随钻测量正脉冲仪器信号编码分析

118无线随钻测量仪器是定向井、水平
井施工过程中不可缺少的组成部分，其对轨迹控制起着重要作用，主要是实时测量井斜角、工具面等参数。

目前，无线随钻测量仪器的无线传输方式主要有泥浆脉冲、声波、电磁波等三种手段。

其中泥浆脉冲方式由于其传输方式简单、受干扰小，应用最为广泛。

一、泥浆脉冲传输方式简介
目前，泥浆脉冲信号传输方式主要有正脉冲、负脉冲、连续波。

正脉冲主要是依靠节流控制阀，当井下仪器开始工作时，钻井液通过仪器的截面积发生变化，从而引起钻柱内泥浆压力的波动，地面设备检测到压力波后，开始解码。

负脉冲主要依靠泄流阀，当井下仪器开始工作时，钻柱内泥浆部分从泄流阀流向环空，导致钻柱内泥浆压力降低，在地面同样依靠检测压力波动进行解码。

连续波是依靠转子与定子联合作用，转子与定子本身带有多个叶片，转子旋转后，其叶片与定子叶片重叠时，钻柱内泥浆流道面积最大，压力最低；叶片不重叠时，钻柱内泥浆流道面积最小，压力最高。

二、正脉冲仪器信号编码分析
1.Sperry-Sun MWD仪器的编码分析
原Sperry-Sun公司生产的MWD仪器是采用泥浆正脉冲发生器，后被哈里伯顿收购，它的编码方式是采用了曼彻斯特编码，曼彻斯特编码是采用压力波的上升和下降来表示二进制数中的“0”和“1”。

其中,“0”码与时钟码相同，而与“1”码相反，所以可看成一种相位调制。

在现场施工过程中，开泵后井下涡轮发电机工作，开始给测斜探管供电，此时测斜探管需要预热30s，然后开始发送Run-in脉冲信号，该信号发送完毕后开始发送Flag信号，Flag信号是同步标准信号，由8个连续脉冲信号表示，即01111110，它的作用主要是确保地面系统与井下仪器同步。

上述完成后，开发送TAG信号，TAG信号代表了后面的数据类型，最后进入正常的测量状态。

哈里伯顿公司的PCDWD工作软件
正常解码的关键条件就是能否检测到
完整的FLAG信号，只有在完整检测到
FLAG信号后，才能进行后面序列的正常
解码。

仪器的传输频率设置为0.5Hz时，
则脉宽为1.0秒；仪器的传输频率设置为
0.8Hz时，则脉宽为0.625秒。

2.PLM-MWD仪器的编码分析
PLM编码也就是所谓的组合编码，
它是在固定的时间段上分布固定的脉冲
位置，然后根据数据在其上布置指定数
量和脉冲宽度的脉冲来表示。

组合编码
的最重要的两个参数是可布置脉冲数
（槽数）和已经布置的脉冲数。

这种编
码采用在已确定的时间段T内设置N个时
间槽，在N个时间槽中根据所要发送的
数据来确定M个脉冲来表示。

根据上述
描述则槽宽为T/N，脉冲宽度为1.5倍的
槽宽。

所以这种编码格式也被称为M脉
冲与N槽的组合码。

但是这种编码规则
中必须注意的是两个脉冲之间的间隔必
须大于两个槽宽，并且最后的两个槽一
定要空着。

PLM编码的井下数据传输格式：
开泵后仪器进入设定好的延迟时间，等
仪器工作稳定后，仪器开始发送脉冲识
别信号，而PLM编码的脉冲识别信号是
脉冲识别宽度信号，仪器的脉冲宽度不
同时，信号的时间槽也不相同。

仪器发
送完识别信号后，接下来进入无脉冲时
间，无脉冲时间的存在和设置的长短是
为了确保井下测斜探管有足够的时间对
各类传感器进行采集数据。

接下来的脉
冲同步信号的作用是进行地面和井下仪
器的同步校正，确保以后序列脉冲的正
确识别解码。

3.PPM-MWD仪器的编码分析
PPM编码也就是脉冲位置调制编
码，其编码的重要参数有：参数种类、
脉宽、精度等。

脉宽就是脉冲在时间上
占用的长度，一般脉宽都是设定好的。

精度是根据数据的要求，然后决定采用
几个脉冲才能达到精度要求。

参数种类
是依据仪器传感器性能和所要测量的参
数的特点对测量数据进行分类。

PPM编码数据的传输方式：开泵
后，仪器进入延时时间，等仪器工作
稳定后，仪器首先发送时间脉冲同步信
号，该信号作为井下与地面的校正基
准，也就是说该同步信号过后，就会发
送正常数据信号，地面系统接收到该同
步信号后，开始以设置好序列对后面的
脉冲信号进行解码。

4.APS-MWD仪器的编码分析
APS脉冲发生器使用的是旋转阀脉
冲发生器，它是由脉冲器的定子和转子
相互配合，通过转子的旋转来改变钻
井液流道面积，产生正脉冲压力波。

APS编码的方式主要有两种，一种是Bi-
phase，它的编码格式与曼彻斯特编码方
式类似；另一种是Timebase2编码方式，
它的编码格式属于PPM编码格式，也是
通过脉冲位置的不同代表不同的数据信
息。

三、结论
（1）本文对目前现场常用的几种正
脉冲编码方式进行了介绍，并对各编码
方式的特点进行了分析，使工程师对所
用仪器有了更进一步的认识，有助于现
场问题的解决。

（2）随着钻井技术的不断发展，测
量仪器的传输、编解码效率都在大幅度
提高。

各定向服务公司的产品都在向更
快，更准确的方面发展。

参考文献：
[1]张春华,刘广华.随钻测量系统技术发展现状及
建议[J].钻采工艺,2010,33(1):23-25
[2]肖俊远,王智明,刘建领.泥浆脉冲发生器研究现
状[J].石油矿场机械,2010,10(8):8-11
随钻测量正脉冲仪器信号编码分析
周尊鹏 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司
【摘　要】无线随钻测量仪器是井眼轨迹控制不可缺少的主要手段，目前正脉冲仪器由于具有传输方式简单、受干扰小的优势，其应用最为广泛。

本文对泥浆脉冲传输方式进行了介绍，并对正脉冲仪器信号编码进行了分析。

着重分析了曼彻斯特编码、PLM编码、PPM编码，对各自的特点进行了分析，有助于现场问题的解决，以及为仪器今后的发展提供一定的指导。

【关键词】正脉冲；编码分析；曼彻斯特；PLM；PPM。