向钻具多以螺杆马达为主,主要研究集中于螺杆马达的线形设计、定子橡胶抗疲劳研究与不同工艺个性化定制,旋转导向钻具的开发与石油天然气行业存在较大差距,仅处于起步阶段;随钻测量系统可监测参数较少,监测的数据以轨迹参数为主,逐步加入了伽马地层识别,数据传输以有线与泥浆脉冲方式为主,存在数据容量小、传输效率低的问题,无线电磁波方式传输距离较短,仅能满足500 m以内钻孔;智能化钻杆研究主要为通缆钻杆的优化与改进,智能化钻头的研究尚未开展。为实现煤矿井下智能化钻探,提出开展以旋转导向为主,多种定向钻具综合运用的钻具定向系统研究;随钻监测系统应集成瓦斯监测、地下水探测及地应力感知煤矿钻进特种需求的功能,并配合多种传输方式并存的随钻测量系统研究以适配不同钻进工艺,同时提升传输速率,实现信息高速双向传输...     

煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近钻头随钻测量开发经验和发展路径的基础上,分析了现有技术应用于煤矿井下的局限性,依托煤矿井下现阶段随钻测量技术,提出了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究思路,探讨了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究现状,重点解决结构小型化、仪器单元化、防爆模块化、测量协同化和控制整体化的研发技术难题。在煤矿智能化建设大背景下,提出未来需要从近钻头多参数一体化测量、近钻头参数动态监测、近钻头旋转导向钻进和近钻头自适应钻进等方面入手,大力推动煤矿井下近钻头随钻测量与5G通信、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的融合发展。