无线随钻仪器选择访法MWD1

《无线随钻仪器选择访法MWD1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线随钻仪器选择访法MWD1（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、现场使用无线随钻测量仪器（M WD/LWD）选择方案编者：陈景旺王岗郭玉祥随着汕出的勘探和开发，对肚向井施工技术要求越来越髙，尤英是大位移水平井。 对于左向井测量仪器质量的可靠性、测量精度的要求也随之提高，现在国内MWD/LWD测 量仪器种类很多，由于各种仪器信号传输方式不同，对使用环境的要求也不同。那么，在眾 向井施工前对测量仪器的选择非常重要，仪器选择好坏，会直接影响左向井施工进度和泄向 井轨迹控制质量。本选择方案规定了无线随钻测量仪数据传输原理、数据编码/解码的方式 及数据的汁算工式、仪器的测量精读、测量仪器的尺寸（排量要求及最髙工作温度）、钻具 组合（扣型、上扣力矩）、钻井相关设备的要

2、求（包括泥降泵、立管接头、深度传感器、大 钩负载、钻井液及仪器操作间）、地质的评价技术参数要求、泄向探管（GAMA探管、电阻 率等相关仪器）的标泄及标立周期、测量数具表格格式、测量失败分析。第一章MWD/LWD测量数据传输原理MWD无线随钻仪器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：一、连续波方式连续发生器的的转子在泥浆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左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

3、，在地而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。如图1所示:图1连续波方式工作原理示意图二、正脉冲方式PressureTime图2泥浆正脉冲方式工作原理示意图如图2所示，泥浆正脉冲发生器的蘑菇头与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的 截而积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高，蘑菇头的运动是由探管编码的测量数拯通过 调制器控制电路来实现。在地而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 专门的无磁钻铤。缺点是：

4、数拯传输速度慢，不适合传输地质资料参数。三、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虽:数拯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。Pressure图3泥浆负脉冲方法工作原理示意图四、电磁波传输方式丿磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的

5、。井下仪器将测量的数据加载到载波信号 信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射，如图4所示。地而检波器在地面将 检测到的电磁波中的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 等钻井施工中传输立向和地质资料参数。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。第二章MWD/LWD仪器传输数据编码方式:根据MWD/LWD仪器结构原理，井下脉冲发生器把电信号转换成压力变化信号，立管压 力传感器把压力变化信号转换成电信号传输数据处理设备，按规定的数据编码方式进行

6、解码 计算。一、美国Spcrry-sim生产的正脉冲MWD仪器数据编码方式为0 1二进制格式进行编码 计算，规左压力信号由低变髙为“0”，压力信号由高变低为1”，数据传输的频率为0.5HZ 或0.8H乙数据传输周期为2秒或1.25秒。数据的传输序列为：Run in Pulser+ Flag+Tag+Block（由Tag和探管1-8的开关位置决泄Block的数据结构）。1、Run in Pulser 信号是由 16 个 “0” 或 10 个 “0” 即0000000000000000” 或0000000000” 组成，其作用主要是探管预热：2、Flag信号是由6个“1”和前后各1个“0”即“01

7、111110”组成，其作用主要是同步， 使地而讣算机和井下探管同步一即为井下探管按规左的数据编码序列发送，地而计算机 按规定的数据解码序列开始解码，并在司钻读岀器上显示“F”：3、Tag信号是由5各“0”“1”组成8种方式来决定Block的性质，“XXXXX”第一位“X” 为“1”是高边工具而方式，为“0”是磁性工具而方式。第五位“X”为奇偶校正。中间3位“XXX”决宦Block的性质：0 0 0长测虽001短测量0I0定向方式长测量011定向方式短测量100工具面带数拯101工具面110无用111无用4、MEP01探管的长测量数据传输序列WORDBITTIMES(OS)RUN-IN-SYNC

8、1632FLAG-SYNC816Tag510Gx1326Gy1326Gz1326Bx1326By1326Bz1326Temp714RMP9185、MEP01探管的短测量数据传输序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Inc1224Az1224Gtotal816Temp714RMP9186、MEPO1探管的长测量带工具而数拯传输序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Gx1326Gy1326Gz1326Bx1326By1326Bz1326Tag510Toolface91

9、8Toolface918Toolface918Toolface918Tag510Toolface9187、MEPO1探管的短测咼带工具而数据传输序列WORDBITTIMES(0.5)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC816Tag510Inc1224Az1224Gtotal816Temp711RMP918Tag510Toolface918Toolface918Toolface918Toolface918Tag510Toolface9188、MEP12探管的长测量数据传输序列WORDBITTIMES(S)0.5TIMES(S)0.8RUN-IN-SYNC1020FLAG-SYNC81

10、610Tag5106TF7149TF7149Gx132616Gy132616Gz132616Bx132616By132616Bz132616Delta MT81610Temp7149RMP918119、MEP12探管的短测量数据传输序列WORDBITTIMES(0.5)TIMES(0.8)RUN-IN-SYNC1632FLAG-SYNC81610Tag5106Inc122416Az122414Delta MT81610Gtotal81610Hsg7169Temp7149RMP9181110、MEP12探管的长测量带工具面数据传输序列WORDBITTIMES(S)0.5TIMES(S)0.8RU

11、N-IN-SYNC1020FLAG-SYNC81610Tag5106TF7149TF7149Gx132616Gy132616Gz132616Bx132616By132616Bz132616Delta MT81610Flag81610Tag5106TF7149TF7149RPM91811TF7149Temp7149TF7149Flag81610Tag5106TF7149TF7149TF7149TF7149TF7149TF7149 11、MEP01探管开关的功能：1 一个短测量+重力髙边工具而：2 个短测量+自动工具面:3 一个长测量+自动工具面：4 三个短测量+无工具而：5三个长测量+无工具而：

12、67 8空挡无用（该探管为开泵测量）12、MEP12探管开关的功能：1和2 个长（短）测量+自动工具而；3三个长（短）测量 +无工具面：4 一个长（短）测量+重力高边工具而；5和6 一个长（短）测量+自动工 具而；7三个长（短）测量+无工具面：8个长（短）测虽+重力髙边工具而；1-4的开 关为开泵测量；5-8的开关为停泵测量。13、MEP15探管的测量数据传输序列和探管开关的功能与MEP12探管一样。14、名词解释：SSS左向短测量自动工具而：SFS泄向长测量自动工具而；SS短测量：FS 长测量：GSFS泄向长测虽:高边工具而：ATF自动工具而；GTF高边工具而。15、奇偶校正：在编码中规左，

13、每一个信息单元内“1”的个数永远是偶数，因此，每一个 信息单元最后一位设苣一个校正位，如果信息单元内“1”的个数永远是偶数，则校正 位为“0”，如果信息单元内1”的个数永远是奇数，则校正位为“1”。采用奇偶校正 是为解决在信号检测时岀现的一些问题，计算机对不判别的信号会给一个“？ ”信号，在这种情况下，根据奇偶校正可以判断“？”是还是“OS16、“0”插入编码法：FLAG-SYNC信号同步信号，是非常重要的信号，在数据传输过程 中不允许出现第二个“0111110”信号，否则计算机会出现计算错误。为了避免发生这 种情况，采用了 “0”插入编码方式，在FLAG-SYNC信号以后，当数据传输过程中连

14、 续岀现5个“1”时，自动插入一个“0”，这个“0”不代表任何意义，只是为了区别 FLAG-SYNC信号，我们在计算时应当把这个“0”去掉。17、0 “1二进制编码公式计算在Gx Gy Gz Bx By Bz数据信息单元中，第一位代表整个数据的符号，既是 正还是负。“0”代表正，“1”代表负。最后一位代表奇偶校正位，检验数据在传输过程 中有无漏失现象。中间的位数代表这个数据值的大小。在其它的数据信息单元中，最后一位代表奇偶校正位，其它位数代表这个数据值的大 小。根据二进制转换为十进制计算公式，TotaI=2n+2nl+.+22+21+2计算公式如下：1) 、Gx Gy Gz的计算公式Total

15、对于正值Gx(GyGz)二g2048Total-2048对于负值Gx(GyGz)二*1.101=g20482) 、Bx By Bz的计算公式Total对于正值 Bx(By Bz)=*65.02=uT2048Total-2048对于负值 Bx(By Bz)=*65.02=uT2048Total3) 、温度计算公式Temp =*150= C64Total*3000)+1000= r/m4) 、转速的汁算公式RPM=(256Total2048Totaldeg6）、方位的计算公式Az *360=512Totaldeg7）、工具而的计算公式TF= *360+OTF=6418、计算机内部软件测量参数汁算公

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、美国Hallibursn生产的负脉冲MWD仪器数据编码方式为由井下仪器把测量数据转换 为十六进制格式进行编码计算，规泄压力信号由低变髙为“0”，压力信号由高变低为“1”, 数据传输的频率为0.5HZ或0.8H乙 数据传输周期为2秒或1.25秒。数据的传输序列为： Run in Pulser+ Flag+Tag+Block(由Tag和探管1-8的开关位置决左Block的数据结构)。第四章测量仪器的尺寸（排量要求及最高工作温度）第五章钻具组合（扣型、上扣力矩）第六章钻井相关设备的要求（包括泥降泵、立

19、管接头、深度 传感器、大钩负载、钻井液及仪器操作间）第七章地质的参数评价要求iffl第八章定向探管（GAMA探管、电阻率等相关仪器）的标定及标定周期第九章测量数具表格格式第十章MWD/LWD仪器测量失败分析MWD/LWD仪器在施工中，常遇到无信号、测量数据无差大，不能处理相关的地质参 数等现象，并影响工程施工，是谓MWD/LWD仪器测量失败。一、注层试验无脉冲信号波形1浅程试验的主要目的是为了检查井下仪器是否发射脉冲。当带动力钻具做注程试验时，由 于钻具的振动造成压力不稳、在套管里而钻头容易受损，要想检测到完整的正确的数据比较 难，因此只要检测出明显的波形、说明井下仪器发射脉冲，注程试验就算获

20、得成功。浅程试 验无脉冲信号，如果不是井下仪器本身的故障，可以考虑以下几个方而的因素：核实井下参 数是否符合要求（如左子/转子、限流环、电池电压、钻头压降），同时相应调整流量，使泥 浆排量尽量达到设计的正常施工时的排量。2检查压力传感器电缆和压力传感器：压力传感器电缆不能有短路、开路现象。3检查地而设备：根踞相应的MWD/LWD仪器地面设备操作规程，检查地而设备、电源、 通讯电缆连接情况，确保地而设备无故障且已经进入工作状态，各电缆连接良好。4检查地而管汇连接情况：检查地而管汇有无刺漏，特别是立管焊接座焊接是否完好。检查 空气包充气量是否达到要求。检查闸门开、关是否正确。不用于上水的管线应全部

21、关闭。冬 季施工，三通到压力传感器间传送压力的通逍里而的泥浆冻结，刚开泵时，冻结的泥浆不 传递立管压力，压力传感器感应不到立管压力的变化，也检测不到信号。5考虑钻头水眼：钻头水眼太大，排量又低的情况下，由于立管压力上不来，信号过弱，信 号检测就困难。二、下钻到底无信号1检查地而设备和各通讯电缆：结合浅程试验无脉冲的有关情况，检查地而仪器和电缆的情 况，首先排除地而故障。考虑排量是否满足工作需要。排量不足也使信号紊乱。提高排量能 排除故障。2检查上水管汇，结合浅程试验无脉冲的有关情况，检查上水管汇，确保信号不是因为上水 管汇的原因造成的。3检查立管压力，超深井施工时，压力在16-19兆帕时，不影

22、响信号的传输。当立管压力 高达20-22兆帕而泵上水又不好时，泥浆泵上水时的瞬间高噪音信号往往会覆盖掉有用信 号而导致检测不到信号。这时可以在满足井下仪器正常工作的情况下适当降低泵冲数以降低 瞬间高压噪音信号对正常信号的干扰。4检查数据传输率，数据传输率对信号影响很大。如果井下仪器和地面设备的数据传输率不 一致，正确的信号肯定检测不到。同时，根拯施工的经验，当井下仪器数据传输率为0.8赫 兹时，有时地而信号与杂波一样，亳无规律可循，即使地而设备的数据传输率也为0.8赫兹, 也看不岀有用的信号，仪器也检测不到信号。这时通过改变井下仪器的数据传输率，可以得 到质量很髙的信号。仪器在0.5赫兹工作，

23、既可延长仪器的使用寿命，又可得到很好的信号。 5改变泵冲数，泵冲频率应绝对避免在工作的数据传输率附近，这样会导致有效信号的丢失。 特别是小尺寸的MWD/LWD仪器，施工前就应通过改变缸套尺寸使正常施工的泵冲数避开 30和48冲份钟的频率。如果泵冲频率与正在工作的数据传输率一致，应改变泵冲数。6检查泥浆是否存在气侵对于高压汕气层，泥浆往往会受到气侵。受到气侵的泥浆，对信号 的衰减特別厉害，这时需要在泥浆中加入除泡剂，充分循环泥浆。循环泥浆一周，排除泥浆 柱里而的空气，在下钻过程中，灌泥浆时，往往会在钻具中留下一些空气柱。刚下钻到底时, 由于空气柱的存在，信号肯左传不到地而。这时循环泥浆，排除空气

24、柱，信号即可恢复正常。 7检查泵，泵不好经常导致信号检测困难。检查泵的噪音是否过大、有无刺漏、密封圈是否 损坏、是否吸入金属碎块等。必要时维修、更换。8起钻检查仪器。三探测问题井下仪器发射的脉冲正常，但是往往要花很长时间才能检测到测量数据。这主要是测量 过程中存在的一些不足，只要处理得当，会很快得到测量的数据。1. 缓慢活动钻具，因为迅速运动会造成很大的压力变化，影响脉冲信号的传递，地而设备 准备破译信号时，应该保持钻具静止。2. 仪器进入工作状态后，逐渐变化泵速。如果传送数据时快速变泵速，可能使立管压力突 然变化，造成数据信号变形或把人为泵压的变化当成井下信号压力的变化而导致检测错误。3.

25、尽可能减小突然钻压。突然的钻压变化，也可能丢失好的脉冲波形。4. 加压平稳，并把钻压控制在一左的范囤内。钻压过大，使泥浆马达扭矩过大或停止转动, 造成数据不稳泄。5. 尽可能避免顿钻、溜钻及快速钻进。这些因素都有可能造成脉冲信号紊乱。6. 空气包充气适量。应是立管压力的30-40%o充气不适量，因为上水管汇剧烈箴动，使 脉冲探测不好。7. 根据当地磁场强度的变化或临井的地质参数判段MWD/LWD仪器测量数据的准确性。四 不适应MWD/LWD仪器 施工的环境1不允许在有微珠的泥浆中工作。2在有堵漏材料的泥浆中施工，包括中、细核桃壳、各种纤维材料、编织袋、密封材料等。 这些材料有可能导致仪器不工作

26、。3泥浆的固相含量高、塑性粘度髙使仪器信号衰减厉害，在深井中难以工作。4打完水泥没有循环好、钻杆中有固体水泥块，泥浆中有大的橡胶块没滤掉，泥浆中有大的 固体等，都有可能导致仪器不工作。5泥浆PH值小于7, PH值小于7,泥浆呈酸性，会腐蚀井下仪器。6泥浆比重大于12 PPG (1.45g/cmA3)泥浆比重髙，信号衰减幅度大，在深井中会导致信 号检测困难。7泥浆存在气侵，对于高压油气层，泥浆往往会受到气侵。受到气侵的泥浆，对信号的衰减 特別厉，这时需要在泥浆中加入除泡剂，充分循环泥浆，直到气侵排除。8严重井漏，轻微井漏时，仪器能检测到信号。严重井漏时，仪器检测信号困难，且井下仪 器不安全，故严重井漏时仪器不能下井。9井下温度高于257 F (125 C),有可能不工作或工作寿命将大大缩短。10赤铁矿作为泥浆加重剂，泥浆比重很高，会增加信号的衰减量，在深井、超深井中施工 会影响信号的传输，导致信号检测困难。此外，使用赤铁矿会加大对仪器的冲蚀，同时其本 身的磁性会影响仪器的测量精度。