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1、(最新整理)电磁波随钻测量系统2021/7/261电磁波随钻测量系统中煤科工集团重庆研究院水文物探研究所2021/7/262?随钻测量技术介绍随钻测量技术介绍?电磁波随钻测量系统原理和组成电磁波随钻测量系统原理和组成?现场操作现场操作 提纲提纲2021/7/263 第一部分第一部分 随钻测量技术介绍随钻测量技术介绍 随钻测量技术分类随钻测量技术分类今后发展方向今后发展方向2021/7/264随钻测量技术分类随钻测量技术分类1.1.按照传输方式按照传输方式 有线随钻测量和无线随钻测量。有线随钻测量和无线随钻测量。有线随钻测量：有线随钻测量： 优点：优点：通过电缆测量，传输速度高实时性好；地面通过
2、电缆测量，传输速度高实时性好；地面 供电，发射机简单；特殊井的测量离不开。供电，发射机简单；特殊井的测量离不开。 缺点：缺点：频繁起下影响钻井施工，效率低。频繁起下影响钻井施工，效率低。无线随钻测量：无线随钻测量： 优点：优点：实现持续钻进条件下的随钻测量，提高了钻实现持续钻进条件下的随钻测量，提高了钻 井效率。井效率。 缺点：缺点：传输速率低，受环境、工况影响较大。传输速率低，受环境、工况影响较大。2021/7/265随钻测量技术分类随钻测量技术分类2.2.按照传输介质不同分类按照传输介质不同分类 泥浆脉冲类、电磁波类和声波类等。目前声泥浆脉冲类、电磁波类和声波类等。目前声波类仍处于研发阶段
3、。波类仍处于研发阶段。 泥浆脉冲传输随钻测量，我们习惯于称其为泥浆脉冲传输随钻测量，我们习惯于称其为MWDMWD。电磁波随钻通常以。电磁波随钻通常以EM-MWDEM-MWD称谓。称谓。2021/7/266随钻测量技术分类随钻测量技术分类3.MWD3.MWD与与EM-MWDEM-MWD比较比较 MWD MWD技术技术 在泥浆脉冲随钻测量系统中，发射机通过脉冲发生器改变在泥浆脉冲随钻测量系统中，发射机通过脉冲发生器改变钻柱内的泥浆压力，压力波将测量数据以脉冲的形式传递到地钻柱内的泥浆压力，压力波将测量数据以脉冲的形式传递到地面。面。 特点：特点： 1 1）在以泥浆作为钻井液情况下稳定工作。）在以泥
4、浆作为钻井液情况下稳定工作。 2 2）受泥浆影响较大。如：介质可压缩性增强时，受到限制）受泥浆影响较大。如：介质可压缩性增强时，受到限制 （气体、泡沫、欠平衡钻井）；漏失井堵漏时；（气体、泡沫、欠平衡钻井）；漏失井堵漏时； 3 3）动力设备易损，使用成本较高）动力设备易损，使用成本较高 4 4）传输速率低）传输速率低 ；2021/7/267随钻测量技术分类随钻测量技术分类3.MWD3.MWD与与EM-MWDEM-MWD比较比较 EM-MWD EM-MWD技术技术 井下发射机将井下传感器测量的信息调制激励到用特殊工艺绝缘的上井下发射机将井下传感器测量的信息调制激励到用特殊工艺绝缘的上下钻柱之间，
5、信号经由钻柱、套管、钻井介质、地层构成的信道传输到地下钻柱之间，信号经由钻柱、套管、钻井介质、地层构成的信道传输到地面，地面接收系统通过测量地面两点之间的电位差的变化获得相关信息。面，地面接收系统通过测量地面两点之间的电位差的变化获得相关信息。 特点：特点： 1 1）以电磁波形式传输，受钻井介质影响小；）以电磁波形式传输，受钻井介质影响小； 2 2）井下无动力部件，可靠性较高；）井下无动力部件，可靠性较高； 3 3）传输速率高，传输信息量大；）传输速率高，传输信息量大； 4 4）不受循环和开停泵限制，节省测量时间，提高钻井时效；）不受循环和开停泵限制，节省测量时间，提高钻井时效； 5 5）传输
6、深度受地层电阻率以及高盐泥浆影响较大，应用受到限制；）传输深度受地层电阻率以及高盐泥浆影响较大，应用受到限制； 6 6）结构形式简单，方便现场操作；）结构形式简单，方便现场操作； 7 7）易于实现双向通信。）易于实现双向通信。2021/7/268电磁波随钻测量系统2021/7/269今后发展方向今后发展方向1. .高数据传输率随钻测量系统高数据传输率随钻测量系统 采用数据压缩技术、高效编码技术的采用数据压缩技术、高效编码技术的EM-MWDEM-MWD系统。系统。2.2.地质导向技术地质导向技术 大量的测井技术转化为随钻测井工具，实现随钻实时地大量的测井技术转化为随钻测井工具，实现随钻实时地质评
7、价，通过测井信息与井眼轨迹信息结合，使得钻井轨迹质评价，通过测井信息与井眼轨迹信息结合，使得钻井轨迹能够准确行进在储层中最佳位置。能够准确行进在储层中最佳位置。3.3.提高综合井控能力提高综合井控能力 随钻测量系统携带大量的地质信息、工程参数、井眼轨随钻测量系统携带大量的地质信息、工程参数、井眼轨迹信息，迹信息，更多的工程信息井下化对于安全井控意义重大，利更多的工程信息井下化对于安全井控意义重大，利于工程事故早期准确预报。于工程事故早期准确预报。2021/7/2610第二部分第二部分电磁波随钻测量系统原理和组成电磁波随钻测量系统原理和组成2021/7/2611 一一.系统概述系统概述 电磁波随
8、磁波随钻测量系量系统是以是以电磁波形式将井下随磁波形式将井下随钻测量参数通量参数通过地地层向地面向地面传输的随的随钻测量系量系统。 测量参数：井斜、方位、工具面、温度量参数：井斜、方位、工具面、温度 系系统功能：几何功能：几何导向，使向，使钻井井轨迹能按照迹能按照预先先设计的井眼的井眼轨道道进行，并最行，并最终实现准确准确“中靶中靶”。2021/7/2612 二二. .技术指标技术指标定向参数：定向参数： 井斜：井斜：01800.2 方位：方位：03602.0 工具面：工具面：03602.0 温度：温度：01250.1系系统数据数据传输率：率：0.512.5bps发射机外径：射机外径：48mm
9、2021/7/2613 三三. .系统构成系统构成 系统分为：接收机和发射机两大部分。发射机随钻具下井，系统分为：接收机和发射机两大部分。发射机随钻具下井，完成对定向参数的随钻测量，并将所测参数以电磁波形式发往完成对定向参数的随钻测量，并将所测参数以电磁波形式发往地面，地面设备接收这些信号，经过放大、去噪音，解码，由地面，地面设备接收这些信号，经过放大、去噪音，解码，由计算机处理显示。计算机处理显示。2021/7/2614 三三. .系统构成系统构成1.1.电磁波随钻测量发射机电磁波随钻测量发射机绝缘天天线悬挂短挂短节绝缘短短节悬挂接挂接头发射机短射机短节电池短池短节定向定向仪短短节下密封盖帽
10、下密封盖帽 悬挂短节在钻铤上端连悬挂短节在钻铤上端连接。由发射机、电池组、接。由发射机、电池组、定向仪构成的仪器串，置定向仪构成的仪器串，置于由悬挂短节和钻铤构成于由悬挂短节和钻铤构成的内腔，并通过悬挂接头的内腔，并通过悬挂接头进行固定。绝缘短节安装进行固定。绝缘短节安装于绝缘天线内腔，与绝缘于绝缘天线内腔，与绝缘天线构成发射天线总成，天线构成发射天线总成，绝缘天线在悬挂短节上部绝缘天线在悬挂短节上部与之对接，并将发射机输与之对接，并将发射机输出馈送至绝缘天线的两极。出馈送至绝缘天线的两极。2021/7/2615绝缘天线绝缘天线 绝缘天线是电磁波随钻测量系统中重要的结构件之一，其上、下两端绝缘
11、，使得钻具组合中上、下两部分相互绝缘。绝缘天线的内、外壁分别附着有绝缘层，外壁绝缘层上下分别安装有防磨带。其抗拉载荷120t，抗压载荷50t，抗扭35kNm。 2021/7/2616悬挂短节悬挂短节 悬挂短节也称钻铤接头。上端与绝缘天线相连接，下端与钻铤相连。其外部刻有标记槽（工具面参考点）。2021/7/2617 发射机短节发射机短节发射机短节采用恒功率输出设计，自适应大范围阻抗变化，可满足地层电阻率21000 m范围内的恒定功率输出。a) 工作温度：-25125；最大工作压力105MPa；b)抗震能力：20g rms 30 Hz300Hz(随机)、30g 50 Hz300Hz(正弦)、抗冲
12、击能力1000g/0.5ms；c)最大输出功率：15W；最大输出电流：10Ad)载波频率：3.125Hz15Hz可选；传输波特率：0.5 bps12.5bps2021/7/2618 电池组短节由中间接头、电池筒和外部承压筒构成。电池采用耐高温锂电池，单节电池容量：3.67V/24Ah。电池筒为9节电池串联定制，输出电压为33V左右。实际供电采用两个电池短节串接输出+64V电压为井下仪供电。电池组短节电池组短节2021/7/2619 定向仪是利用已知的重力场和地磁场做为基准来定义方向参数，即利用仪器坐标系与基准坐标系之间的相互关系来计算方向参数。定向仪短节定向仪短节2021/7/2620技术指标
13、技术指标 a)最大工作温度：125；b)最大工作压力：105MPa；c)抗震：20g rms 30300HZ（随机），30g 50300HZ（正弦）；d)抗冲击： 1000g/0.5ms；e)仪器主体外径：48mm；电路骨架直径：35mm；f)测量范围和精度： 井斜角： 0180 0.2 方位角： 0360 3.0（井斜角 9） 工具面角： 0360 1.5定向仪短节定向仪短节2021/7/2621下密封盖帽下密封盖帽 下密封盖帽安装在仪器测量串的最下端，其材料为优质钛合金，其外径为： 48mm，有效长度为：175mm。2021/7/2622发射机连接图发射机连接图2021/7/2623第三部
14、分第三部分现场操作现场操作nn施工准备施工准备nn仪器连接仪器连接nn开机测试开机测试nn井口安装井口安装nn入井测试入井测试nn出井测试出井测试nn注意事项注意事项2021/7/2624施工准备n在到达井场后，将接收机及计算机放进仪器房，确认仪器房与钻机的距离，距离太远不能进行安装；n在钻机上找一个接触比较良好的地方安装接收天线连钳；n以井口为中心，便于连接接收机方向找一个湿润的地方，将地锚砸入地中，在接线口安装上连接线缆；n将连接线缆安全高架，注意防碰、防损，连接线不允许打直角弯，以防折断；2021/7/2625仪器连接n接收机供电为220V；n计算机两个USB口分别通过RS232转换器连
15、接232口与USB口；n接收机485口连接测斜仪配置线；n接收机XA与XB接测试端；2021/7/2626仪器连接n发射机连接2021/7/2627开机测试接通电源；开启工控机，打开系统软件。打开探管设置，进行发射机短节、定向仪短节设置；点击“开始定向作业”；断开通信测试线缆，将尾椎接上；测量并记录每个短节测量点对于底部的长度及整串井下仪的长度；将井下仪器串放置与一个平面上，并将上端组装的定位槽朝上；将水平仪放置在定位槽上面，转动仪器串使得水平仪中漂浮点位置居中；打开软件中系统-随钻设置-基本设置，观察软件中所测量的工具面值，将此值输入内部安装偏差上。2021/7/2628开机测试转动仪器串观
16、察工具面值变化的角度与转动的位置是否一致；将仪器顶部抬起，观察倾角变化的角度与抬起的位置是否一致； 以仪器串上部为原点，整个仪器串转动，观察方位变化的角度与转动的位置是否一致；断开测试线缆，上部组件盖上保护帽，安装好起吊工具；将地面接收天线线缆与接收机连接；借助扶正器切削工具，将仪器串上的扶正器按照钻铤内径的要求进行切割，扶正器直径不能大于钻铤内径，小于钻铤内径不超过2mm；等待井口安装。2021/7/2629井口安装u井口安装完钻铤后，将钻铤接头连接好；u用小绞车起吊仪器串；u注意：抬仪器串的时候人员在仪器串一侧并不要上肩，起吊仪器注意：抬仪器串的时候人员在仪器串一侧并不要上肩，起吊仪器串的
17、时候注意保护仪器串不要让仪器串弯度超过串的时候注意保护仪器串不要让仪器串弯度超过30；u将仪器串从钻铤接头上面插入，上端组装接近钻铤接头上端口时停止，转动仪器串将上端组装定位槽对准钻铤接头上的定位键后慢慢放入，确保键槽进入定位键中；u 注意：在起吊工具上端插入一根铁棍，稍施加力去转动仪器串，注意：在起吊工具上端插入一根铁棍，稍施加力去转动仪器串，如果转不动并且观察上端组装上的支撑架与悬挂短节外面定位键在如果转不动并且观察上端组装上的支撑架与悬挂短节外面定位键在一条线上，说明键槽进入定位键；一条线上，说明键槽进入定位键；2021/7/2630井口安装u拆卸起吊工具及上端组装保护帽；u取出绝缘短节
18、下端的保护帽，起吊安装绝缘天线；u注：安装时要保证绝缘短节及上端组装同心并以低于注：安装时要保证绝缘短节及上端组装同心并以低于0.1转转/秒的速度拧扣，否则会损坏单芯插针，大钳的位置秒的速度拧扣，否则会损坏单芯插针，大钳的位置不能放置在绝缘带上，不然会损坏绝缘带；不能放置在绝缘带上，不然会损坏绝缘带；u等待入井。2021/7/2631入井测试u仪器下入套管后进行入井测试，观察解码软件上信号的波形，并可继续测出一组数据，以判断仪器是否工作正常。u若出现异常需要取出仪器进行检查、采取相应措施。u将记录的测量点长度数据结合仪器下部的钻具数据计算出各短节的测量输入软件中的零长上；2021/7/2632
19、出井测试拆卸绝缘短节，绝缘短节下部与上端组装上部加保护帽；注：拆卸时确保钻铤内无钻井液，不然会造成钻井液灌注：拆卸时确保钻铤内无钻井液，不然会造成钻井液灌入内天线内部与上部组件内部，导致绝缘较低或损坏；入内天线内部与上部组件内部，导致绝缘较低或损坏；安装起吊工具，取出仪器串；断开接收天线，将测试天线连接仪器串，测试仪器是否正常工作，测试仪器串角差是否变化；仪器保养和拆卸；2021/7/2633注意事项n转速：不能超过60转/秒；n钻井液：不能用易腐蚀、易磨损的物质；n井场环境：不能有漏电、强电磁场的地方；n扭矩：不能超过30KN；n冲击：瞬间的轴向冲击不能超过1000g，横向振动不能超过10g。2021/7/2634谢谢！2021/7/26352021/7/2636
