無線隨鉆測量泥漿脈沖傳輸方式工作原理

張詒民

摘 ?要：無線隨鉆測量泥漿脈沖傳輸中，根據無線傳輸通道的不同，可分為四種方式：泥漿脈沖的傳輸方式、電磁波的傳輸方式、聲波的傳輸方式、光纖的傳輸方式。在生產實踐中應用泥漿脈沖的傳輸方式和電磁波的傳輸方式鉆井，信號可以傳輸到地面，不僅能夠遠距離傳輸，而且具有良好的可靠性。本文著重研究無線隨鉆測量泥漿脈沖傳輸方式工作原理。

關鍵詞：無線隨鉆測量;泥漿脈沖;傳輸方式;工作原理

引言：

無線隨鉆測量泥漿脈沖傳輸方式主要包括兩種傳輸方式，即有線傳輸方式和無線傳輸方式。隨鉆測量及其相關技術發展速度非常快，從有線隨鉆測量到無線隨鉆測量，參數增多了，測量結果更加準確。無線隨鉆測量技術已經成為工程技術領域中的重要方向。對于該種信號傳輸方式進行研究中，準確掌握工作原理是非常重要的。具體如下。

一、正脈沖方式

泥漿正脈沖發生器上的針閥與泥漿正脈沖發生器小孔的相對位置會改變泥漿流動通道并在此處積聚，從而提高鉆柱內泥漿壓力。針閥處于運動狀態，發揮了驅動控制電路的作用，由探針管編碼的測量數據來實現。電磁閥直接驅動針閥需要的動力是非常大的，主要使用功能了小閥推大閥的方式，將泥漿的動力充分利用起來[1]。同時，通過連續檢測立管壓力的方法，對不斷變化的壓力全面掌握，采用解碼的方法將其轉換成相應的測量數據。

渦輪鉆具隨鉆測量系統可以在鉆井液循環的情況下進行連續測量。用鉆盤鉆孔時，鉆具必須停止轉動1.5秒之后才能測量。其它液壓通道的隨鉆測量系統與上述儀器的區別在于脈沖發射器的不同。脈沖發生器的閥門由電磁線圈或步進電機控制，步進電機有較高的精度。當測井傳感器在測量的過程中有信號產生的選時候，起動器促使閥動作提升，節流鉆井液。

壓力脈沖信號的產生是通過地面檢測設備檢測獲得的。當鉆桿停止旋轉并保持鉆井液循環的時候，傳感器開始測量角度。電動鉆具鉆進的過程中，鉆井液循環多長時間，方位角的重復測量時間、井斜角的重復測量時間以及工具角的重復測量時間，都采用10位二進制測量，通常信號傳輸時間為50秒，傳輸深度超過7000米，由于技術環境有限，中國目前依然采用正脈沖模式[2]。

二、負脈沖方式

當一部分鉆井液通過旁通閥流向管道外空間的時候，就會發現有負壓脈沖出現。當噴射鉆頭或者鉆井馬達鉆進的過程中，將負泥漿脈沖發生器在專用的無磁短節內安裝好，將負泥漿脈沖發生器上所安裝的排放閥打開，使鉆柱中的泥漿通過排液閥的排液孔以及無磁挺桿上的排液孔進入到井眼環空，將泥漿排出。閥的開啟時間非常短，通常為0.25秒，不會超過1.0秒，造成鉆柱中泥漿壓力迅速降低[3]。

將壓力信號轉換為電信號，就會有負脈沖形成，可以像正脈沖一樣傳輸數字信息。為了讓負壓脈沖的信息通道形成，就需要建立管道內外的初始壓降。在水力牙輪鉆頭的工作過程以及隨鉆測量系統的裝配過程中，壓力降被消耗掉。脈沖壓降的大小對鉆井泵高壓管路中的壓降起到決定性的作用。數據傳輸速度大約是1bit/s，通過連續檢測立管產生的壓力變化，采用解碼的方式，可以形成各種不同的測量數據。泥漿負脈沖傳輸方式具備較多的優點，同時也存在缺點，就是在運行的過程中會有部分鉆柱壓力被釋放出來，不僅會造成隨鉆測量系統運行中出現故障，還會井底動力機械設備運行中出現故障。

三、連續波方式

與泥漿脈沖的正負脈沖有所不同，這種系統不通過鉆井液產生的脈沖傳輸井底所產生的信息，而是通過相位調制器傳輸信號，信號的表達方式是數字方式。當馬達驅動的旋轉閥接收到測井傳感器的信號的時候，就會以一定的速度垂直于流體旋轉。泥漿作用下會產生連續波脈沖發生器的轉子，形成正弦壓力波。由測井探頭編碼的測量數據，發揮調制系統的作用控制定子相對于轉子產生的位移或者所產生的角位移，使正余弦壓力波同步時間產生[4]。為了連續檢測這些相位或頻率上產生的變化，計算機對壓力傳感器所接收到的信號會有所放大，對于信號進行分析并處理，采用解碼的方式和計算的方式獲得數據信息。

Mobile的MWD系統產生頻率是連續壓力波，24赫茲，并通過在指定時間，通常為0.66秒的時間內就可以改變波的相位或者保持波的相位，用于傳輸10位二進制數據。當旋轉閥在短時間內運行速度加快或者突然滯后的時候，相位交換的相位發生變化，通常在0.ls中會產生相位偏移，大約為180度，保持相位則使用0表示。當使用水基鉆井液的時候，系統的最大應用深度通常可以保持在6000米左右，加入加重劑的時候可以達到4200米左右[5]。斯倫貝謝的MWD系統的載波頻率是12赫茲，會持續地發出信號。MWD系統可以同時監測方向參數方法監測頂角、巖石想電阻率、方位角、井溫、伽馬放射性以及鉆頭扭矩等等。連續波的脈沖的共同頻率大約為0.02赫茲，通常不會超過0.2赫茲，如斯倫貝謝MWD系統系統，在隨鉆測量的過程中，當工作距離達到6公里的時候，工作頻率會有所降低，甚至會低于小數位的赫茲數。

結束語：

通過對上面內容的研究可以明確，無線隨鉆測量泥漿脈沖所采用無線隨鉆數據傳輸不僅實現遠程傳輸，而且信號傳輸的速度快，具有較高的精度，用于深井鉆井工作中，不會受到鉆機噪聲的影響，而且對鉆井作業起到很好的監督控制作用。其缺點是井卜傳輸和地而檢測設備復雜。

參考文獻

[1] ?李泉新. 礦用泥漿脈沖無線隨鉆測量裝置研發及應用[J]. 煤田地質與勘探，2018，46（06）：197-201+206.

[2] ?方俊，谷拴成，石智軍，et al. 礦用泥漿脈沖無線隨鉆測量裝置及其應用[J]. 工礦自動化，2019，45（02）：15-20.

[3] ?耿巖，唐鳴宇. 機械式無線隨鉆測斜儀正脈沖發生器研究[J]. 現代商貿工業，2017（18）：162-163.

[4] ?呂海川，竇修榮. CGMWD新型正脈沖無線隨鉆測量系統及應用[J]. 石油儀器，2006（06）：7+42-43+46.

[5] ?郭福祥，鄧勝聰，李旭，et al. 隨鉆測井系統泥漿脈沖影響因素研究及故障診斷[J]. 石油礦場機械，2015（10）：28-33.