随钻测量装置研究现状

2020-06-16 10:40:44 yysm 429

随钻测量是指在钻探过程中实现钻孔轨迹信息(井斜、方位和工具面等) 和地质参数(自然电位和自然伽马等)的实时测量和上传的技术,为钻探工程的高效进行提供指导。随钻测量装置是进行定向钻进的关键设备,根据信号传输方式可分为有线传输和无线传输两种,其中有线传输方式主要包括钻杆传输、电缆传输和光纤传输三种方式;无线传输方式主要包括电磁波传输、泥浆脉冲传输和声波传输三种方式。

随钻测量装置的研究以地面石油领域为主,由于声波方式传输时信号衰减较严重,传输距离较短;电磁波方式传输时受地层干扰大,且存在机械结构加工难题,因此地面石油领域主要采用泥浆脉冲进行信号传输。煤矿领域对矿用随钻测量装置的研究较晚,但近年来发展迅速,以有线随钻测量传输方式的推广应用居多。地面石油领域和煤炭领域对随钻测量装置的研究各有侧重,形成了各自不同的技术特色。

⑴ 矿用随钻测量装置研究现状

矿用随钻测量装置的研究伴随着随钻测量定向钻进技术的推广应用而展开,国内外煤矿井下均以有线随钻测量装置为主,即采用特制的中心通缆式钻杆为信号传输通道进行信号传输,国外矿用有线随钻测量装置的代表性产品有澳大利亚 VLD 公司的 DGS 系统,该系统采用一次性锂电池筒供电方式, 单节电池筒工作时间约 30 天且不可重复使用,于 2003 年引入国内并得到大量推广。

⑵ 泥浆脉冲无线随钻测量装置研究现状

泥浆脉冲随钻测量装置的研究起始于美国,贝克休斯公司于 60 年代初成功开发了第一套液压脉冲随钻测量装置,并于 1964 年在工程测井中得到应用;美孚石油公司和斯伦贝谢公司于 70 年代分别研制了钻井液随钻测量装置,形成批量生产并投入现场使用;随后哈里伯顿、贝克休斯等企业都研发出了具有自身特点的并被广泛应用的正脉冲随钻测量装置。经过多年发展,泥浆脉冲信号传输技术逐渐成熟,是地面油气钻井最常用的随钻测量装置。

80 年代末到 90 年代,我国从国外引进泥浆脉冲式随钻测量技术,开始了国产泥浆脉冲无线测量装置研发工作。中国石油勘探开发研究院成功研制了具有自主知识产权的正脉冲随钻测量装置 CGMWD,该系统在 2003 年被用于钻井现场,测试结果较好,对国内正脉冲随钻测量装置的后续研究具有指导意义。大港油田在 2004 年成功研制了 HM-MWD 型泥浆正脉冲随钻测量装置,在国内同类装置中首次应用涡轮发电机进行系统的供电,有效了解决电池组供电时间短的问题,大大提高了泥浆正脉冲随钻测量装置井下装置的有效使用时间。随后,中海油服、海蓝公司和普利门公司均成功开发了泥浆脉冲随钻测量装置, 并进行了商业化推广应用,逐步取代了国外几大油服公司的产品,消除了国外公司对泥浆脉冲随钻测量市场的垄断。

泥浆脉冲主要采用正脉冲、负脉冲和连续脉冲等三种传输方式。负脉冲传输方式信号传输稳定,但井下仪器结构复杂,并且会冲蚀孔壁,容易造成井壁的破坏;连续脉冲传输方式信号传输速率较高,但整个系统的构建和功能实现难度较大,目前国内外还没有商业化应用的案例。正脉冲传输方式一般采用与噪声频率分布明显不同的频率进行信号发射,信号强度高,信号解调相对容易实现,能够进行数据的高效传输,是目前主要应用的技术方式。国内外具有代表性的正脉冲随钻测量装置主要有:

① 哈里伯顿公司的正脉冲随钻测量装置早期采用胶杯来控制脉冲机构的伸缩,结构改进后现在采用无胶杯的机械方式来控制脉冲结构的伸缩,具有轻便和搬运方便的特点。

② 斯伦贝谢公司的 Slim-1 型正脉冲随钻测量装置,该装置可靠性较高,采用可打捞式结构,便于操作和维护。

③ 美国 APS 公司的回转阀式脉冲发生装置,其由电池组或涡轮发电机供电,也可以采用两种方式联合供电,具有测量准确和结构可靠的优势。

④ 中海油服的 MK 系列正脉冲随钻测量装置,该系统引进自哈里伯顿公司的 MK4 正脉冲发生器,并通过消化、吸收和改进的方式成功研制了 MK6 和MK8 型产品,MK6 用于随钻测斜,MK8 用于随钻测井。

⑤ 海蓝公司成功研制了一种泥浆正脉冲随钻测量装置,其型号为YST-48X。该装置使用简便,并且活动部件少,因此装置的稳定性较高;其井下单元采用模块化的设计方式,柔韧性较好,可以在大曲率井眼的造斜作业中使用。

⑥ 普利门公司研制了正脉冲随钻测量装置—PMWD,不同的是其采用旋转阀产生正压力脉冲。该装置可以获取并向地面传输井斜、方位、工具面和温度等井下参数,具有信号测量精度高和稳定性较好的优点,国内市场占有率已近60%,为国内最先进的产品,并可以替代国外几大油服公司的产品。

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