随钻测量系统泥浆脉冲传输方式介绍_杨谦

第37卷第3期收稿日期：2010-04-08
作者简介：杨谦（1984-），女，在读硕士；王智明（1969-），男，工学
博士，副教授，主要从事机械设计及理论方向的教学和科研工作；张玉美（1986-），女，在读硕士。

摘要：介绍了脉冲发生器脉冲信号传输的三种工作方式，重点介绍了连续波脉冲发生器的基本原理及应用情
况。

分析了脉冲信号传输的研究现状以及发展趋势，指出连续波脉冲传输是泥浆脉冲信号传输研究的主要方向。

关键词：脉冲信号传输方式；连续波脉冲发生器；研究现状；发展趋势中图分类号：TN87文献标识码：A 文章编号：1007-8320（2010）03-0027-02
Introduction the mud pulse transmission methods of MWD system
YANG Qian ，WANG Zhi-ming ，XIAO Jun-yuan
（Institute of Mechanical Science and Engineering of Jilin University ，Changchun ，Jilin 130025，China ）
Abstract ：Describing the three met hods of the pulse generator signal transmission ，the paper focuses on the basic principles and application status of the continuous -wave pulse generator.The thesis Analyzes the current situation and developing trend of the pulse signal transmission ，and points out that continuous-wave pulse transmission is the main direction.
Key words ：pulse signal transmission methods ；continuous-wave pulse generator ；current situation ；development trend
随钻测量系统泥浆脉冲传输方式介绍
杨
谦，王智明，张玉美
（吉林大学机械学院，吉林长春130025）
张向利：户县拖拉机及驾驶员年度检审现状及对策湖南农机
HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY
第37卷第2期·学术
Vol.37No.22010年3月
ar.2010
3No.3
5M ay.20101引言
MWD 和LWD 是完成大角度和水平井钻井，实时进行井场数据采集、解释和现场决策以及指导完成地质导向钻井的关键技术，脉冲发生器是无线随钻测量系统最重要的组成部分，主要通过钻井液的压力波传输信号。

泥浆脉冲的传输的基本原理是井下传感器测量到的信号经编码，由脉冲器的驱动控制电路，驱动泥浆脉冲器的锥阀、旋转阀或转子等工作，产生截流效应，从而产生泥浆压力脉冲，压力脉冲经钻杆柱中的泥浆传递到地面，地面立柱安装的压力传感器接收压力脉冲信号，经过滤波整形后，由地面的解码系统解码，从而可以获得井下传递上来的数据信号，该方法具有技术成熟、结构简单、性能可靠等特点。

2泥浆脉冲传输方式研究现状
斯伦贝谢（Schlumberger ）、贝克休斯（Baker Hughes ）和哈里伯顿（Harriburton ）三大公司占有90%的国际测井市场。

国外对钻井液脉冲的脉冲信号传播速度，信号传播的影响因素、衰减规律、钻井液脉冲在钻柱与钻井液组成耦合系统中的传播特性等以及对于信号识别、噪音的影响以及噪音的处理等地面信息接收技术和解码技术也进行了深入的研究。

但是对于无线随钻系统的关键组成部分———脉冲发生器设计的理论研究却比较少，只是对脉冲发生器的工作原理、性能、基本结构等进行了简单介绍，而没有对脉冲发生器的结构设计理论进
行详细的阐述。

我国对泥浆脉冲发生器的研究比较晚，比国外晚了将近20年。

目前，我国处于引进国外随钻测量技术的阶段。

中国石油天然气总公司、
北京海蓝公司、胜利油田等单位进行国产MWD 设备的研制工作，己经成功研制出了基于正脉冲传输方式的无线随钻测量系统。

但是技术较国外还有很大的差距。

目前钻井液脉冲传输方式有正脉冲、负脉冲、连续波脉冲三种，钻井液脉冲传输方式是目前应用最广泛的井下无线传输方式。

2.1负脉冲传输方式
泥浆负脉冲发生器是由美国Teleco 公司研制生产的，英国Geolink 公司生产的Orienteer MWD 无线随钻测量仪采用的也是负脉冲传输方式。

泥浆负脉冲发生器的工作原理：是通过开启一个泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与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。

泥浆负脉冲传输方式具有信号稳定可靠等优点。

但是由于泥浆负脉冲发生器对地层冲蚀破坏较强，会对井壁造成比较严重的破坏，对零部件冲蚀作用也比较强，而且耗电量较大，仪器的结构比较复杂，不利于组装、操作、维修，现在已经很少使用。

2.2正脉冲传输方式
泥浆正脉冲发生器是由Gechart-Owen 和Gentrix 公司研制成功的，目前以正脉冲传输方式的MWD 系统在国内国外均有较成熟理论研究，而且在国外已经有生产出来可以实际
湖南农机2010年5月
应用的产品。

例如Halliburton 公司的High-Speed Directional Survey 系统，中国石油天然气集团公司开发研制的新型正脉冲无线随钻测量系统CGMVVD 系统等。

正脉冲泥浆脉冲发生器的工作原理是：通过改变泥浆正脉冲发生器中针阀与小孔的相对位置，即改变流道的截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高，（针阀的运动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。

泥浆正脉冲传输方式是目前随钻测量和随钻测井中使用最普遍，最稳定，最可靠的一种方法。

泥浆正脉冲传输方式的传输信号稳定、可靠、下井仪器的结构简单，而且操作、使用、维修都比较方便，不需要专门的无磁钻铤。

但是由于泥浆正脉冲传输信号数据传输速度较慢，不适合于传输大量的地质资料参数。

2.3连续波脉冲传输方式
连续波脉冲发生器是由Mobil 公司研制的，由Schlum －berger 公司“分析者”分公司进行改进和完善的。

目前只有Schumlburger 公司拥有该项技术比较成熟的仪器产品，但是Schumlburger 公司只提供相关的服务，不出售仪器产品。

斯伦贝谢公司的分公司Anadrill 公司推出了PowerPulser 新型无线随钻测量仪器，该仪器采用连续波泥浆脉冲传输方式传送脉冲信号，数据传输速度比较快，比正脉冲传输方式的传输速度提高了近10倍，
而且操作简单，方便维修，无故障时间平均可达1000h 。

目前，Halliburton 公司也在致力开发以连续波为信息传输方式的随钻测量系统，目标是使传输速率达到20～30bit/s 。

图1
连续波脉冲发生器
连续波脉冲发生器的工作原理是：转子在泥浆的作用下产生旋转，在转子的上部安装和转子相等叶片数量的定子，在
旋转时转子的过流端面与定子的过流断面相对位置的变化而产生连续的正弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统加载信号，在地面检测压力波形变化情况，并且通过译码、计算得到测量的数据。

连续波脉冲发生器提高了工作的可靠性，环境的适应能力增强；具有比较高的传输速度，可以达到5～10bit/s ，可以实现数据的实时传递并且传输速度可调；连续波的信号比较强，容易接收；结构比较完善，可以根据不同环境选择不同的涡轮发电机和叶片，工作寿命也比较长。

但是由于信号受噪声干扰影响比较大，因此对信号处理系统的要求比较严格。

连续波脉冲发生器结构的设计，要充分考虑脉冲信号强度影响因素和信号传播衰减因素。

其中，脉冲发生器转子和定子之间的间隙决定脉冲信号的强度。

在流量一定的条件下，间隙过大，会使信号减弱；间隙过小，会使转子和定子过分腐蚀。

影响脉冲信号衰减的主要因素是：钻柱的尺寸、钻柱的材料特性、钻井液的类型等。

在连续波脉冲发生器结构的设计过程中要充分考虑以上因素。

3泥浆脉冲传输方式发展趋势
随着油气勘探难度越来越大，参数的不断增多，研制一款速率较高的泥浆脉冲发生器势在必行。

对于现有的钻井液脉冲传输方式，连续波脉冲发生器是脉冲发生器研究的主要方向。

国内目前还没有连续波泥浆脉冲器的相关产品，只是给出了连续波泥浆脉冲器样机的工作原理和设计方案，技术指标。

但是技术还不够完善，需要对连续波泥浆脉冲器的机理进行进一步的研究，改进连续波泥浆脉冲器的结构。

对连续波泥浆脉冲器的研究，将对打破国外垄断技术，研制自主品牌的随钻测量系统具有非常重要的意义。

4结论
泥浆负脉冲传输方式会对井壁产生严重的破坏，能量损失大，传输速率低，目前使用量少。

泥浆正脉冲传输方式是目前应用最为广泛的传输方式，但是传输速率较慢（一般为0.5～1.5bit/s ），而且抗干扰能力较差，易产生误码。

随着随钻测量的参数越来越多，显然正脉冲发生器的传输速率难以满足要求。

提高现有的钻井液脉冲传输方式的数据传输速率、环境适应能力以及工作可靠性，是脉冲发生器研究的主要方向。

参考文献
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