隨鉆測井方法及寬帶信號傳輸方法研究

任偉 李若飛 黃繼龍

摘要：在經濟發展的21世紀，石油是主要的能源之一測井技術處于不斷的發展的階段，人們對鉆井信號傳輸方面的要求也在不斷的提高，而相對于傳統的信號傳輸方式不能夠準確迅速地把地層信息反應到地面上來，因此信號傳輸的效率在一定程度上阻礙了測井技術的發展。現在國家發現的石油層大都是屬于薄層，對分辨率都有著很高的要求。傳統的分辨率測井技術已經無法滿足現在油層的鉆井環境。本文針對這兩個問題，分別研究了寬帶隨鉆信號傳輸方法和寬帶測井方法。

關鍵詞：隨鉆電測井;寬帶測井;寬帶信號傳輸

引言：測井是石油工業中的重要組成部分，鉆井技術的研究一直在進行著。現在最適用的鉆井技術就是隨鉆電測井。隨鉆電測井對石油發展行業有著舉足輕重的作用。而隨鉆電測井的應用主要依靠寬帶信號傳輸及寬帶測井，并且隨著隨鉆測井技術的發展，對地層探測的分辨率要求越來越高。因此對于石油開采業提出了新的問題，對于鉆井技術的研究是現在國家的重中之重。

一、隨鉆電測井

石油工業隨鉆電測井LWD（Logging While Drilling）一般是指在鉆井的過程中測量地層巖石物理參數，并用數據遙測系統將測量結果實時送到地面進行處理。由于目前數據傳輸技術的限制，大量的數據存儲在井下儀器的存儲器中，起鉆后回放。在油氣田勘探、開發過程中，鉆井之后必須進行測井，以便了解地層的含油氣情況鉆完之后再測井，地層的各種參數與剛鉆開地層時有所差別。于是就把測井儀器放在鉆頭上，讓鉆頭長上"眼睛"，一邊鉆進一邊就獲取地層的各種資料，這就是隨鉆測井。

隨鉆測井是在石油開采業使用最廣泛的技術之一，并且具備很多傳統鉆井技術沒有的優勢，主要特點有以下幾點：一是，在鉆井過程中，工作效率十分高，在成本上減少了很大的浪費;二是，在進行鉆井的時候就進行測井，地層就還沒有受到井內泥漿的污染，這樣測出的數據就會更準確;三是，隨鉆測井擁有一邊鉆井一邊測井的特點，在進步對地層鉆井之前，便能得到已鉆到地層的地層信息，這就意味著測井數據信息具有實時性，而這些測井數據能夠指導下一步的測井方向，以防止鉆破油層等，實現了導向的功能;四是，最隨鉆測井對井眼的方向幾乎沒有要求。隨鉆電測井技術在很大程度上促進石油開采行業的發展，為石油開采行業提供了很大的便利，對鉆井技術的不斷研究是技術人員們的首要責任，盡可能的研究出一種高效率的鉆井技術。

二、隨鉆電測井中的寬帶信號傳輸方法

1、泥漿脈沖遙傳技術法

泥漿脈沖遙傳技術法是在隨鉆測井中技術最為成熟，同時也是運用最為廣泛的信號傳輸技術，隨鉆測井技術的發展主要得力于它，也促進了石油開采業的發展。泥漿脈沖遙傳技術法的主要流程是先通過測井的儀器測算出地層的參數，然后通過數字編碼的方式將地層的參數轉化成數字信號，主要是起著一個轉化的作用。泥漿脈沖遙傳方法將井下測量數據傳送到地面，在一定程度上滿足了實時數據傳輸的需要。目前，泥漿脈沖遙傳的最高傳輸速率只能達到10 b/s，這在很大程度上限制了井下測量數據的實時傳輸，導致從井下傳輸到地面的數據流量稀疏。

2、電磁波傳輸技術法

電磁波傳輸技術的主要原理是利用鉆桿作為天線，通過地層介質來傳輸信號，通過天線傳播，把地層信息的低頻電磁波傳播到地面上，然后再利用相關的接收機接收到電磁波的信號，最后通過計算、解調等一系列的方式來獲得井下的地層信息。當接受機接收經過調整后的電磁波信號后，就會對它進行放大，過濾其他電磁波的處理使得發射回來的電磁波復原，從而得到與井底一致的相關參數。電磁波傳輸技術，是80年代得到商業應用的一種可以實現地面和井下雙向傳輸的隨鉆信號傳輸技術，但是此技術沒有泥漿脈沖傳輸成熟，應用也比較少，但是也是主要的隨鉆測井信號傳輸技術。

3、聲波傳輸技術

聲波傳輸技術是以聲波為傳輸載體，鉆柱為傳輸信道，鉆柱具有較高頻率通帶可用于井下隨鉆數據傳輸，可以得到較高的傳輸速率，是一種具有極大潛力的信息傳輸技術。可實現地面和井下的雙向傳輸，但是它極容易受到鉆井設備產生的聲波噪聲干擾，使得探測信號的穩定性和可靠性不是很高。聲波傳輸技術的傳輸數據比泥漿脈沖遙測技術的傳輸速率高出10倍以上，但是它仍然無法克服受鉆井設備高強度聲波噪聲的干擾。

4、無線耦合傳輸技術

無線耦合傳輸技術是有線與無線的結合體，在很大程度上解決了有線與無線單獨技術上的一些困難。這個技術的主要原理是在鉆桿內進行有線傳輸，在鉆桿外進行無線傳輸，鉆桿內外相結合，有線與無線相輔相成，很好的滿足了隨鉆數據傳輸的要求，在傳輸效率上也以幾十倍的速度增加，提高了工作效率。

三、隨鉆電測井中的寬帶測井方法

1、超寬帶電磁波測井方法

超寬帶（Ultra Wideband- UWB）電磁波測井方法創新的將近幾半個世紀迅速發展的超寬帶技術應用于電磁波測井領域，用超寬帶電磁脈沖取代窄帶電磁波作用于儲層介質，分析接收到的回波信號反演得到儲層介質的電導率、介電常數及構造信息。不同于傳統的頻域電磁波測井分析方法，超寬帶方法可直接在時域內對收發波形進行分析，極大地簡化了數據解釋過程。超寬帶電磁波測井方法有效克服傳統測井方法的矛盾和瓶頸，同時可獲得更深的探測深度以及在天線主瓣方向較理想的探測分辨率，因此該方法應用于實踐可帶來巨大的效益，擁有著廣泛的發展前景。

2、寬帶聲波測井方法

聲波測井是石油勘探中專業性很強的一個領域。它是門多學科的應用技術，已經成為油田勘探、儲量評估、油氣開采等方面不可缺少的工具。聲波速度測井簡稱聲速測井是利用聲波在巖石中傳播的速度來研究鉆井剖面的一類物探方法，其方法是狽量滑行波通過地層傳播的時差At（聲速的倒數，單位us/ft）。目前主要用以估算孔隙度、判斷氣層和研究巖性等方面，是主要測井方法之一。

結論

在鉆井過程中能夠實現與各種井下工具及各種測量傳感器真正意義上的實時雙向通訊，從而經濟有效地評價油氣儲量、實時精確導向鉆井軌跡。新的隨鉆高速數據傳輸系統未來的發展方向是集合各個專業服務公司的技術特長，調整與兼容現有的隨鉆測井、隨鉆測量及隨鉆地震等測量系統以充分利用新的鉆桿遙傳系統的高速數據傳輸能力。

參考文獻：

[1]朱柯斌.隨鉆電測井中的寬帶信號傳輸方法及寬帶測井方法研究[D].電子科技大學，2013.

[2]張能.隨鉆電測井及其寬帶傳輸新方法研究[D].電子科技大學，2011.

[3]劉宇.用于井下信號傳輸的電磁感應信道研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[4]崔志文.多孔介質聲學模型與多極源聲電效應測井和多極隨鉆聲測井的理論與數值研究[D].吉林大學，2004.