無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

陳曉毅

[摘 要]近年來(lái)，隨著無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，不僅測(cè)量傳輸通道推陳出新且隨鉆測(cè)量的參數(shù)不斷增多，大力發(fā)展無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前鉆井測(cè)試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要關(guān)注方向。本文簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的基本傳輸方式，闡述了國(guó)內(nèi)外部分無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的研究進(jìn)展和儀器的應(yīng)用特點(diǎn)，并分析了無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]隨鉆測(cè)量；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TE27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）39-0066-01

1 無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器的基本分類

隨鉆測(cè)量技術(shù)主要通過(guò)無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀完成測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸。它與有線隨鉆測(cè)斜儀的主要區(qū)別在于井下測(cè)量數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳輸。無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)按傳輸通道分為泥漿脈沖、電磁波、聲波等方式。其中泥漿脈沖和電磁波方式已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，以泥漿脈沖式使用最為廣泛。

1.1 泥漿脈沖傳輸方式

1.1.1 連續(xù)波方式

連續(xù)波脈沖發(fā)生器的轉(zhuǎn)子在泥漿的作用下產(chǎn)生正弦壓力波，由井下探管編碼后的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)制系統(tǒng)控制的定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的角位移使這種正弦或余弦壓力波在時(shí)間上出現(xiàn)相位移或角位移。在地面連續(xù)地檢測(cè)這些相位或頻率的變化，并通過(guò)譯碼、計(jì)算得到測(cè)量數(shù)據(jù)，。其優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸速度快、精度高。

1.1.2 脈沖方式

脈沖方式分為正脈沖方式與負(fù)脈沖方式，正脈沖方式利用泥漿正脈沖發(fā)生器的針閥與小孔的相對(duì)位置改變泥漿流道在此的截面積，從而引起鉆柱內(nèi)部泥漿壓力的升高。負(fù)脈沖方式中，泥漿負(fù)脈沖發(fā)生器需要安裝在專用的無(wú)磁短節(jié)中使用，開(kāi)啟泥漿負(fù)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(wú)磁鉆鋌上的泄流孔流到井眼環(huán)空，從而引起鉆柱內(nèi)部泥漿壓力降低。

1.2 電磁波傳輸方式

電磁波信號(hào)傳輸主要是依靠地層介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。井下儀器將測(cè)量的數(shù)據(jù)加載到載波信號(hào)上，測(cè)量信號(hào)隨載波信號(hào)由電磁波發(fā)射器向四周發(fā)射。地面檢波器在地面將檢測(cè)到的電磁波中的測(cè)量信號(hào)卸載并解碼、計(jì)算，得到實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)。

1.3 聲波傳輸

聲波傳輸是通過(guò)鉆桿來(lái)傳輸聲波或地震信號(hào)的傳輸方法，該系統(tǒng)利用聲波傳播機(jī)理來(lái)工作。聲波遙測(cè)能顯著提高數(shù)據(jù)傳輸率，使隨鉆數(shù)據(jù)傳輸率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。聲波遙測(cè)和電磁波遙測(cè)一樣，不需要通過(guò)泥漿循環(huán)，但需在鉆桿柱內(nèi)每隔一段距離需安裝一個(gè)中繼站。聲學(xué)信息通道也有缺陷，例如傳送信號(hào)衰減快、信息量少，井眼產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度低，鉆井設(shè)備產(chǎn)生噪聲波干擾等。

2 無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)線隨鉆測(cè)量及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，總體趨勢(shì)是從有線隨鉆逐漸過(guò)渡到無(wú)線隨鉆測(cè)量。目前國(guó)外公司已致力于開(kāi)發(fā)適應(yīng)惡劣環(huán)境下（高溫、高壓、劇烈振動(dòng)，磁干擾等）的無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)儀器。斯倫貝謝公司用其新的回收式SlimPulse-MWD 系統(tǒng)解決了深水平井作業(yè)面臨的高溫、高壓兩大難題；Precision Drilling Computalog 公司的惡劣環(huán)境HEL-MWD系統(tǒng)已在墨西哥和美國(guó)進(jìn)行了廣泛的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在泥漿密度高達(dá)1.87g/cm3，井下溫度超過(guò)170 ℃的井中成功作業(yè)；威德福公司開(kāi)發(fā)出的電磁隨鉆測(cè)量系統(tǒng)TrendSET，能滿足欠平衡環(huán)境下的惡劣鉆井條件要求或過(guò)平衡應(yīng)用的一些基本要求，該系統(tǒng)可在高阻層、無(wú)水層或鹽層區(qū)域工作，地面測(cè)量系統(tǒng)能識(shí)別并過(guò)濾較弱信號(hào)，具有較強(qiáng)的深井工作能力；美國(guó)PathFinder能源服務(wù)公司研發(fā)的重力MWD系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一縱抗干擾測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量時(shí)的井下移動(dòng)很不敏感，允許用于陀螺測(cè)量不能正常工作的環(huán)境。

國(guó)內(nèi)無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)現(xiàn)今仍處于引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的路線為主，近年來(lái)也只有國(guó)內(nèi)幾家科研院所以及極少數(shù)公司致力于研發(fā)無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)極少。2000年初，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院鉆井所曾牽頭，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，研制了新型正脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)CGMWD；勝利油田曾引進(jìn)俄羅斯ZTS-172M電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)以及HALLIBURTON公司的DWD系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試；北京海藍(lán)科技發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的泥漿脈沖隨鉆測(cè)斜儀（YST-48X）系統(tǒng)，具有外徑小，重量輕，易損件少，可打撈，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)；北京普力門科技發(fā)展有限公司的PMWD系統(tǒng)，采用旋轉(zhuǎn)閥式脈沖發(fā)射系統(tǒng)、采用了高精度、耐震的石英加速度計(jì)和磁通門，保證了高測(cè)量精度、高可靠性。

3 無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)在解決儀器的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等方面，將會(huì)朝以下幾個(gè)方面發(fā)展：（1）需要開(kāi)發(fā)滿足不同條件的各種尺寸的無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器以適應(yīng)鉆井工程實(shí)用井眼尺寸的客觀需求；（2）近鉆頭測(cè)量的設(shè)計(jì)。隨鉆測(cè)量越靠近鉆頭，測(cè)量結(jié)果越有利于軌跡測(cè)量，提高目的層中靶率；（3）無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器可靠性增強(qiáng)。隨著巨量存儲(chǔ)芯片和抗高溫高壓電子元器件的出現(xiàn)，將能制造出更能適應(yīng)鉆井環(huán)境強(qiáng)振動(dòng)、高溫和高壓的無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器，以適應(yīng)不同鉆井環(huán)境下的隨鉆測(cè)量施工；（4）數(shù)據(jù)傳輸率進(jìn)一步提高。提高數(shù)據(jù)傳輸率是日益增多的井下信息量的客觀需求。泥漿脈沖傳輸、聲波傳輸、電磁波傳輸、光纖傳輸技術(shù)的改進(jìn)，還有許多技術(shù)上的難點(diǎn)要突破。（5）目的層的復(fù)雜性對(duì)儀器測(cè)量精度的要求越來(lái)越高，因此只有致力于高精度測(cè)量傳感器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，才能滿足鉆井工程的要求。

4 結(jié)論與建議

（1）無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器是一系列集鉆井、機(jī)械、自動(dòng)控制、材料等多學(xué)科為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)近年來(lái)雖興起研發(fā)熱潮，但仍需借鑒國(guó)外先進(jìn)的無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)。因此，大力發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)線隨鉆測(cè)試儀器，縮短與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，提升技術(shù)服務(wù)的整體水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力乃當(dāng)務(wù)之急。

（2）要充分利用國(guó)內(nèi)已有的無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)和儀器研發(fā)能力，求競(jìng)爭(zhēng)也要進(jìn)行合作，共同研究，共同發(fā)展，在認(rèn)真總結(jié)研究過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，使目前的研究工作有一個(gè)較高的起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張辛耘，王敬農(nóng)，郭彥軍.隨鉆測(cè)井技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].測(cè)井技術(shù)，2006（4）.

[2] 張濤，鄢泰寧，盧春華.無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].西部探礦工程，2005（2）.endprint