上悬挂式无线随钻仪器介绍

２０１3

年１２月

技术服务公司

李海平

目录

⏹实时信号的传输方式

⏹上悬挂式无线随钻测量系统的构成

⏹工作原理、特点与技术规范

⏹无线随钻测量系统的工作环境要求

⏹上悬挂式无线随钻测量系统施工操作

⏹无线随钻测量系统现场应用与存在的问题

一.实时信号的传输方式

无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据的传输方式不同，目前，采用MWD施工主要依靠下面四种方式实现信号的传输：

l.连续波方式

连续波脉冲发生器的转子在高速泥浆流的作用下产生正弦或余弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时

间上出现相位移，在地面连续地检测这些相位移的变化，并通过译码、计算得到测量数据，这种方法的优点是：数据传输速度快、精度高。缺点是：结构复杂，数字译码能力较差。

连续波方式工作原理图

上悬挂式无线随钻测量系统介绍

2、正脉冲方式

泥浆正脉冲发生器的蘑菇头与孔板的相对位

置能够改变泥浆流道在此的截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的变化，蘑菇头的运动是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。这种方法的优点是：下井仪器结构简单、尺寸小，使用操作和维修方便，不需要专用的无磁钻铤。缺点是：数据传输速度慢，不适合传输地质资料参数。

泥浆正脉冲方式工作原理示意图

3、负脉冲方式

泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。

这种方法的优点是：数据传输速度较快，适合传输定向和地质资料参数。

缺点是：下井仪器的结构较复杂，组装、操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。

4、电磁波传输方式

电磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的。井下仪器将测量的数据加载到载波信号上，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射。检波器在地面将检测到的电磁波及测量信号卸载并解码、计算，得到实际的测量数据。

这种方法的优点是：数据传输速度较快，适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井施工中传输定向和地质参数。

缺点是：地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合超深井施工。

二.上悬挂式无线随钻测量系统的

构成：

HT-MWD无线随钻测量仪器是由地面部分(地面数据处理系统、防爆箱、司钻读数器、泥浆压力传感器)、井下部分(探管、脉冲发生器总成、流筒外围件总成、无磁悬挂短节)及辅助工具、设备组成。

一）、地面部分：

1、地面数据处理系统

地面数据处理系统是HT-MWD随钻测量

仪器的地面数据处理设备，它接受来自泥浆压力传感器的测量信息，进行数据的处理和储存，并且在地面数据处理系统和司钻读数器上显示，或在打印机上打印。测量人员可以通过观察地面数据处理系统显示的波形和数据，判断或调整地面设备、井下仪器的工作状态。

2、司钻读数器

司钻读数器主要用来在钻台上实时显示井下工具数据及测量数据。

3、防爆箱

防爆箱是HT-MWD 无线随钻测斜仪系统的保护装置，它是限制与它连接的其它设备的电压和电流，防止出现电火花，保证仪器设备在现场使用的安全。通过防爆箱与地面数据处理系统

连接的地面仪器装置有泥浆压力传感器和司钻读数器，并为这些仪器装置提供电源。防爆箱的输入端电缆与地面数据处理系统上的HT-MWD 接口连接，安装在仪器操作间内，并在仪器操作间外采用专用地电缆接地。

4、压力传感器

在HT-MWD无线随钻测斜仪系统的地面仪器设备中，还包括泥浆压力传感器。泥浆压力传感器安装在钻台的立管上，检测来自井下仪器的脉冲信息，并将泥浆的压力脉冲转化成电脉

冲信息传至地面数据处理系统进行处理和显示。泥浆压力传感器通过电缆与防爆箱相连，再由防爆箱连接到地面数据处理系统上。

二）、井下部分：

1、定向探管

其结构采用三维重力加速度计结构和三维磁力计结构，其特点主要包括以下几点：

1）.探管采用固化设计，所有的元件都被固定在电路板上，并且大都以芯片为主，从而提高了探管的抗干扰能力。确保探管的测量精度及测量结果更加可靠。

2）.探管将电路和仪器外筒组装到一起，从而在施工时不需要另外的仪器外筒。3）.探管的工作方式由地面软件系统写入。用Halliburton650系统施工时，工作内容可以根据用户的需要写入。

4）.定向探管还可与地质导向工具组合施工。

5）.探管和流管之间的角差（工具面偏移量HSG）需要用圆角量规测量。

2.脉冲发生器和涡轮发电机配件

脉冲发生器是HT-MWD无线随钻测斜仪的关键部件和关键技术，为了满足不同的井眼条件和泥浆排量，其有200系统、350系统、650系统、1200系统。脉冲发生器适用于所有系统，但各系统部分配件不同，选用不同规格的流筒总成和外围配件，组成不同的井下仪器系统。

3.钻杆滤清器

钻杆滤清器用来滤除大颗粒钻屑、手套、木块等杂物，这些物质可能随泥浆流进入脉冲发生器内，造成故障。

4.悬挂短节：

悬挂短节主要用于放置井下仪器串总成。三）.其它设备和工具：

其它设备和工具包括各种连接电缆、操作工具、测试工具、操作间、电源等。