井眼轨迹闭环控制系统的信号下传技术

根据井眼轨迹闭环控制系统的实现要求，讨论地面信号下传系统的基本构成和信号的传输方式，提出信号的编码方法，传输格式以及码型，考虑到信号传输的可靠性和传输系统的效率，建立了具有可选参数功能的控制信号编码系统，为地面信号下传系统提供理论基础和技术依据，对加速随钻测量技术的国产化进程起到积极地促进作用。     

旋转导向钻井系统下行通讯接收功能的开发

在旋转导向钻井系统中,导向控制命令是由地面监控装置通过系统的下行通讯通道向井下导向工具发送。用钻井液负脉冲的方式传输下传信号,采取了三降三升为主要特点的命令字脉宽编码方式。地面命令发送装置将指令转换成一定脉宽的钻井液排量变化,用5位指令码表示相应的导向力级别和工具面角。在井下导向工具中设计了下行通讯接收装置。由装置的数据采集部分检测反映钻井液脉冲变化的井下泥浆电机的输出电压或频率,经数据处理和解释,以信号阈值判断和脉宽识别为核心,由5个指令码的脉冲宽度时间和顺序计算得到正确的下传导向命令字。为了提高下行信号传输的可靠性和抗干扰能力,在接收装置的硬件和软件中采用了相应的措施。试验结果证明了这种下行通讯方案的可行性。     

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井眼轨道闭环控制技术是当今国内外钻井技术领域的研究热点，而地面与井下的信息传输是这一高新技术中的重要环节。目前，地面与井下的无线信息传输系统主要是采用钻井液脉冲方式，而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题。文章基于多相流理论，研究了钻井液脉冲信号的传输速度及其影响因素，分析了信号的动态传输特性和衰减规律。研究表明：脉冲信号在井筒中的往复传播类似于阻尼振荡；信号频率和钻井液粘度是影响信号衰减的主要可控因素；给出了一些计算和分析实例。文章的研究对现有钻井液脉冲传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值。     

钻井液脉冲传输速度的影响因素分析

地面与井下的无线信息传输系统多采用钻井液脉冲的传输方式,信息的传输速度是这种传输方式的一个基本参数。提出了钻井液脉冲传输速度的计算公式,分析了钻井液的组分及性质、管道特性以及钻井液类型等因素对正、负脉冲传输速度的影响。所得出的结论对井眼轨道自动控制系统的设计及实现具有参考价值。     

钻井液正脉冲信号的衰减分析

地面与井下的信息传输是井眼轨迹监测与控制的重要环节,目前,大多数的无线随钻测量系统都采用钻井液脉冲的传输方式,而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题,文中根据钻井液脉冲传输的静,动态理论模型,研究了正脉冲信号衰减规律。结果表明,脉冲信号在井眼中的往复传播类似于阻尼振荡,并逐渐衰竭,信号频率和钻井液粘度是影响钻井液脉冲信号衰减的主要可控因素。     

钻井液正脉冲井底信号传输系统分析

信号传输是随钻测量钻井技术井眼轨迹自动控制系统的重要组成部分,钻井液正脉冲信号传输是关键技术之一。介绍了钻井液正脉冲器的工作原理;重点分析了钻井液正脉冲井底信号传输的原理、信号编码方法和信号预处理方法;提出了适合于钻井液正脉冲井底信号传输的信号相关分析法。实验结果表明,该方法能有效地将有用信号从干扰信号中分离出来。     

旋转导向钻井工具信号下传系统研究

结合旋转导向钻井系统自身的特点,选择钻井液脉冲作为旋转导向钻井工具信号下传的方式,对信号下传系统钻井液压力脉冲的传播特性进行了深入研究;分析了各种钻井参数对钻井液压力脉冲幅值的影响,给出了钻井液压力脉冲的时间特性,并结合钻井液压力脉冲的传播特性和旋转导向钻井工具的自身特性设计了相适应的指令系统和编码方式.经现场试验验证,所研制的旋转导向钻井工具信号下传系统解码成功率高,能够满足旋转导向钻井的需要.     

旋转导向钻井信号井下传送技术研究

对旋转导向钻井工艺中钻井液脉冲传输、电缆传输、声波传输、电磁波传输等常用指令传输方式进行了分析,选择钻井液负脉冲传输方式向地下传送地面指令,设计了地面钻井液负脉冲信号下传整体方案。综合考虑指令传输时间短、井下识别准确率高的原则,提出了改变泵排量的三降三升脉冲传输方式,优选出三降三升三进制负脉冲编码组合方式。通过检测发电机电流(频率)变化来实现井下信号接收。室内的实验测试证明,这一方式是可行的,并作为调制式旋转导向工具的一个子系统,开发了完整的指令控制系统软件。     

智能钻井电缆信号传输的研究现状及难点

目前，钻井中井下检测信号的传输主要运用泥浆脉冲、电磁波等方式。随着井深的增加、复杂结构井和欠平衡井的增多以及对传输速度要求的提高，电缆信号传输必然是今后智能钻井的发展方向。通过对半个多世纪来各类电缆信号传输的设计进行归类，详细介绍了其设计原理，提出了电缆信号传输设计的基本要求与难点。     

去除随钻测量信号中噪声及干扰的新方法

由于受到钻井特殊条件的限制,井底和地面之间的随钻测量信号难以通过有线方式进行传输,目前工程中主要采用井液脉冲位置编码调制的无线传输方式.但是,由于泥浆压力、井深、泵压等信道传输特性会对信号造成影响,随钻测量中采集到的钻井液脉冲信号往往包含了各种噪声和干扰,直接影响地面信号解码结果的正确性.对钻井液脉冲脉位编码无线通信原理、噪声及干扰进行了分析,根据干扰与噪声的特点.采用线性滤波方法还原脉冲信号,又利用一种非线性"平顶消除"的方场采集的信号进行了处理.与线性滤波方法处理结果的综合对比表明,该方法能更有效地去除钻井泵噪声及其他干扰.现场应用结果表明,该方法对脉冲信号位置复原误差影响小,解码过程简单实用,具有误码率低、可靠性高等特点.     

钻井液脉冲传输速度的分布规律研究

地面与井下的信息传输是井眼轨道自动闭环控制的技术。目前,地面与井下的无线信息传输系统主要是采用钻井液脉冲方式,研究钻井液脉冲传输速度的分布规律,可以了解钻井液脉冲的传输机理及其影响因素,进而为建立井眼轨迹的自动闭环控制系统奠定基础。     

泥浆脉冲信号的传输速度研究

依据非常流动原理,提出了泥浆脉冲信号传输速度的计算公式,它涵盖了薄,厚壁管的各种边界条件以及气体和固体含量的耦合影响,对正,负泥浆脉冲信号都适用,符合钻井工程实际.研究表明:泥浆脉冲信号的传输速度对含气量比较敏感;由于固体浓度会影响到流体的密度和压缩性,所以对传输速度也有较大影响.在常规钻井条件下,负脉冲信号的传输速度比正脉冲信号约高出10%.     

基于Matlab/Simulink模糊工具箱的井眼轨迹模糊控制仿真

针对井下复杂环境和井下影响因素的不确定性,采用模糊控制理论对井下过程控制问题进行了分析,并结合钻井工程问题,设计了井下模糊控制器。用Matlab/Simulink模糊工具箱选择及确定系统的输入、输出模糊变量的隶属度函数,对井眼轨迹控制的可视化进行了动态仿真,从而得到了系统输入、输出控制变化曲线,实现了对井眼轨迹的有效控制。     

SlimpulseMWD仪器在潜山充气欠平衡钻井中的应用

充气欠平衡钻井过程中,当钻杆内钻井流体的气液比超过一定范围时,常规钻井液脉冲MWD仪器信号衰减过速,无法准确传输数据,因此欠平衡井段的井眼轨迹控制问题成为制约该技术发展和大规模实施的瓶颈。通过对国内外各种MWD仪器调研,最终优选SlimpulseMWD仪器实施充气欠平衡状态下的井眼轨迹监控。文章对充气欠平衡钻井过程中影响MWD仪器脉冲信号的原因进行了分析,提出高温深层潜山地层充气钻进情况下MWD仪器的优选原则,并对Schumlburger公司的Slimpulse仪器原理进行简单介绍,提出该仪器能够满足正常的定向、测斜要求。通过在南堡1-83、南堡1-88、南堡1-88侧等井中的成功应用,实现深层高温潜山井充气欠平衡钻井的井眼轨迹控制。该仪器的成功应用解决了充气欠平衡钻进中井眼轨迹控制的技术瓶颈,为深层潜山充气欠平衡水平井钻井施工提供了新的技术途径。     

加拿大非常规油藏浅层SAGD钻井技术

浅层油砂蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage,简称SAGD)开发,在斜直井钻井工艺上存在不少挑战,例如下套管井口同心、斜直井井眼清洁、斜直井固井质量以及井眼轨道控制等问题。通过对麦肯河区块钻井井身结构、井眼轨道控制、钻井方式和固井工艺的研究,提出并成功实施了表层以40~45°角度一开、二开造斜至水平段20~30 m下特殊热采套管、三开直接钻水平段至段长850 m下割缝尾管悬挂完井的井身结构。采用随钻电磁传导测量探头(EM)与随钻泥浆脉冲传导测量探头(Mud Pulse)的双探头组合,并结合不同的随钻测井仪来减小井眼轨迹测量与控制的系统误差。完善了热采井固井水泥配方和固井措施,保障固井质量合格率100%。这一系列研究成果的应用,对降低SAGD钻井成本、加快油砂开发具有积极意义。     

钻井液脉冲信号的传输特性分析

井眼轨迹自动控制技术是当前国内外钻井技术领域的研究热点,其技术关键是地面与井下的信息通信问题。钻井液脉冲作为这种信息通信的一种有效方式,越来越受到人们的重视和青睐。但是,目前对钻井液脉冲传输特性的研究多是以试验为手段进行产品开发,而对其传输机理的研究甚少。根据钻井工艺技术的具体特点,建立了钻井液脉冲信号传输系统的数学模型,并给出了求解方法。最后,通过实例分析了钻井液脉冲信号的传输特性。研究的结果对现有钻井液脉冲信号传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值。     

建平1井井眼轨迹控制技术

建平1井是江汉油田第一口水平气井，同时也是江汉油田用水平井开发海相天然气资源的首次尝试。介绍了建平1井基本情况与井眼轨迹设计，详细讨论了井眼轨迹控制方面的特点、难点，在此基础上，对增斜段、着陆控制过程中及水平段钻进平稳控制过程做了比较详细的介绍，并结合实际给出几点建议。     

页岩气长水平段水平井井眼轨迹控制技术

利用长水平段水平井提高单井产量是页岩气开发的发展趋势,涪陵页岩气田开发调整阶段将超长水平井作为增产提效的主要措施之一。但随着水平段的增加,钻井技术挑战进一步加剧:长裸眼水平段延伸极限预测难度大、井筒净化困难、摩阻扭矩大、井身剖面优化难度大、轨迹控制难度高。为此,本项目通过井眼轨道优化设计、极限延伸能力预测分析、钻具组合优配、降摩减阻技术配套和井眼清洁技术配套,形成了页岩气长水平段高效轨迹控制技术体系。形成的研究成果指导了焦页2-5HF和焦页30-5HF井的定向钻井工程实践,创国内长水平段纪录。