EM-MWD井下信号发射系统

随钻测量技术可实现井下工程参数和地质参数的实时获取及传输,广泛应用于钻井工程。电磁随钻测量技术由于传输速率高,无需开泵即可传输信息,相对于MWD有着难以比拟的技术优势。开展了井下无线信道传输特性的研究,设计了井下发射天线结构,确定了电磁信号调制方式,根据不同工况定义了特定的传输信号数据帧,并通过集成ADXL203和设计算法,实现了对井下泵状态的判别,用于测斜及钻进等工况下不同信号帧的发射。实验表明,设计的EM-MWD井下信号发射系统可调制出正弦电磁波信号,并可准确判别井下泵状态并可按照设定发射不同信号帧,在特有的技术优势的基础上,提高了电磁随钻测量仪器的工作效率,进一步降低了功耗及使用成本。

矿用EM-MWD绝缘短节关键参数分析及研制

绝缘短节是电磁波随钻测量(EM-MWD)的重要组件,在设计加工绝缘短节时,既要考虑绝缘短节长度与绝缘性,又要考虑绝缘短节的机械性能。应用ANSYS仿真分析绝缘短节关键参数(长度、电阻)对信号传输的影响规律,由分析可知,一般绝缘短节长度取0.5m、电阻达到数百欧姆即可满足电磁波随钻测量的要求。基于此,研制一种长度为0.5m、电阻大于8MΩ的矿用绝缘短节,其机械性能接近钻杆,野外试验结果表明,该绝缘短节能用于工程实际。

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。

基于ANSYS的延长线对EM-MWD信号传输的影响

为了研究延长线对电磁随钻测量(EM-MWD)信号传输的影响,基于ANSYS有限元软件,对延长线型EM-MWD信号传输特性进行了仿真,从延长线长度和延长线单位长度电阻方面开展了研究。建模时假设井眼为直井,钻柱轴线与套管轴线重合,钻柱全为钻杆。分析结果表明:随着延长线长度增加,EM-MWD信号接收强度先快速增强,后缓慢增强或减弱;延长线单位长度电阻越小,EM-MWD接收信号越强;当绝缘短节位于金属套管内时,延长线型EM-MWD的地面接收信号弱于常规EM-MWD;当绝缘短节位于金属套管外时,延长线型EM-MWD接收信号强度比常规EM-MWD强。所得结果可为延长线型EM-MWD传输技术的现场应用提供指导。

煤矿井下EM-MWD仪器研制

研制了煤矿井下电磁无线随钻测量(EM-MWD)仪器。针对煤矿井下EM-MWD特点,发射频率采用可设置的6.25 Hz与12.5 Hz,编码方式采用省电的差分脉冲位置调制(DPPM),发射机设计省电模式与休眠模式提高电池工作时间,φ73 mm绝缘天线外层涂覆多层金刚砂提高耐磨性,接收机采用RLS自适应滤波提高抗干扰性能。试验结果表明仪器在煤矿井下随钻测量传输距离大于310 m,发射机省电模式与休眠模式工作有效,绝缘天线机械强度与耐磨性达到煤矿井下随钻测量要求。

套管外绝缘涂层特性对EM-MWD信号影响规律分析

利用套管外绝缘涂层技术可减少电磁随钻测量(EM-MWD)信号在低电阻率地层中的衰减,进而增大其信号传输深度。为探明套管外绝缘涂层适用的地层电阻率范围,获取绝缘涂层特性对EMMWD接收信号的影响规律,基于有限元法建立了仿真模型,并针对绝缘涂层敷在不同电阻率地层套管外的应用效果、绝缘涂层的电阻率、厚度和长度对EM-MWD信号强度的影响规律展开仿真实验。结果表明:套管外绝缘涂层在低电阻率地层对EM-MWD接收信号的增强效果更显著;随着绝缘涂层电阻率的增大,EM-MWD接收信号先缓慢增强,随后快速增强,最后趋于稳定;随着绝缘涂层厚度的增加,接收信号强度呈现先不断增强随后保持稳定的趋势;在低电阻率地层中,在涂层长度不断增加到敷满该地层处套管的过程中,信号强度不断增强。研究成果对合理运用套管外绝缘涂层技术以突破EM-MWD应用井深限制具有理论指导意义。

EM-MWD信号在钻柱中传输的影响因素研究

在现有电磁随钻测量(EM-MWD)系统中,钻柱是重要的EM-MWD信号传输信道。为深入了解影响EMMWD信号在钻柱中传输效果的因素,基于等效传输线法对EM-MWD信号信道进行了建模,并使用Ansys软件进行了有限元计算,分析了地层分层情况下不同规格钻柱在交变电磁场中传输的能量损耗以及套管对EM-MWD信号传输的影响规律。研究发现:EM-MWD信号在钻柱中的能量损耗会随着功率和频率增大而增加,当信号频率超过100 Hz时损耗增加更加明显;不同规格的钻柱传输信号的效果不同,但当钻柱壁厚与外径的比为0.08~0.20时,EM-MWD信号传输效果较好;在钻柱上加套管会对EM-MWD信号的传输产生屏蔽作用,影响传输效果,不过当井下EM-MWD信号的发射频率在50 Hz以下时,套管的影响较小。研究结果更加明确了钻柱自身属性对EM-MWD信号传输的影响,可为EM-MWD系统的改进和设计提供参考。

EM-MWD信号沿钻杆传输模型有限元分析

提出一种EM-MWD系统信道模型的有限元分析方法。该方法主要以钻杆作为EM-MWD系统的接收天线,通过对钻杆上的电流分布情况进行有限元分析,计算地下电场或电压的分布情况。与非对称偶极子信道模型进行仿真对比,验证该方法的正确性。对影响信道传输的地层、钻井液、钻杆的电阻率和载波频率、地面接收距离等5个主要因素进行了分析,认为钻井液和钻杆的电阻率对信号传输的影响比较明显,地面检测两极之间的距离一般取50m为佳。

离散序列曼彻斯特解码在EM-MWD中的应用研究

传统的曼彻斯特解码往往是在信号连续波形的基础上进行的,即需要先对信号进行整形处理。在电磁随钻通信中,由于接收信号非常微弱,信噪比极低,对波形快速成功地解码有很大难度。详细介绍了某电磁随钻系统中的曼彻斯特解码算法应用,本解码算法是基于ADC采样的离散序列样本,可提高接收灵敏度,具有响应速度快、稳定性高等优点。

扩展EM-MWD传输深度及提高可靠性的方法与对策

就如何提高EM-MWD的传输深度和传输的可靠性对EM-MWD信道的传输机理和构成进行了分析,指出EM-MWD的井下信号发射和地面接收这两个关键环节在传输深度和可靠性方面所担负的重要作用,阐述了提高信号接收灵敏度和增强井下信号发射强度的方法。在文中依据EM-MWD的现场实验数据,对比了井下发射信号在不同供电功率下,在同一井深时由地面接收机获得的信号强度。在这一基础上,分析了设计高灵敏度EM-MWD地面接收机与大功率井下信号发射器客观上的有利因素以及所受到的限制,根据上述分析提出了提升EMMWD性能所采取的方法与对策。

国内EM-MWD技术发展现状及在煤层气中的应用展望

本文对EM—MWD的工作原理及技术特点进行了阐述,并介绍了我国EM—MWD仪器研发的现状。对煤层气开发的趋势进行了分析,结合煤层气钻井的特点,就EM—MWD技术在煤层气中的应用进行了展望。国内EM—MWD的研发已经突破技术瓶颈,具备了推广的条件;煤层气作为新型能源发展势头强劲,EM—MWD技术非常适合在煤层气水平井中使用,具有良好的应用前景。

EM-MWD系统无线传输技术探讨

本文从井下激励装置、无线传输信道、编码和调制以及地面接收四个方面探讨了电磁波随钻测量系统无线传输技术。指出国内的研究与实际应用存在一定的差距,并以俄罗斯ZTS电磁波随钻测量系统为例,分析了国外先进的井下无线传输技术。

基于DPPM编码的EM-MWD节电技术研究

为了延长EM-MWD电池的使用周期,研究了一种EM-MWD节电技术。利用差分脉冲位置调制(DPPM)编码占空期较长的特点,采用DPPM编码进行调制,在占空期关闭EM-MWD发射机和射频电路,仅在脉冲信号发生期发射无线电磁波载波,达到降低EM-MWD发射机能耗的目的。根据节电效率和编码效率的定义,指出DPPM编码码组位数和编码时隙是确定其节电效率和编码效率的2个关键参数。编码码组位数增加,节电效率增大,而编码效率降低,兼顾编码效率和节电效率的最优码组位数为3或4。缩短编码时隙,可以显著提高编码效率,而节电效率下降要缓慢些。几种常用时隙的分析表明,在保证适当误码率的情况下,较短的时隙,有利于在编码效率与节电效率之间做到平衡。研究结果表明,在DPPM编码占空期关闭发射机和射频电路,可以显著降低能耗,延长电池更换周期。

Blackstar EM-MWD在煤层气水平井中的应用

提高煤层气产量的最有效方法之一是在煤层中钻水平井。常规的电磁波无线随钻仪能够传送的信号参数有井斜、方位、工具面、磁场强度、重力和温度等,而美国BlackStar EM-MWD电磁波无线随钻仪除了可以测量上述参数之外,还可以测得高边伽马、低边伽马,这两个值对于判断煤层顶底板具有很好的指导作用,增强了地质导向性,提高了煤层钻遇率。并以山西柳林和陕西韩城二个工区为例,介绍了BlackStar EM-MWD电磁波无线随钻仪的工作性能及使用情况。

适用于煤矿井下EM-MWD的小信号检测技术

电磁波随钻测量(EM-MWD)通过低频电磁波信号将钻孔内近钻头处的测量数据传输至孔口,可用于煤矿井下钻探施工,是一种先进的无线随钻测量技术。基于三维地质模型研究电磁波在煤矿井下地层中传输损耗特性,利用噪声频谱分析、变频通信等技术手段,开发了适用于煤矿井下EM-MWD的小信号检测技术。测试结果表明,使用该技术可在井下环境噪声中检测到10μV的微弱信号,输入信号动态范围达100 dB,小信号增益最高可达到120 dB,该技术满足中深钻孔钻进对EM-MWD系统的要求。

CQ-EMWD电磁波随钻测量系统

电磁波随钻测量仪(EM-MWD)采用低频电磁波作为信号载体,信号传输不依赖钻井循环介质,可用于气体钻井、欠平衡钻井、井漏复杂井。但低频电磁信号在地层中传输受地层电阻率影响较大,信号衰减较快,导致随钻测量垂深一般不超过3000m,限制了推广应用。为此,攻关开发了低频电磁信号自适应高效发射技术、微弱信号接收及解码技术、高抗振测量技术和"测量总成+中继电缆+发射总成"模块化接力传输技术,研制了CQ-EMWD电磁波随钻测量系统,并在气体钻井、欠平衡钻井、水基钻井液及油基钻井液中试验应用21口井。该系统测量垂深达到4326m,解决了气体、欠平衡钻定向井、水平井随钻测量技术瓶颈和井漏复杂井随钻测量难题,为钻井提速、提效和降低随钻测量费用提供了良好的技术支持。

EM-MWD天线绝缘材料的设计

电磁波随钻测量系统(EM-MWD)作为煤矿钻井定向施工的一项新技术,应用效果好、成本低,但是在应用过程中,EM-MWD天线绝缘组件容易塑性变形,出现断裂等问题,为了解决这个问题对EM-MWD天线绝缘材料进行设计,选择LPP,设计的绕包层数最多为27层,绝缘材料在绕包过程中留有2mm的缝隙。最后对制作的实验样品进行了交流击穿实验和仿真分析,结果表明:液氮环境下使用的LPP的交流击穿场强威布尔概率为4.86%,雷电冲击击穿场强概率为3.21%。绝缘层的长度一般为0.5m,避免由于绝缘层较短造成的地面接收电压变低。当绝缘层的电阻达到数百欧姆就可以满足实际应用中的相关要求。

CEM-1电磁随钻测量仪井下电磁传输特性研究及现场应用

本文针对EMMWD在不同电阻率地层传输深度难以预测,CEM-1电磁随钻测量仪在不同地层的适用性难以评价的问题,分析了不同载波频率和地层电阻率条件下电磁信号的衰减规律,并采用高精度自适应hp有限元算法建立了井下电磁信号传输特性模型,以实现在不同电阻率条件下EMMWD传输深度的预测。通过江苏油田马35-18A井、沙20-80井两口井的现场应用,模型计算结果与实际传输深度误差在50米以内。应用结果显示,所建模型计算结果与实际应用情况吻合较好,具有较高的准确性,能对不同地层适用性有效评价,有助于CEM-1电磁随钻测量仪的推广应用。

煤矿井下随钻测量电磁传输信道建模

煤矿井下随钻测量系统目前主要采用有线方式进行信号传输,但是存在通缆钻杆加工技术要求严格、使用成本高等缺点,研制适用于煤矿井下的电磁波随钻测量系统十分必要。与地面钻进中井下-地面电磁传输信道不同,煤矿井下电磁波随钻测量采用孔内-孔口电磁传输信道,电磁信号传输过程中衰减特性亟待研究。基于经典电磁理论,结合煤层及煤层围岩电性,运用等效传输线法,计算了孔口接收电极间信号电压,包括煤岩层导电性、发射信号频率、钻杆电阻率、钻杆长度对接收信号电压的影响。仿真结果表明,相同工作条件下,煤矿井下孔口电极接收电压小于地面电极接收电压,大于地面电极接收电压一半。

基于NMM随钻电磁波传输信道特性分析

基于数值模式匹配法(NMM)与源等效原理,建立了随钻电磁波传输理论模型,可以同时考虑介质的径向和轴向非均质性,便于分析套管、泥浆、高导层、高阻层对信号传输的影响.通过理论计算结果与试验结果对比,验证了理论模型的正确性.在此基础上对地层电阻率、工作频率、套管、泥浆、钻柱导电性、高导层和高阻层对信号传输的影响进行了计算分析.