電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)在定向井中的應(yīng)用

陳思博

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

1.1 電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)

電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)由測試儀器和絕緣外殼兩大部分組成。測試儀器包括：發(fā)射天線、絕緣連桿、電磁波發(fā)射模塊、鋰電池組、中控及存儲(chǔ)模塊、連接模塊、井斜方位模塊。絕緣外殼包括：絕緣短節(jié)、無磁鉆鋌。其簡要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）電磁波信號(hào)解碼能力強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)甚低頻μV級電磁波信號(hào)的提取，采用雙極帶通濾波的方式，優(yōu)選了一整套高精度的阻容器件和運(yùn)放電子元件[2]，實(shí)現(xiàn)了0.2Hz極窄帶電磁波信號(hào)的濾波，在與同類的俄羅斯地面系統(tǒng)比對試驗(yàn)中，放大倍數(shù)和濾波靈敏度均高于5倍以上。

（2）發(fā)射天線高絕緣，高抗扭。發(fā)射天線要做好上下絕緣和高抗扭，在井下復(fù)雜的情況下能很穩(wěn)定地發(fā)射信號(hào)，不易松扣。為此特殊設(shè)計(jì)了發(fā)射天線短節(jié)。如圖2所示。

矛頭的作用主要是為了打撈和懸掛芯筒，與絕緣連桿之間采用螺紋配合；緊固螺母的作用是在進(jìn)口連接后使用專用工具通過其與絕緣短節(jié)內(nèi)筒連接的螺紋對上天線進(jìn)行鎖緊；而上天線與絕緣短節(jié)內(nèi)壁的臺(tái)肩配合以及緊固螺母的螺紋連接來實(shí)現(xiàn)與外筒的電連接，同時(shí)連接銷釘?shù)牧︺~片抱緊上連桿實(shí)現(xiàn)與發(fā)射模塊的連接，發(fā)射上天線和發(fā)射下天線之間通過絕緣連桿實(shí)現(xiàn)電隔離，其中發(fā)射下天線與絕緣短節(jié)內(nèi)壁的臺(tái)肩配合實(shí)現(xiàn)與外筒的電連接，絕緣連桿使用的是銅芯和外絕緣材料，相互之間絲扣連接。

圖2 發(fā)射天線短節(jié)

（3）外殼絕緣能力強(qiáng)。外殼隨鉆短節(jié)需要讓儀器與地層相互絕緣，使其不受磁場干擾，為此選用40CrMnMo材料，絕緣短節(jié)由4個(gè)NC50扣型的短節(jié)組成，為了保證絕緣短節(jié)的強(qiáng)度的同時(shí)達(dá)到將整個(gè)鉆桿電隔離的目的，設(shè)計(jì)3個(gè)相同的密封絕緣帶串聯(lián)防止絕緣失效，絕緣主要是由內(nèi)襯絕緣套、內(nèi)注絕緣材料、絲扣表面絕緣涂層和外表纏繞玻璃鋼布組成，實(shí)現(xiàn)上下鉆桿的電隔離。

（4）鋰電池供電開關(guān)高效智能。鋰電池組在井下不能自動(dòng)開啟，而在井上連接時(shí)開啟會(huì)大量損失電量，導(dǎo)致電池在井下工作時(shí)間減少，經(jīng)計(jì)算，鋰電池組使用率僅為66.9%，為節(jié)省鋰電池電量，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種在井下智能開關(guān)，通過壓力識(shí)別循環(huán)后井下自動(dòng)上電，提高鋰電池組使用效率，降低儀器現(xiàn)場安裝的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 下套管用絕緣短節(jié)

2 現(xiàn)場應(yīng)用方案

2.1 應(yīng)用井概況

源X井、源Y井、臺(tái)X井及杏X井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用(表1)，以杏X井為例，該井總進(jìn)尺1803m，井斜5.36°，方位223.559°，應(yīng)用電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)57.5h無故障，無維修等停時(shí)間。未發(fā)生任何井下復(fù)雜情況。提高鉆完井工作效率約20%。

表1 電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

2.2 正常鉆進(jìn)及定向應(yīng)用情況

該井于2017年12月4日0:00正式開始一開鉆進(jìn)，2017年12月7日14:00二開鉆進(jìn)結(jié)束。造斜與測斜全部使用電磁波儀器至1200m入靶，累計(jì)使用57.5h,上傳數(shù)據(jù)5000余組，信號(hào)穩(wěn)定，解碼數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，傳輸數(shù)據(jù)迅速。

該井200m開始造斜，造斜段使用電磁波儀器，每隔5s傳輸一組包括井斜、方位、工具面的短測量數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)了定向井工具面、井斜、方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測，取代了使用單點(diǎn)測斜、多點(diǎn)測斜需要下入取出儀器讀數(shù)的復(fù)雜的測斜方式，提高造斜效率，減少井隊(duì)等待時(shí)間。

2.3 停泵靜止應(yīng)用情況

停泵時(shí)傳輸包括儀器溫度電壓、信號(hào)幅度、井斜、方位、重工面、磁工面等全測量數(shù)據(jù)，相比FEWD測量數(shù)據(jù)更可靠。

2.4 總體效果

電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)在杏X井全井應(yīng)用57.5h，實(shí)現(xiàn)了甚低頻電磁波隨鉆數(shù)據(jù)上傳，并且地面系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)解碼、顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，靜止時(shí)可持續(xù)傳輸信號(hào)，儀器安裝簡單快捷，井口操作簡潔快速，可適應(yīng)井隊(duì)各種工況。

3 結(jié)論

（1）電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)現(xiàn)場安裝便捷，與鉆井工具匹配良好，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的井下智能供電開關(guān)，大大增加了儀器的井下工作時(shí)長。

（2）電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了甚低頻電磁波隨鉆數(shù)據(jù)上傳，并且地面系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)解碼、顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù),滿足造斜工藝要求。

（3）電磁波測量無線傳輸系統(tǒng)先后完成了定向、造斜、隨鉆測量一系列作業(yè)。測得的井斜、磁方位、工具面等數(shù)據(jù)均準(zhǔn)確無誤，響應(yīng)迅速，確保了井隊(duì)的順利施工。

[1] 趙志學(xué)，王振雷.ZTS-42 AP型電磁波隨鉆測量系統(tǒng)在泡沫鉆井中的試驗(yàn)[J].石油礦場機(jī)械，2011，40（8）：78-81.

[2] 趙志學(xué).SDC-I型隨鉆地層壓力測試器[J].石油機(jī)械，2011,39（2）：52-54.

[3] 范業(yè)活.隨鉆無線傳輸技術(shù)分析與比較[J].測井技術(shù),2016,8（4）：455-459.