一种基于非接触耦合原理的新型随钻微电阻率成像仪器

分析随钻微电阻率扫描成像方法和探测器方案,研制一种新型随钻高分辨率电阻率成像工程仪器,并通过现场应用试验验证仪器的可行性和可靠性。基于非接触式耦合侧向电阻率测量原理,分析随钻条件下的井筒电场建立和扫描成像方法,形成上下两个发射电极聚焦、中间3个成像电极接收的电极系组合方案。利用电磁场有限元仿真确定电极系源距和仪器探测特性。结果表明仪器的裂缝电阻率真值分辨率与成像电极直径相当,扫描图像上对5 mm裂缝有可辨识响应;高速采集电子系统和多传感器组合在仪器动态旋转下检测电阻率信号和工具面角度,可实现高转速下的128扇区全井筒覆盖的地层图像;研制的随钻电阻率成像仪器在现场试验中获得了高分辨率的地层图像,随钻电阻率曲线与电缆测井数据高度吻合,且分辨率更高,能更好地分辨出薄层信息。

推靠式旋转导向系统推靠机构设计及实验验证

为了研制推靠式旋转导向系统,设计了一种推靠机构。推靠机构带有独立的液压控制系统,通过控制电机和柱塞泵的旋转以及电磁阀的开关实现翼肋的伸出、收缩及自锁。详述了推靠机构的结构以及液压控制系统原理,介绍了翼肋伸缩的控制过程,推导了翼肋行程及推靠力的计算方法。并根据推靠机构的设计,研制了实验装置,对推靠机构、液压控制原理、翼肋伸缩和翼肋伸出后的自锁功能、翼肋的行程和推靠力等进行了验证。实验表明翼肋的最大行程约为26 mm,最大推靠力约为3. 5 t,翼肋伸出后可以自锁。

井下随钻核磁共振流体分析装置设计与试验验证

为了在随钻条件下对井下地层流体类型及特性进行原地实时分析,以井下随钻应用为约束条件,提出了井下随钻核磁共振流体分析方法,仿真分析了钻铤尺寸约束下的物理空间,优化了小型核磁共振分析装置设计方案;在此基础上,研发出适于钻铤空间条件的小型核磁共振流体传感器,并制作了全尺寸井下随钻流体核磁共振分析仪短节原型机。井下流体样品的T_2谱试验结果表明,不同流体信号具有明显的响应特征和高信噪比。井下随钻核磁共振流体分析装置为井下流体分析提供了一种新的测试方法,也为核磁共振技术在井下随钻测量中的应用奠定了基础。

旋转导向推靠控制系统研发及实验

为了研制推靠式旋转导向工具,研发了一套推靠控制系统。该系统由单总线电路、非接触单元、测量单元、液压单元和主控电路五部分组成,能通过单总线接收电能并与井下中控双向通信,基于电磁感应原理实现旋转部分与非旋转部分之间的非接触电能传输与信号传输,按照地面系统下传的指令利用力矢量分解原理计算三个翼肋油缸液压力大小,使用压力传感器测量翼肋油缸中的实际液压力并对液压力进行闭环控制。对研制的推靠控制系统进行了初步实验,验证了该系统的电能信号传输功能、推靠控制功能、耐高温及抗振性能等。研制的推靠控制系统达到设计目的,满足进一步实验的需求。

随钻声波仪器刻槽钻铤结构分析

随钻声波仪器通常需要在发射器和接收器之间安装一根刻有规律排列的凹槽的钻铤来阻隔钻铤波,以提高仪器的测量精度,但凹槽会降低钻铤的机械强度,因此在设计时有必要对刻槽钻铤进行有限元分析与校核。本文利用Solid Works及其有限元分析模块,分析了刻环形槽钻铤在受拉力作用或受压、扭、弯共同作用时,环形槽参数对钻铤强度的影响。计算结果显示,环形槽区域应力较大,环形槽根部会出现应力集中;环形槽越深,刻槽区域钻铤截面积越小,钻铤机械强度越差;环形槽根部增加导圆角会减少应力集中。研究结果表明,为了提高刻环形槽钻铤的机械强度,应该减小环形槽的深度,增大刻槽区域钻铤截面积,并根据声学特性,优化环形槽根部倒圆角半径、环形槽宽度、间隔以及数量等等。上述研究成果为随钻声波仪器的设计提供了依据。

旋转导向系统现状及关键技术分析

旋转导向系统是一种具有高科技含量自动化钻井新技术,对石油天然气钻井提高井眼轨迹精确度和钻进能力、降低钻柱摩阻等方面具有重要作用。针对当前旋转导向系统研究的热点和问题,总结分析了中外旋转导向背景意义、技术组合、工作原理和发展水平等,并对典型旋转导向系统重点做了详细阐述,具体阐明了推靠式旋转导向技术的难点和关键点。为了获得在钻井领域对未来技术制高点的掌控,最后对旋转导向系统进一步的实际工程价值和技术趋势做了展望和分析,将对开发旋转导向系统和研究方向具有切实的指导意义。

随钻一体化测井仪平台开发

为了满足多深度探测评价钻井液侵入和识别地层岩性的需要,开发了具有电阻率、伽马等多参数测量功能的随钻一体化测井仪平台。基于相移电阻率、衰减电阻率、总量伽马和成像伽马等测量方法,采用六发两收的八线圈系设计方案,挂接了伽马探管、加速度计和磁通门等传感器,同时采用了由发射电路、接收电路和控制电路组成的模块化电路设计方案,并定义了总线通讯协议,建立起了各功能模块之间的信息传递。开发了测井仪平台的固件程序,不仅能够测量相移电阻率和衰减电阻率数据,还能够测量伽马数据和地层方位信息;开发了平台测试软件,能够对仪器进行标定测试及下井前的启动设置,实现仪器控制指令的下发,测量数据的上传,并对电阻率、伽马、井斜角和工具面等数据进行监测和图形化处理。研制的随钻一体化测井仪平台可以为大斜度井和水平井钻井提供丰富的、高质量的测井数据,为地层评价提供所需要的数据,从而为非常规油气储层开发提供技术支持。

钻头电阻率测井仪器探测特性研究

钻头电阻率测量是一种服务于地质导向的方法,在钻井过程中可以有效地降低作业风险。开展钻头电阻率测井仪器探测特性的数值模拟是研制精密仪器的重要手段,但其复杂的螺绕环激励源为数值模拟带来困难,因此需要利用一种等效的方法来简化。本文利用三维有限元素法(3D FEM),将复杂的螺绕环激励源简化为延伸的电压偶极子,实现了钻头电阻率测井探测特性的数值模拟。考察了钻头电阻率测井探测深度、纵向分辨率与前视探边能力及其影响因素。数值模拟结果表明,钻头电阻率测井探测深度与泥浆类型、泥浆电阻率和井底钻具长度有关。钻头电阻率测井纵向分辨率取决于井底钻具长度,井底钻具长度越小,钻头测量分辨率越高。钻头测量具有一定的前视探边能力,其与源距没有关系,电导性地层前视能力好于电阻性地层。井底钻具长度越小,仪器的前视探边能力越好。本文结果可为钻头电阻率测井仪器设计与解释提供理论依据。

旋转导向单总线传输机制研究

单总线技术传输波形的有效性和可行性一直是研发人员研究的焦点。为此,对单总线技术进行分析,根据其通信协议设计了单总线电路信号控制框图,对单总线传输的模拟信号设计了2套方案:①方波转换为尖顶波,此时总线上传输的模拟信号就是尖顶波,再由尖顶波还原回方波;②方波转换为正弦波,此时总线上传输的模拟信号就是正弦波,再由正弦波还原回方波。针对这2种设计方案分别设计相应的滤波器,通过Saber仿真与试验验证2种技术方案,发现尖顶波作为总线传输波形不易于实现,而正弦波作为总线传输波形易于实现,且可靠性高、稳定性与鲁棒性强。该单总线技术不仅可满足旋转导向钻铤之间的数据传输要求,大幅简化所需钻铤的机械结构,而且还可满足旋转导向非接触传输要求单根信号线传输数据这一特殊环境要求,可为推靠式旋转导向钻井系统高效数据传输技术研发提供参考。

3D FEM simulation of responses of LWD multi-mode resistivity imaging sonde

A new multi-mode resistivity imaging sonde, with toroidal coils as source, can conduct three resistivity measurements: azimuthal resistivity, lateral resistivity, and bit resistivity measurements. Thus, the logging time and cost are greatly saved. The toroidal coils are simplified as an extended voltage dipole and the response equations are derived for a homogenous formation. Based on 3D FEM, the depth of investigation(DOI), vertical resolution, circumferential azimuthal capacity, borehole diameter, mud resistivity, thickness of target formation, and the resistivity of the surrounding formation and mud invasion are simulated. The results suggest that the three measurement modes of the new sonde are different in vertical resolutions and DOIs. The circumferential detection ability of the azimuth button depends on the contrast between the anomaly and formation resistivity and the open angle of the anomaly. Whether the borehole is truncated at the bit or not has a great influence on the simulation results. The borehole and mud invasion affect the apparent resistivity in all modes, but the effects of resistivity of surrounding formation and thickness of the target formation are only corrected for lateral resistivity measurement.

电磁悬浮微陀螺概述

微陀螺具有体积小、功耗低等优点,但其精度目前仍然较低。在传统陀螺中,电磁悬浮陀螺的精度非常高,因此,对电磁悬浮微陀螺进行研究,有望获得高精度的微陀螺。介绍了电磁悬浮微陀螺的分类、原理、优缺点、结构以及研究现状。首先根据悬浮原理将电磁悬浮微陀螺分为基于磁吸力的电磁悬浮微陀螺、基于排斥力的电磁悬浮微陀螺、静电悬浮微陀螺、反磁悬浮微陀螺和超导磁悬浮微陀螺;然后分别介绍了每种电磁悬浮的悬浮原理和优缺点,以及每种电磁悬浮微陀螺的发展现状、样机结构和转子的悬浮旋转原理;最后,简述了电磁悬浮微陀螺的发展前景。