電磁波測量無線傳輸系統在定向井中的應用

陳思博

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 電磁波測量無線傳輸系統的簡要結構與技術特點

1.1 電磁波測量無線傳輸系統的簡要結構

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

圖1 電磁波測量無線傳輸系統結構圖

1.2 電磁波測量無線傳輸系統的技術特點

（1）電磁波信號解碼能力強。為了實現甚低頻μV級電磁波信號的提取，采用雙極帶通濾波的方式，優選了一整套高精度的阻容器件和運放電子元件[2]，實現了0.2Hz極窄帶電磁波信號的濾波，在與同類的俄羅斯地面系統比對試驗中，放大倍數和濾波靈敏度均高于5倍以上。

（2）發射天線高絕緣，高抗扭。發射天線要做好上下絕緣和高抗扭，在井下復雜的情況下能很穩定地發射信號，不易松扣。為此特殊設計了發射天線短節。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口連接后使用專用工具通過其與絕緣短節內筒連接的螺紋對上天線進行鎖緊；而上天線與絕緣短節內壁的臺肩配合以及緊固螺母的螺紋連接來實現與外筒的電連接，同時連接銷釘的六爪銅片抱緊上連桿實現與發射模塊的連接，發射上天線和發射下天線之間通過絕緣連桿實現電隔離，其中發射下天線與絕緣短節內壁的臺肩配合實現與外筒的電連接，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 發射天線短節

（3）外殼絕緣能力強。外殼隨鉆短節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，絕緣短節由4個NC50扣型的短節組成，為了保證絕緣短節的強度的同時達到將整個鉆桿電隔離的目的，設計3個相同的密封絕緣帶串聯防止絕緣失效，絕緣主要是由內襯絕緣套、內注絕緣材料、絲扣表面絕緣涂層和外表纏繞玻璃鋼布組成，實現上下鉆桿的電隔離。

（4）鋰電池供電開關高效智能。鋰電池組在井下不能自動開啟，而在井上連接時開啟會大量損失電量，導致電池在井下工作時間減少，經計算，鋰電池組使用率僅為66.9%，為節省鋰電池電量，創新設計了一種在井下智能開關，通過壓力識別循環后井下自動上電，提高鋰電池組使用效率，降低儀器現場安裝的風險。

圖3 下套管用絕緣短節

2 現場應用方案

2.1 應用井概況

源X井、源Y井、臺X井及杏X井進行了現場應用(表1)，以杏X井為例，該井總進尺1803m，井斜5.36°，方位223.559°，應用電磁波測量無線傳輸系統累計運轉57.5h無故障，無維修等停時間。未發生任何井下復雜情況。提高鉆完井工作效率約20%。

表1 電磁波測量無線傳輸系統應用統計

2.2 正常鉆進及定向應用情況

該井于2017年12月4日0:00正式開始一開鉆進，2017年12月7日14:00二開鉆進結束。造斜與測斜全部使用電磁波儀器至1200m入靶，累計使用57.5h,上傳數據5000余組，信號穩定，解碼數據準確，傳輸數據迅速。

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、工具面的短測量數據、實現了定向井工具面、井斜、方位的實時監測，取代了使用單點測斜、多點測斜需要下入取出儀器讀數的復雜的測斜方式，提高造斜效率，減少井隊等待時間。

2.3 停泵靜止應用情況

停泵時傳輸包括儀器溫度電壓、信號幅度、井斜、方位、重工面、磁工面等全測量數據，相比FEWD測量數據更可靠。

2.4 總體效果

電磁波測量無線傳輸系統在杏X井全井應用57.5h，實現了甚低頻電磁波隨鉆數據上傳，并且地面系統能夠實時解碼、顯示及存儲數據，靜止時可持續傳輸信號，儀器安裝簡單快捷，井口操作簡潔快速，可適應井隊各種工況。

3 結論

（1）電磁波測量無線傳輸系統現場安裝便捷，與鉆井工具匹配良好，創新設計的井下智能供電開關，大大增加了儀器的井下工作時長。

（2）電磁波測量無線傳輸系統實現了甚低頻電磁波隨鉆數據上傳，并且地面系統能夠實時解碼、顯示及存儲數據,滿足造斜工藝要求。

（3）電磁波測量無線傳輸系統先后完成了定向、造斜、隨鉆測量一系列作業。測得的井斜、磁方位、工具面等數據均準確無誤，響應迅速，確保了井隊的順利施工。

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

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

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