随钻测量方式浅析

【摘要】1.1 有线随钻测量 有线随钻测量，即带井下电缆的测量方式，是用电缆连接井下探管仪器并依靠电缆而取得测量信号，信号到达地面后，通过地面机进行 A/D 转换，并进行编码，最后通过解...

摘要：本文详细介绍了目前随钻测量的几种方式，对每种测量方式的原理和优缺点进行了细致的分析，并提出了未来随钻测量的发展方向。

关键词：随钻测量 有线 无线

随钻测量是获得井下信息最重要的技术手段。该技术普遍应用在中国各油田的大位移水平井、定向斜井的钻进过程中，并取得了显著的成果，大大提高了油气井的钻采效率比。本文将介绍目前随钻测量的几种方式，并对随钻测量的发展前景做出浅要的分析。

1 随钻测量的方式

目前随钻测量的方式包括有线随钻测量和无线随钻测量两种。

1.1 有线随钻测量

有线随钻测量，即带井下电缆的测量方式，是用电缆连接井下探管仪器并依靠电缆而取得测量信号，信号到达地面后，通过地面机进行 A/D 转换，并进行编码，最后通过解码得出所需要的井斜、方位等数据。早期的仪器控管是用磁液加速度计，现在基本上已被稳定性好、可靠性高的石英加速度计取代。有线随钻测量仪靠电缆传输井下数据，显示直观、迅速，工作性能可靠。特别是工作面显示速度快，不间断，给定向工程师提供了方便、及时、可靠的定向参数结果。但其存在着一些缺点，当井斜大于 60°以后，由于仪器总成与钻杆壁接触产生的摩擦力以及电缆与钻杆壁接触产生的摩擦力加大，下放仪器会使仪器没有到达井底就被迫停止，需要开泥浆泵冲击仪器到达井底，工序繁琐，工作量大。其次是在提升仪器时，其最大拉力在循环头到电缆滚筒之间，由于电缆自身的重量加上仪器总成重量以及斜井段电缆与钻杆壁接触产生的摩擦阻力的原因，一旦仪器或电缆遇阻卡，在很大程度上会破坏电缆，从而导致电缆将被截掉一部分，严重时会使整车电缆报废，影响后期施工。再其次是当电缆或电缆头绝缘性不好时，经常需要重做电缆头，排查电缆故障点，工序很繁琐，会造成时间的浪费。最后一点是采用有线随钻定向不能打复合钻，钻井速度比较慢。

1.2 无线随钻测量

无线随钻测量根据传输介质不同分为泥浆脉冲无线随钻和电磁波无线随钻。

1.2.1 泥浆脉冲无线随钻

泥浆脉冲无线随钻是通过泥浆压力变化来传输信号，压力脉冲信号是通过脉冲器与驱动器来完成的，通过泥浆传送信号到地面，再通过地面机进行放大，编码、解码，得出我们需要的井斜、方位、工具面等参数。通过开关泵来控制参数测量，根据压力变化源的不同，泥浆脉冲无线随钻可分为连续波、正脉冲、负脉冲。

连续波方式

连续波脉冲发生器的转子在泥浆作用下产生正弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统控制的定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或角位移，在地面连续检测这些相位或频率的变化，并通过数字译码和计算得到测量数据。其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。

正脉冲方式

泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆在小孔处的截面积，从而引起钻柱内部泥浆压力的升高，针阀的运动是由井下微处理器编码的测量数据通过调制器控制电路来实现的。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。正脉冲发生器具有结构简单、尺寸小、使用操作和维修方便等优点，但正脉冲发生器数据传输慢，不适合传输地质资料参数。

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，使钻柱内的泥浆从泄流阀经无磁钻铤细流孔流到井眼环空，从而降低钻柱内部的泥浆压力。泄流阀的动作是由井下微处理器编码的测量数据通过调制器控制电路来实现的，在地面通过连续检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的数据。优点是数据传输速度快，适合传输定向和地质资料；缺点是下井仪器的结构复杂，组装、操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。

1.2.2 电磁波无线随钻

电磁波无线随钻是通过井下发射电磁波信号，在地面接收电磁波信号，并通过地面放大器对信号进行处理来完成测量的。电磁波信号传输主要依靠地层介质来实现。井下仪器将测量的数据加载到载波信号上 ，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射。地面检波器将检测到的电磁波中的测量信号卸载，之后通过解码、计算得到测量数据。该传输方式的优点是数据传输速度较快，适合在普通钻井液、泡沫钻井液、空气钻井和激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数；其缺点是地层介质对信号的影响较大，低电阻率地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合深井施工。

2 随钻测量的发展方向

随着钻井工程技术的不断提高，大力发展随钻测量技术是当前的一个主要方向，其发展方向主要体现在以下几方面：

（1）扩大仪器的规格型号。开发能适应不同条件的各种尺寸的随钻测量仪器，以满足钻井工程适用井眼尺寸的要求。

（2）增强仪器的可靠性。随着大容量存储芯片和抗高温高压电子元器件的出现，应开发能适应井下强振动、高温、高压的随钻测量仪器，以满足不同钻井环境下的随钻测量。

（3）提高数据传输速率。进一步提高数据传输速率是井下信息量日益增多的要求 ，改进钻井液脉冲、声波、电磁波和光纤传输技术，需要解决许多技术难题。

（4）提升仪器测量精度。目的层的复杂性对仪器测量精度的要求越来越高，开发高精度测量传感器能更好地满足钻井工程靶区的要求。

3 结论

本文主要介绍了目前随钻测量的几种方式，包括有线随钻测量和无线随钻测量，其中无线随钻测量又分为泥浆脉冲无线随钻和电磁波无线随钻，泥浆脉冲无线随钻具体有连续波、正脉冲、负脉冲三种方式。对于各种随钻测量方式的原理和优缺点都进行了分析。指出无线随钻测量是未来随钻测量发展的必然趋势，并提出了几点需要改进之处。相信无线随钻测量技术的发展一定能适应越来越复杂的钻井工程技术要求，为钻井事业提供更加可靠的技术支持。

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