井下信号的接收与解释PPT课件

地面监控计算机 负脉冲产生装置
涡轮发电机
控
制 电压的采集判断
机
构 井下微处理器
导向执行机构 钻头
MRSS系统下传指令与MWD上传联用
MRSS下传指令的原理是有序变排量的负钻井液脉冲压力波， 即“三降三升”。地面生成的下传指令载波脉冲信号通过钻柱内 的钻井液向下传到井下工具，而井下的实钻数据也是由井下 MWD通过钻柱内的钻井液向上传送。因此，上传与下传两个压 力脉冲互相干扰，使波形复杂，最好能分时传输。 通常下传指令需要经过以下几个步骤： ❖ (1) MRST工具下到井底后，一般要循环泥浆通井、洗井等等。 等循环正常后，地面监控系统生成下传指令，启动负脉冲生成器 生成“三降三升”钻井液负脉冲波向下发指令，把井下工具面对 好，调好造斜力大小； ❖ (2) 关闭负脉冲生成器，停止下传指令。正常钻进，MWD信 息上传（延迟时间数秒，延迟距离30 m左右）； ❖ (3) 正常钻进，MWD监测井斜、方位，接单根停泵／开泵造 成波形不连续、复杂。 ❖ (4) 根据设计井眼轨迹和偏差矢量法，在需要时通过下传指令， 调控工具面角和造斜力的大小。
信号直接输入井下微处 理器，指令信息字的解 调由软件完成，检测出 地面信号下传系统下传 的控制指令编码后，通 过查询EPROM，即可知 道指令编码所代表的导 向力的大小和方向，则 导向工具的控制机构即 可控制执行机构按指令 要求去执行，实施工具 面角和导向力的调整 ， 这样就完成下传指令的 执行过程。
负 M 地W面D可监视控化测监井测斜井、眼方轨位迹、脉冲生
进成
成
负 脉 冲 生 成
器
器
器
器
工作方式2：当需要下传指令时，通过短起 泵关闭MWD。然后再开泵，同时打开负脉冲生 成器下传指令。“三降三升”脉冲完成后，压力 稳定在正常压力时MWD将再启动。如下图所示， 井下MWD可以通过短起泵，即关闭泵约1分钟后， 再开启泥浆泵。此时，便可将井下MWD关闭。 等待MWD停止工作后，再打开地面的负脉冲生 成器，生成“三降三升”脉冲排量波，下传地面 控制指令。
邻井间相互关系的描述形式主要有水平距离 扫描、最近距离扫描、法面距离扫描三种。
➢ 轨迹控制模块
旋转导向钻井过程中，轨迹控制模块是完成实时接收来自井下上传 的实钻井眼轨迹数据，并与设计井眼轨迹数据进行偏差矢量计算。计算 出轨迹控制指令参数，即导向力的方向和大小，以指令编码的方式下传 给井下工具。
开 启 泥 浆 泵
负 脉 冲 生 成 器
令
负 脉 冲
正 常 钻
MWD监控测井斜、方位、 关 地面可视化监测井眼轨迹闭
泥
生进
浆
成
泵
器
令 开负 启脉 泥冲 浆生 泵成
器
令
T
负
脉
冲
生
成
器
工作方式1使得迭加后ห้องสมุดไป่ตู้压力波形复杂，给解码带来一定 的困难，有误码，会发生失控。因此，最好采用工作方式2， 在地面将井下MWD关闭，然后再进行控制指令的下传，即采 用工作方式2为最优控制指令的下传方式。
MRSS地面监控系统软件
地面监控系统是MRSS的指挥中心，其主要完成 监测井下工具的工作状态和轨迹的变化趋势，按照几 何导向或地质导向的要求给出控制指令，遥控井下工 具按预定的轨迹钻进，能够根据旋转导向钻井的要求 进行轨迹的修正设计，能够直观形象的显示井眼轨迹。 本文基于Windows平台，采用Visual Basic作为软件 开发工具，开发地面监控软件系统。该系统在导入设 计数据和实时采集MWD上传的实钻数据的基础上， 进行了设计井眼和实钻井眼的轨迹描述、轨迹偏差分 析计算和轨迹修正设计，进而计算出MRSS轨迹控制 参数及相应的下传控制指令，并实现井眼轨迹三维可 视化和防碰计算。
示 示描
法 面 距 离 扫 描
最
控
近 偏轨 制
距 差迹 指
离 分修 令
扫 析正 生
描
成
➢ 防碰计算模块 旋转导向钻井地面监控系统的一个重要组成
部分就是对邻井关系的描述。无论是定向井、丛 式井等钻井施工中都需要充分考虑邻井的相互关 系。在钻进过程中，我们要时刻关注实钻井眼轨 迹与设计井眼轨迹的吻合程度及其变化的趋势， 保证中靶。同时还要充分计算与周围邻井的相互 关系，以避免井与井的相碰。在钻井作业过程中， 我们需要了解已钻轨迹的形状，以便判断其发展 趋势，及时采取措施，进行轨迹控制，这就要求 直观形象地显示井眼轨迹。因此，在地面监控软 件系统中开发了防碰计算模块用于进行邻井相互 关系统的描述。
根据上述过程，我们设计出两种不同的工作 方式，并绘出相应脉冲压力波示意图。工作方式 1：井下MWD在地面不能控制其开／关或控制失 效时，我们采用工作方式1，用下传指令的“三 降三升”负脉冲压制MWD的正脉冲。MWD的正 脉冲与正常压力的压力差约为1 MPa，“三降三 升”的脉冲压力波远大于1 MPa，因此可以用下 传指令的脉冲压力波压制住MWD的上传压力波。
Pi
1MPa 正常压力P
工作方式1
MWD正 脉 冲 下传变排量负脉冲 综合迭加脉冲
(75~80%)Q的 P
打
关
开
闭
下
三降三升
下
传 第一次下传指令 传
几天几夜 持续作业
打
关
开 下 传
三降三升 第二次下传指令
闭 下 传
指
指
令
令
指
指
令
令
T
负
下 钻 到 井 底
循 环 洗 井
脉 冲 生 成
正 常 钻
负 脉 冲 生
➢ MRSS地面监控软件系统
监控系统软件的设计采用模块化设计的思想，通过对需求的具
体的调研分析，确定整个系统要实现的功能模块如下图所示：
地面监控系统
系统维护模块 数据操作模块 轨迹显示模块 邻井关系描述模块 轨迹控制模块
用 户 管 理
数 据 库 管 理
轨 三水 数数 数迹维平 据据 据剖轨距 添修 删面迹离 加改 除显显扫
➢井下信号的接收与解释
下传指令接收与解释过程
地面计算机发出的指令经由负脉冲发生装置 完成信号的产生与发送，井下控制机构中发电机 的涡轮转速受钻井液脉冲信号影响，把液流信号 转化为电信号，输出电压电流产生低频扰动，在 电压电流输出端加滤波电路，然后由判决电路恢 复地面发送的基带信号，判决电路输出的脉冲
工作方式2
MWD正 脉 冲
下传变排量负脉冲
Pi
开/关泥浆泵
1MPa 正常压力P
(75~80%)Q的 P
持续 作业
约 1min 打 开 下 传
三降三升 第一次 下传指令
关 闭 下 传
约 1min 打
关
开
闭
下 三降三升 下
传 第二次下传指令 传
指
指
指
指
P=0
下循 关
钻环 闭
到 井 底
洗 井
泥 浆 泵
令