無線隨鉆儀器選擇訪法MWD1

1、現(xiàn)場使用無線隨鉆測量儀器（M WD/LWD）選擇方案編者：陳景旺王崗郭玉祥隨著汕出的勘探和開發(fā)，對肚向井施工技術(shù)要求越來越髙，尤英是大位移水平井。 對于左向井測量儀器質(zhì)量的可靠性、測量精度的要求也隨之提高，現(xiàn)在國內(nèi)MWD/LWD測 量儀器種類很多，由于各種儀器信號傳輸方式不同，對使用環(huán)境的要求也不同。那么，在眾 向井施工前對測量儀器的選擇非常重要，儀器選擇好壞，會直接影響左向井施工進度和泄向 井軌跡控制質(zhì)量。本選擇方案規(guī)定了無線隨鉆測量儀數(shù)據(jù)傳輸原理、數(shù)據(jù)編碼/解碼的方式 及數(shù)據(jù)的汁算工式、儀器的測量精讀、測量儀器的尺寸（排量要求及最髙工作溫度）、鉆具 組合（扣型、上扣力矩）、鉆井相關(guān)設(shè)備的要

2、求（包括泥降泵、立管接頭、深度傳感器、大 鉤負載、鉆井液及儀器操作間）、地質(zhì)的評價技術(shù)參數(shù)要求、泄向探管（GAMA探管、電阻 率等相關(guān)儀器）的標泄及標立周期、測量數(shù)具表格格式、測量失敗分析。第一章MWD/LWD測量數(shù)據(jù)傳輸原理MWD無線隨鉆儀器是在有線隨鉆測斜儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的隨鉆測量儀 器。它與有線隨鉆測斜儀的主要區(qū)別在于井下測量數(shù)據(jù)的傳輸方式不同，目前采用MWD施 工主要依靠下面四種方式實現(xiàn)信號的傳輸：一、連續(xù)波方式連續(xù)發(fā)生器的的轉(zhuǎn)子在泥漿的作用下產(chǎn)生正弦或余弦壓力波，由井下探管編碼后的測量 數(shù)據(jù)通過調(diào)制系統(tǒng)控制的左子相對于轉(zhuǎn)子的角位移使這種正弦或余弦壓力波在時間上出現(xiàn) 相位移

3、，在地而連續(xù)地檢測這些相位移的變化，并通過譯碼、計算得到測量數(shù)據(jù)，這種方法 的優(yōu)點是：數(shù)據(jù)傳輸速度快精度高。缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，數(shù)字譯碼能力較差。如圖1所示:圖1連續(xù)波方式工作原理示意圖二、正脈沖方式PressureTime圖2泥漿正脈沖方式工作原理示意圖如圖2所示，泥漿正脈沖發(fā)生器的蘑菇頭與小孔的相對位置能夠改變泥漿流道在此的 截而積，從而引起鉆柱內(nèi)部的泥漿壓力的升高，蘑菇頭的運動是由探管編碼的測量數(shù)拯通過 調(diào)制器控制電路來實現(xiàn)。在地而通過連續(xù)地檢測立管壓力的變化，并通過譯碼轉(zhuǎn)換成不同的 測量數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是：下井儀器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，使用操作和維修方便，不需要 專門的無磁鉆鋌。缺點是：

4、數(shù)拯傳輸速度慢，不適合傳輸?shù)刭|(zhì)資料參數(shù)。三、負脈沖方式泥漿負脈沖發(fā)生器需要組裝在專用的無磁鉆鋌中使用，開啟泥漿負脈沖發(fā)生器的泄流 閥，可使鉆柱內(nèi)的泥漿經(jīng)泄流閥與無磁鉆鋌上的泄流孔流到井眼環(huán)空，從而引起鉆柱內(nèi)部的 泥漿壓力降低，泄流閥的動作是由探管編碼的測雖:數(shù)拯通過調(diào)制器控制電路來實現(xiàn)。在地面 通過連續(xù)地檢測立管壓力的變化，并通過譯碼轉(zhuǎn)換成不同的測量數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是：數(shù)據(jù)傳輸速度較快，適合傳輸定向和地質(zhì)資料參數(shù)。缺點是：下井儀器的結(jié)構(gòu)較復雜，組裝、操作和維修不便，需要專用的無磁鉆鋌。Pressure圖3泥漿負脈沖方法工作原理示意圖四、電磁波傳輸方式丿磁波信號傳輸主要是依靠地層介質(zhì)來實現(xiàn)的

5、。井下儀器將測量的數(shù)據(jù)加載到載波信號 信號隨載波信號由電磁波發(fā)射器向四周發(fā)射，如圖4所示。地而檢波器在地面將 檢測到的電磁波中的測量信號卸載并解碼、計算，得到實際的測量數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是：數(shù)據(jù)傳輸速度較快，適合于普通泥漿、泡沫泥漿、空氣鉆井、激光鉆井 等鉆井施工中傳輸立向和地質(zhì)資料參數(shù)。缺點是：地層介質(zhì)對信號的影響較大，低電阻率的 地層電磁波不能穿過，電磁波傳輸?shù)木嚯x也有限，不適合超深井施工。第二章MWD/LWD儀器傳輸數(shù)據(jù)編碼方式:根據(jù)MWD/LWD儀器結(jié)構(gòu)原理，井下脈沖發(fā)生器把電信號轉(zhuǎn)換成壓力變化信號，立管壓 力傳感器把壓力變化信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸數(shù)據(jù)處理設(shè)備，按規(guī)定的數(shù)據(jù)編碼方式進行

6、解碼 計算。一、美國Spcrry-sim生產(chǎn)的正脈沖MWD儀器數(shù)據(jù)編碼方式為0 1二進制格式進行編碼 計算，規(guī)左壓力信號由低變髙為“0”，壓力信號由高變低為1”，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率為0.5HZ 或0.8H乙數(shù)據(jù)傳輸周期為2秒或1.25秒。數(shù)據(jù)的傳輸序列為：Run in Pulser+ Flag+Tag+Block（由Tag和探管1-8的開關(guān)位置決泄Block的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。1、Run in Pulser 信號是由 16 個 “0” 或 10 個 “0” 即0000000000000000” 或0000000000” 組成，其作用主要是探管預(yù)熱：2、Flag信號是由6個“1”和前后各1個“0”即“01

7、111110”組成，其作用主要是同步， 使地而訃算機和井下探管同步一即為井下探管按規(guī)左的數(shù)據(jù)編碼序列發(fā)送，地而計算機 按規(guī)定的數(shù)據(jù)解碼序列開始解碼，并在司鉆讀岀器上顯示“F”：3、Tag信號是由5各“0”“1”組成8種方式來決定Block的性質(zhì)，“XXXXX”第一位“X” 為“1”是高邊工具而方式，為“0”是磁性工具而方式。第五位“X”為奇偶校正。中間3位“XXX”決宦Block的性質(zhì)：0 0 0長測雖001短測量0I0定向方式長測量011定向方式短測量100工具面帶數(shù)拯101工具面110無用111無用4、MEP01探管的長測量數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(OS)RUN-IN-SYNC

8、1632FLAG-SYNC816Tag510Gx1326Gy1326Gz1326Bx1326By1326Bz1326Temp714RMP9185、MEP01探管的短測量數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Inc1224Az1224Gtotal816Temp714RMP9186、MEPO1探管的長測量帶工具而數(shù)拯傳輸序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Gx1326Gy1326Gz1326Bx1326By1326Bz1326Tag510Toolface91

9、8Toolface918Toolface918Toolface918Tag510Toolface9187、MEPO1探管的短測咼帶工具而數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Inc1224Az1224Gtotal816Temp711RMP918Tag510Toolface918Toolface918Toolface918Toolface918Tag510Toolface9188、MEP12探管的長測量數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(S)0.5TIMES(S)0.8RUN-IN-SYNC1020FLAG-SYNC81

10、610Tag5106TF7149TF7149Gx132616Gy132616Gz132616Bx132616By132616Bz132616Delta MT81610Temp7149RMP918119、MEP12探管的短測量數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(0.5)TIMES(0.8)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC81610Tag5106Inc122416Az122414Delta MT81610Gtotal81610Hsg7169Temp7149RMP9181110、MEP12探管的長測量帶工具面數(shù)據(jù)傳輸序列WORDBITTIMES(S)0.5TIMES(S)0.8RU

11、N-IN-SYNC1020FLAG-SYNC81610Tag5106TF7149TF7149Gx132616Gy132616Gz132616Bx132616By132616Bz132616Delta MT81610Flag81610Tag5106TF7149TF7149RPM91811TF7149Temp7149TF7149Flag81610Tag5106TF7149TF7149TF7149TF7149TF7149TF7149 11、MEP01探管開關(guān)的功能：1 一個短測量+重力髙邊工具而：2 個短測量+自動工具面:3 一個長測量+自動工具面：4 三個短測量+無工具而：5三個長測量+無工具而：

12、67 8空擋無用（該探管為開泵測量）12、MEP12探管開關(guān)的功能：1和2 個長（短）測量+自動工具而；3三個長（短）測量 +無工具面：4 一個長（短）測量+重力高邊工具而；5和6 一個長（短）測量+自動工 具而；7三個長（短）測量+無工具面：8個長（短）測雖+重力髙邊工具而；1-4的開 關(guān)為開泵測量；5-8的開關(guān)為停泵測量。13、MEP15探管的測量數(shù)據(jù)傳輸序列和探管開關(guān)的功能與MEP12探管一樣。14、名詞解釋：SSS左向短測量自動工具而：SFS泄向長測量自動工具而；SS短測量：FS 長測量：GSFS泄向長測雖:高邊工具而：ATF自動工具而；GTF高邊工具而。15、奇偶校正：在編碼中規(guī)左，

13、每一個信息單元內(nèi)“1”的個數(shù)永遠是偶數(shù)，因此，每一個 信息單元最后一位設(shè)苣一個校正位，如果信息單元內(nèi)“1”的個數(shù)永遠是偶數(shù)，則校正 位為“0”，如果信息單元內(nèi)1”的個數(shù)永遠是奇數(shù)，則校正位為“1”。采用奇偶校正 是為解決在信號檢測時岀現(xiàn)的一些問題，計算機對不判別的信號會給一個“？ ”信號，在這種情況下，根據(jù)奇偶校正可以判斷“？”是還是“OS16、“0”插入編碼法：FLAG-SYNC信號同步信號，是非常重要的信號，在數(shù)據(jù)傳輸過程 中不允許出現(xiàn)第二個“0111110”信號，否則計算機會出現(xiàn)計算錯誤。為了避免發(fā)生這 種情況，采用了 “0”插入編碼方式，在FLAG-SYNC信號以后，當數(shù)據(jù)傳輸過程中連

14、 續(xù)岀現(xiàn)5個“1”時，自動插入一個“0”，這個“0”不代表任何意義，只是為了區(qū)別 FLAG-SYNC信號，我們在計算時應(yīng)當把這個“0”去掉。17、0 “1二進制編碼公式計算在Gx Gy Gz Bx By Bz數(shù)據(jù)信息單元中，第一位代表整個數(shù)據(jù)的符號，既是 正還是負?！?”代表正，“1”代表負。最后一位代表奇偶校正位，檢驗數(shù)據(jù)在傳輸過程 中有無漏失現(xiàn)象。中間的位數(shù)代表這個數(shù)據(jù)值的大小。在其它的數(shù)據(jù)信息單元中，最后一位代表奇偶校正位，其它位數(shù)代表這個數(shù)據(jù)值的大 小。根據(jù)二進制轉(zhuǎn)換為十進制計算公式，TotaI=2n+2nl+.+22+21+2計算公式如下：1) 、Gx Gy Gz的計算公式Total

15、對于正值Gx(GyGz)二g2048Total-2048對于負值Gx(GyGz)二*1.101=g20482) 、Bx By Bz的計算公式Total對于正值 Bx(By Bz)=*65.02=uT2048Total-2048對于負值 Bx(By Bz)=*65.02=uT2048Total3) 、溫度計算公式Temp =*150= C64Total*3000)+1000= r/m4) 、轉(zhuǎn)速的汁算公式RPM=(256Total2048Totaldeg6）、方位的計算公式Az *360=512Totaldeg7）、工具而的計算公式TF= *360+OTF=6418、計算機內(nèi)部軟件測量參數(shù)汁算公

16、式IX Gxy=(Gx2 +Gy2 ),/22)、Gtotal=(Gx2+Gy2+Gz2),/23人 HSg=Arctan(Gy/Gxy)4 人 Cos HSg=-Gx/Gxy5 人 Sin HSg=Giggly6) Inc= Arctan(Gxy/Gz)7) 、Cos(Inc)=Gz/GtotaI8、Sin(Inc)=Gxy/Gtotal9) . B1 =(-Bx*Sin(HSg)-(By*Cos(HSg)10) 、B2= Cos(Inc)* (Bx*Cos(HSg)-(By*Sin(HSg)*Bz11) 、RawAz= Arctan(B 1/B2)12) 、Btotal=(Bx2+By2+

17、Bz2),/213) 、Bvertical=Bz Cos(Inc)-Bz Sin(Inc)14) 、Bhorizontal= (Btotal2- Bvertical2)17215) 、Dip= Arctan(Bv/Bh)Rules for HSgIfGx is “+aiid Gy is add 180 . If Gx is and Gy is360.If Gx is “+aiid Gy is add 180. IfGx is and Gy is 7 add 0.Rules for HSgIf Bl isand B2 is add 0 If Bl is and B2 is add 360If B

18、l isand B2 is add 180 If Bl is and B2 is add 180二、美國Hallibursn生產(chǎn)的負脈沖MWD儀器數(shù)據(jù)編碼方式為由井下儀器把測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 為十六進制格式進行編碼計算，規(guī)泄壓力信號由低變髙為“0”，壓力信號由高變低為“1”, 數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率為0.5HZ或0.8H乙 數(shù)據(jù)傳輸周期為2秒或1.25秒。數(shù)據(jù)的傳輸序列為： Run in Pulser+ Flag+Tag+Block(由Tag和探管1-8的開關(guān)位置決左Block的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。第四章測量儀器的尺寸（排量要求及最高工作溫度）第五章鉆具組合（扣型、上扣力矩）第六章鉆井相關(guān)設(shè)備的要求（包括泥降泵、立

19、管接頭、深度 傳感器、大鉤負載、鉆井液及儀器操作間）第七章地質(zhì)的參數(shù)評價要求iffl第八章定向探管（GAMA探管、電阻率等相關(guān)儀器）的標定及標定周期第九章測量數(shù)具表格格式第十章MWD/LWD儀器測量失敗分析MWD/LWD儀器在施工中，常遇到無信號、測量數(shù)據(jù)無差大，不能處理相關(guān)的地質(zhì)參 數(shù)等現(xiàn)象，并影響工程施工，是謂MWD/LWD儀器測量失敗。一、注層試驗無脈沖信號波形1淺程試驗的主要目的是為了檢查井下儀器是否發(fā)射脈沖。當帶動力鉆具做注程試驗時，由 于鉆具的振動造成壓力不穩(wěn)、在套管里而鉆頭容易受損，要想檢測到完整的正確的數(shù)據(jù)比較 難，因此只要檢測出明顯的波形、說明井下儀器發(fā)射脈沖，注程試驗就算獲

20、得成功。淺程試 驗無脈沖信號，如果不是井下儀器本身的故障，可以考慮以下幾個方而的因素：核實井下參 數(shù)是否符合要求（如左子/轉(zhuǎn)子、限流環(huán)、電池電壓、鉆頭壓降），同時相應(yīng)調(diào)整流量，使泥 漿排量盡量達到設(shè)計的正常施工時的排量。2檢查壓力傳感器電纜和壓力傳感器：壓力傳感器電纜不能有短路、開路現(xiàn)象。3檢查地而設(shè)備：根踞相應(yīng)的MWD/LWD儀器地面設(shè)備操作規(guī)程，檢查地而設(shè)備、電源、 通訊電纜連接情況，確保地而設(shè)備無故障且已經(jīng)進入工作狀態(tài)，各電纜連接良好。4檢查地而管匯連接情況：檢查地而管匯有無刺漏，特別是立管焊接座焊接是否完好。檢查 空氣包充氣量是否達到要求。檢查閘門開、關(guān)是否正確。不用于上水的管線應(yīng)全部

21、關(guān)閉。冬 季施工，三通到壓力傳感器間傳送壓力的通逍里而的泥漿凍結(jié)，剛開泵時，凍結(jié)的泥漿不 傳遞立管壓力，壓力傳感器感應(yīng)不到立管壓力的變化，也檢測不到信號。5考慮鉆頭水眼：鉆頭水眼太大，排量又低的情況下，由于立管壓力上不來，信號過弱，信 號檢測就困難。二、下鉆到底無信號1檢查地而設(shè)備和各通訊電纜：結(jié)合淺程試驗無脈沖的有關(guān)情況，檢查地而儀器和電纜的情 況，首先排除地而故障?？紤]排量是否滿足工作需要。排量不足也使信號紊亂。提高排量能 排除故障。2檢查上水管匯，結(jié)合淺程試驗無脈沖的有關(guān)情況，檢查上水管匯，確保信號不是因為上水 管匯的原因造成的。3檢查立管壓力，超深井施工時，壓力在16-19兆帕時，不影

22、響信號的傳輸。當立管壓力 高達20-22兆帕而泵上水又不好時，泥漿泵上水時的瞬間高噪音信號往往會覆蓋掉有用信 號而導致檢測不到信號。這時可以在滿足井下儀器正常工作的情況下適當降低泵沖數(shù)以降低 瞬間高壓噪音信號對正常信號的干擾。4檢查數(shù)據(jù)傳輸率，數(shù)據(jù)傳輸率對信號影響很大。如果井下儀器和地面設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率不 一致，正確的信號肯定檢測不到。同時，根拯施工的經(jīng)驗，當井下儀器數(shù)據(jù)傳輸率為0.8赫 茲時，有時地而信號與雜波一樣，亳無規(guī)律可循，即使地而設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率也為0.8赫茲, 也看不岀有用的信號，儀器也檢測不到信號。這時通過改變井下儀器的數(shù)據(jù)傳輸率，可以得 到質(zhì)量很髙的信號。儀器在0.5赫茲工作，

23、既可延長儀器的使用壽命，又可得到很好的信號。 5改變泵沖數(shù)，泵沖頻率應(yīng)絕對避免在工作的數(shù)據(jù)傳輸率附近，這樣會導致有效信號的丟失。 特別是小尺寸的MWD/LWD儀器，施工前就應(yīng)通過改變缸套尺寸使正常施工的泵沖數(shù)避開 30和48沖份鐘的頻率。如果泵沖頻率與正在工作的數(shù)據(jù)傳輸率一致，應(yīng)改變泵沖數(shù)。6檢查泥漿是否存在氣侵對于高壓汕氣層，泥漿往往會受到氣侵。受到氣侵的泥漿，對信號 的衰減特別厲害，這時需要在泥漿中加入除泡劑，充分循環(huán)泥漿。循環(huán)泥漿一周，排除泥漿 柱里而的空氣，在下鉆過程中，灌泥漿時，往往會在鉆具中留下一些空氣柱。剛下鉆到底時, 由于空氣柱的存在，信號肯左傳不到地而。這時循環(huán)泥漿，排除空氣柱，信號即可恢復正常。 7檢查泵，泵不好經(jīng)常導致信號檢測困難。檢查泵的噪音是否過大、有無刺漏、密封圈是否 損壞、是否吸入金屬碎塊等。必要時維修、更換。8起鉆檢查儀器。三探測問題井下儀器發(fā)射的脈沖正常，但是往往要花很長時間才能檢測到測量數(shù)據(jù)。這主要是測量 過程中存在的一些不足，只要處理得當，會很快得到測量的數(shù)據(jù)。1. 緩慢活動鉆具，因為迅速運動會造成很大的壓力變化，影響脈沖信號的傳遞，地而設(shè)備 準備破譯信號時，應(yīng)該保持鉆具靜止。2. 儀器進入工作狀態(tài)后，逐漸變化泵速。如果傳送數(shù)據(jù)時快速變泵速，可能使立