近钻头随钻测量系统天线参数试验优化研究

近钻头随钻测量系统能够有效避免传统随钻测量系统所面临的数据滞后问题,而天线的参数设计及优化是提高信号传输距离及稳定性的重要因素。本文对某近钻头随钻测量系统的天线参数展开优化研究,通过试验探讨了天线线圈直径、线圈匝数、负载及磁芯等参数与信号传输距离之间的规律。试验结果表明发射线圈匝数为100匝及线径为0.8 mm,接收线圈为180匝及线径为1 mm,且需引入二级功率放大电路并采用铁氧体磁芯或磁片时,信号传输距离及稳定性最优。相关研究成果可为近钻头随钻测量系统天线的优化设计提供理论依据和实践指导。

Investigation of Upstream Near-Far Problem in VDSL Systems via Complete Adaptive Iterative Water Filling Algorithm

Crosstalk is the main degrading factor in Digital Subscriber Line (DSL) systems which are the result of electromagnetic coupling between two adjacent twisted pairs in a cable. Very-high bit-rate Digital Subscriber Line (VDSL) systems which use higher frequencies for data transmission than the other DSL systems, this effect is more considerable in Bit Error Rate (BER) degradation. This paper considers a complete adaptive iterative water-filling (IWF) algorithm for Resolving Upstream Near-Far Problem in VDSL Systems. The new distributed dynamic spectrum management algorithm is proposed, which improve achievable bit rate of iterative water-filling algorithm. The paper proffers a new power back-off strategy of the spectral mask at the near-end users, in order to protect the far-end users. Simulation of the proposed algorithm indicates that the bit rate is increased considerably rather the IWF and adaptive water-filling (AIWF) algorithms by keeping their low complexity. Furthermore, by adding the number of users in network, the new algorithm achieves performance gains over the AIWF, completely adaptive.

近钻头钻压和扭矩的高精度温度补偿方法

获取近钻头工程参数对于钻井安全生产具有十分重要的意义。随着技术的发展,地面间接测量技术已无法满足实际钻井需求,通过井下直接测量的方式获取实时的钻压扭矩等参数是当前主要研究方向。为此,根据应变测量原理,提出了井下钻压扭矩参数测量的应变片粘贴方案和电桥测量方案。试验研究表明,机械结构自身的应变与外载之间存在非线性关系,并且在高温环境下非线性误差更加突出。为了提高测量数据的精度,通过简化温度、压力和电桥输出电压之间的关系,建立数学模型,利用耦合多项式变换矩阵对机械结构自身引起的变形误差进行软件补偿。试验结果表明,该方法使直接计算应变片受力的平均绝对误差从2.14033 kPa降低为0.27739 kPa,降低了约87%。该方法有效地减小了测量近钻头钻压和扭矩的误差。

结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用

长庆油田鄂尔多斯盆地陇东地区长7页岩油属于重力流沉积,横向上岩性变化快,非均质性强,砂体分布不稳定,纵向上隔夹层发育,小层间物性、含油性等差异大,地质条件相对复杂,在地质导向方面带来了很大的困难。为了准确识别储层甜点,提高储层钻遇率,提出充分利用钻井、测井和地震数据,开展构造建模、属性建模和随钻近钻头方位伽马成像技术,形成了三维地质建模与近钻头方位伽马成像技术相结合的地质导向技术。现场应用实践表明,该技术在长庆油田页岩油水平井地质导向中有着重要的指导意义,其中的研究思路可为其他非常规油气藏提供借鉴。

耐磨集成测井电极优化设计

针对目前测井电极因受井壁磕碰、冲蚀等恶劣条件下长时间使用造成绝缘性下降、测量失效,不能满足大位移水平井“一趟钻”技术攻关需求,对测井电极的失效原因进行了总结与分析。灌封钢陶瓷的绝缘体在钻井液冲蚀等工况条件下弱化分子间结合力,与金属结合面的粘结强度下降导致泥浆渗入,绝缘性下降导致测量方位电阻率失效。进行材料和结构优化后,新型耐磨集成测井电极具有耐磨性、高密封性、电路集成等特点,有效提高测井电极的使用寿命。耐磨集成测井电极技术作为长寿命近钻头地质导向钻井系统的配套技术,实现大位移水平井“一趟钻”技术要求。在新疆油田、东北各大油田及海外油田,使用井达100多口井,为开采非常规油气资源效益开发提供技术保障。

方位伽马成像技术在长庆油田陇东页岩油地质导向中的应用

随着长庆油田水平井数量大幅增多,提高储层钻遇率变得尤为重要,常规随钻地质导向系统测量参数单一且盲区长、地层响应滞后,因此,需要搞清井眼轨迹与地层的相对位置关系并及时探测地层边界、调整轨迹。通过了解近钻头方位伽马成像系统的工作原理、仪器性能、测量参数和技术优势,应用近钻头方位伽马成像技术快速识别岩性变化、判断井眼轨迹与地层的切割关系、识别砂泥岩薄互层、计算地层倾角,在随钻地质导向过程中为轨迹调整提供依据,做到早发现、早调整,追踪目的层,减少浪费井段,有效提高储层钻遇率。现场应用表明,华XX井应用近钻头随钻方位伽马成像测井技术后,储层遇率高达96.6%,应用效果较好,为近钻头方位伽马成像仪器在长庆油田推广应用提供可靠的技术支撑。

煤层气水平井随钻仪器工程方案研究与应用——以沁水盆地安泽区块为例

文章以沁南安泽区块为例,对工程地质因素、地质导向参数、防塌钻进等内容进行研究,从随钻仪器方面助力煤层气安全高效钻井。安泽区块3^(#)煤层具有夹矸层多、煤岩碎裂结构发育等特点,以工程技术结合地质要求开展导向方案与措施的优化,制定出适合该区域的随钻仪器作业模板。本文采用近钻头方位伽马地质导向技术进行现场应用,对A13井实钻作业轨迹进行校正与控制。现场施工顺利,实际水平煤层段累计进尺882 m,钻遇率94.89%,安泽区块随钻仪器作业模板切实可行。

基于井下参数测量的钻柱运动特征及异常状态分析方法

随着石油勘探开发的不断深入,井下地质构造越来越复杂,井下钻柱/钻头等工作环境更加恶劣,对井下复杂工况做出准确及时的判断是钻井过程中面临的主要难题之一。传统的地面录井手段由于所测数据不是井底真实数据,并且数据传输存在时效性等问题,已难以满足超深井等复杂井安全钻井需求。为此,研制了井下工程参数测量仪,该仪器能够实现井下钻压、扭矩、振动、管内压力、环空压力、温度等工程参数的精确测量、采集与存储,具有采集频率高、存储容量大、安全系数高等特点,能够获取井下近钻头处真实的工程参数,为提速工具优化设计、井下复杂工况诊断、优快钻井方案的制定提供了技术支撑。现场试验测试数据的分析验证表明,该仪器测得的各数据同现场实际工况和井下状态相互吻合。

近钻头随钻伽马成像快速正弦曲线拟合方法

针对现有随钻测井数据传输速率较低的问题和井下实时获取伽马成像图的需求,模拟分析了近钻头伽马成像测井仪器穿过倾斜界面进入高放射性泥岩层的扇区成像特征,提出了基于扇区伽马成像图的快速正弦曲线拟合方法。设计了近钻头伽马成像测井中的快速正弦曲线拟合固件算法,将最小二乘估计算法和三参数正弦拟合相结合,提取得到正弦曲线的幅度、频率、相位和直流分量等4个参数,为拟合反演形成多扇区伽马成像图提供数据。利用快速正弦曲线拟合方法,测试了用标准岩样构造分层倾斜地层模拟井眼采集的伽马数据,实现了多扇区伽马成像测量值的拟合,且拟合误差较小。研究结果表明,拟合反演得到的8扇区伽马成像图的正弦曲线特征明显,能够准确反映倾斜地层界面信息,验证了快速正弦曲线拟合方法的可行性和正确性。

近钻头随钻伽马成像系统研制及应用

为解决常规地质导向系统测量盲区大、地层响应滞后等问题,采用方位伽马成像测井和无线电磁波通讯一体化设计,研制近钻头随钻伽马成像系统。该系统集成近钻头伽马成像探测短节、井下无线电磁波短传子系统和地面实时成像导向软件等,具有测量零长短、方位成像精度高、无线电磁波传输距离远等特点。现场应用结果表明:在保证测量、施工工艺等稳定性前提下,近钻头随钻伽马成像系统可以实时获取钻头附近的地层方位伽马成像图,实现跨螺杆动力钻具无线电磁波通讯。该结果可为定向井、水平井勘探开发提供技术支持。

底部钻柱动态力学特性测量方法与实验研究

为研究随钻测井时底部钻柱近钻头处的动力学特性,设计了直梁应变片式测力传感器,研制了一种基于虚拟仪器平台的模拟钻柱动态力无线测量装置,阐述了其测量原理与系统结构,实现了模拟钻柱旋转过程中轴向力、径向力和扭矩的多线程检测及侧向力求解,并进行了不同钻压和井斜角条件下底部钻柱组合的动态力学特性实验,研究了侧向力的变化规律。实验结果表明,系统能够实现实验室内模拟钻柱的动态力实时测量,可为底部钻具组合的井斜控制机理研究提供实验基础。

基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统设计

为了实现近钻头测斜,同时提高特殊工艺井、定向井及水平井等高精度井施工中井眼轨迹的控制能力和计算精度,对利用超声波作为无线信号传递的编码方案做了简要介绍,设计了基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统,并对该系统进行了现场试验。试验结果表明,利用超声波来实现近钻头部分井斜角数据的传递是切实可行的。在室内利用超声波最大可达到1 000 b/s的数据传输速度,随着研究的深入可以实现近钻头部分其他参数的测量。

近钻头短距离声波通信

建立螺杆钻具本体的有限元模型,采用有限元法模拟计算声纵波在螺杆钻具中的传输特性,同时在实际钻具上对模拟结果进行试验验证,并选择4kHz频率的声波在螺杆钻具上进行通信试验。结果表明:螺杆钻具及其上部钻具具有较宽的通信频带,类似于一个低通滤波器,可以利用声波实现近钻头信息的短距离传输,并可能获得较高的数据传输速率;80bits/s的数据传输速率可实现稳定通信;钻具接头处的尺寸和介质变化所引起的衰减和反射不可忽视,须通过增加隔声或消声结构减少干扰。

近钻头钻具多源动态姿态组合测量方法

在导向钻井系统的姿态测量过程中,由于近钻头强振动的影响,导致姿态参数测不准甚至不可测,为了消除有规律的干扰、振动等对测量准确性的影响,快速解算出准确的钻具姿态,提出一种新的多源动态姿态组合测量方法。采用三轴加速度计、三轴磁通门以及角速率陀螺仪等构成测量系统,建立基于四元数的姿态测量非线性模型,研究钻具运动状态与振动加速度之间的关系,根据模型及噪声特性,采用基于四元数的无迹卡尔曼滤波方法对振动干扰信号进行滤除。试验结果表明,采用提出的方法能够消除近钻头干扰对姿态参数测量的影响,井斜角在5.2°左右,工具面角误差小于10°,有效地提高了导向钻井工具姿态动态测量的准确性。

DQNBMS-1型近钻头随钻测量系统的研制与应用

常规随钻测量系统(LWD)参数测点滞后钻头较远,测量信息滞后,导致油田薄差油层砂岩钻遇率低,储层未得到有效地开采。通过对近测量主测总成壳体结构和电路小型化、低功耗等设计,研制了三参数测点距钻头均小于1 m的DQNBMS-1型近钻头随钻测量系统。通过DQNBMS-1系统多参数近距离测量的实时数据,可以及时掌握井底的井斜、辨别地层变化、判断钻头与储层的相对位置和调整轨迹,提高砂岩钻遇率。现场应用证明,该系统测量数据准确、工作稳定可靠,施工井段获取了较高的砂岩钻遇率。通过与LWD应用效果对比,该系统更利于地层特性的判断和钻头在储层内的高精度控制,砂岩钻遇率提高了15%,可为薄差油层的开发提供有利的技术支持。

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。

基于电阻式应变片的近钻头工程参数测量技术研究

近钻头工程参数的随钻测量对安全、高效钻井具有重要意义。在分析近钻头处钻铤的受力与运动形式基础上,基于钻铤应力与应变的关系,建立了钻压、扭矩、弯矩等井下工程参数的测量模型与实验模型。通过传感器的优化布局,测量模型较好地解决了三个被测参数之间的耦合问题,实验模型给出了相对准确的测量结果和合理可行的井下工程参数测量解决方案。最后,分析讨论了测量装置的温度补偿、测量模型简化等问题,为近钻头工程参数随钻测量装置的研制奠定了基础。

近钻头冲击器对定向钻进中造斜率的影响规律

近钻头冲击器是一种连接在螺杆与钻头之间的冲击型钻井提速工具,但是目前此类工具在定向过程中对造斜率的影响规律尚不清楚。为此,采用三点定圆法和等效梁柱法,分别计算定向钻具组合(BHA)的理论造斜率和钻头侧向力,研究有、无近钻头冲击器两种工况下侧向力和造斜率的变化规律,得出如下结论:近钻头冲击器增加了下部稳定器与钻头的距离,降低了常规定向BHA的理论造斜率和钻头侧向力;定向BHA的钻头侧向力随着井斜角和螺杆弯角的增加而增大,近钻头冲击器对其造斜能力的影响程度也随之增加。现场试验结果验证了模型和分析的正确性,在定向钻进过程中使用近钻头冲击器要考虑其对造斜率的影响,可提前增加螺杆的结构弯角以确保足够的造斜能力。研究结果可为近钻头冲击器的现场应用提供一定理论支撑和指导。

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。

近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。