电磁随钻信号传输技术研究

电磁波随钻测量系统信号传输速率高,可有效应用于欠平衡钻井,国外近年来发展很快。本文介绍了电磁波随钻测量发展的历史与现状,讨论了电磁波发射方式与传输深度。采用自制的样机进行了实验室与浅孔试验,证明方波信号传输比正弦波更易受干扰,小信号孔内有泥浆时方波传输误码率高。电磁波双向信号能够实现正常传输,但下传信号衰减较大。     

泥浆脉冲随钻测量系统研究

介绍了泥浆脉冲随钻测量系统信号传输的3种基本工作方式:压力正脉冲、压力负脉冲和连续压力波.泥浆脉冲信号在传输过程中主要受钻探泵、井底动力机、泥浆中的气泡及活动钻具的干扰;钻井深度、泥浆中的气泡量、含砂量和泥浆类型对信号衰减有一定的影响.     

水平井中随钻电阻率实时确定地层界面方法

实时确定地层界面是水平井地质导向钻井中的重要问题之一。考虑到泥浆电阻率、井眼在一定范围内对随钻电磁波影响较小,把三维地层模型简化为一维地层模型,大大减少了正演计算量。利用马奎特方法对其进行了实时反演计算,获得了仪器与地层界面之间的距离。实验表明,所确定的地层界面位置与实际相吻合,能够控制仪器的运行轨迹,使井眼保持在期望的地层内,有效提高了水平井的随钻地质导向能力。     

近钻头随钻测量系统及其小型化设计关键技术分析

近钻头随钻测量技术是石油钻井领域最具有发展前景的高新技术之一,它以近钻头地质参数与工程参数的随钻测量、传输、信息解释、决策控制为主要技术特征,能有效提高油气层钻遇率、降低钻井成本。本文介绍了近钻头测量系统国内外的发展与应用现状,阐述了系统的工作原理、结构组成与特点,为满足小口径钻进对近钻头测量技术的需求,提出了小型化设计亟待攻克的关键技术难题,包括电磁波无线通信抗干扰技术、小直径涡轮发电技术、井下MEMS传感器技术等,为今后小直径近钻头测量系统研发提供技术基础。     

高速泥浆脉冲传输技术在随钻测井系统的应用研究

中海油服自主研发的Drilog?随钻测井系统由MWD系统、DSM参数仪,以及ACPR电阻率伽马组成,该系统已成功作业上百井次。为提高机械钻速ROP,挂接更多高端成像仪器,中海油服自主研发了HSVP?高速泥浆脉冲遥传系统,包括井下仪器及地面解码系统,经过水循环测试及实钻测试,可实现12 bps实时解码。在油气田勘探开发中,高速泥浆脉冲器可提高井地传输效率,有助于及时调整井眼轨迹,对提高油气田单井产量,提高采收率发挥重要作用。文章介绍了高速泥浆脉冲器在山西页岩气田某井81/2 in井段的使用过程,根据MWD系统上传数据,分析轨迹控制、动态轨迹测量、随钻测井质量等效果。结果显示HSVP?系统的钻进效率高,上传速率快,定向及时准确,证明了系统在钻进过程中测井质量优良,为系统的扩大使用积累了作业经验。     

顺煤层钻进随钻方位电磁波顶底板探测影响因素

针对煤矿井下水平井钻探中顶底板界面探测精度差、效率低等问题,进行煤矿井下防爆型随钻方位电磁波测井仪方案设计。为适合井下煤层工作环境,通过正演模拟获得源距、发射频率、线圈安装角度等仪器参数对信号响应影响的变化规律。研究结果表明:随钻方位电磁波仪器接收信号强度随发射频率、线圈距、地层电阻率对比度的增大而增强;线圈安装倾角约为45°时,既满足接收信号灵敏性,也满足信号的强度;仪器最佳工作频段为100 kHz~1 MHz。通过随钻方位电磁波测井仪响应模拟研究,为适用于煤矿井下仪器的参数优化设计提供选择依据,掌握了煤岩顶底板界面响应变化规律,该仪器的应用将提高顶底板探测精度和探测效率。      

控压钻井技术在涪陵页岩气田的实践与认识

随着涪陵页岩气田勘探开发进程的不断深入,长水平段页岩气井在钻井过程中遇到的复杂事故愈发凸显。目的层龙马溪组,裂缝发育、岩性构成复杂且破碎严重,钻井中钻井液密度窗口窄,易发生垮塌、溢漏同存、水平井段漏失大量油基泥浆等问题。为了快速、安全有效地钻穿复杂页岩层段,采用控压钻井技术破解长水平段页岩气井井漏的钻井难题,在焦页33-4HF井应用控压钻井技术,在长水平段钻遇多个不同压力系数的漏失显示层,安全钻达完钻井深,大大减少了油基泥浆的漏失及其不良影响,减小了经济损失,取得了显著应用效果。     

基于SVR的定向井随钻电磁波测井层厚影响快速计算

大斜度井和水平井的快速发展使得仪器测量环境变得更加复杂,其测井解释、地层评价方法和模型与直井有很大的区别。本文通过建立三维层状介质模型,利用三维有限元方法得到大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应,分析了三维地层模型下井斜角、层厚和围岩对随钻电磁波测井响应的影响。研究结果表明：当地层厚度小于等于3 m时,随钻电磁波测井响应易受围岩和层厚影响;当层厚大于3 m时,随钻电磁波测井响应基本不受围岩和层厚影响;且直井、大斜度井和水平井中随钻电磁波测井响应存在明显差异,井斜角越大,仪器受层厚及围岩的影响越大。因此建立了不同井斜角条件下随钻电磁波测井围岩校正图版,并据此研究随钻电磁波测井层厚影响快速计算方法。本文利用支持向量回归(SVR)的机器学习算法进行建模,并用十折交叉验证法对算法进行迭代优化,使模型达到最优,最终计算得到的测井响应与基于三维有限元数值方法的计算结果具有很好的相关性,平均相对误差只有0.62%,说明该方法可以用于大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应的快速实时计算。     

松科二井高温高压随钻测温技术的应用研究

松科二井是亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井。松科二井完钻后38 h测井温度为241℃,创造了我国钻井工程最高井温应用记录。松科二井井内参数测试主要采用两种方法,一是综合物探测井,在下套管前进行综合测井;另一种是不影响正常钻进工作,随钻进行井下参数测试。及时掌握井下随钻温度等信息,对高温泥浆性能的调整和动力机具应用起着关键性的支撑作用。本文针对松科二井科学钻探高温难点问题展开系列研究,研制了一种存储式井下高温测试仪器。该仪器经过多轮攻关改进设计,成功应用于松科二井现场,在现场应用的最高随钻测试温度为222℃。     

新疆阜康急斜地层煤层气井施工技术

针对新疆阜康白杨河煤层气矿区地层急斜、软硬互层、存在烧变岩层等问题造成的钻孔极易弯曲、坍塌等问题,采用空气潜孔锤钻井技术及无线电磁波随钻测井定向钻进技术,顺利解决了钻孔弯曲、塌孔、成孔难等施工难题,施工效率达到常规钻井速度的3倍以上,对于类似地层的煤层气井施工有借鉴意义。     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置研发及应用

针对现有煤矿井下随钻测量系统信号传输必须依赖通缆专用钻杆而不能采用常规钻杆的技术限制,提出泥浆脉冲无线传输技术,以钻杆柱内环空间为信号传输通道,通过对孔内轨迹参数测量、泥浆脉冲载波信号传输、间歇工作模式设计与控制、孔口信号接收与解调处理等关键技术研究,研制了基于泥浆脉冲的矿用无线随钻测量装置YHD3-1500,并在山西晋城寺河和成庄煤矿进行了试验。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量装置信号幅度大、传输距离远、工作时间长、工作稳定性强。装置使用过程中不受钻杆限制,不但可提高钻孔深度,又可实现钻孔轨迹实时控制,进一步拓宽了定向钻进应用领域,具有极大的推广应用价值。      

煤矿井下3 000 m顺煤层定向钻孔钻进关键技术

保德煤矿大盘区工作面采前瓦斯超前治理模式要求井下定向长钻孔能够沿煤层钻进3 000 m以上,针对现有技术装备在超长定向钻孔施工中存在滑动钻进困难、进水水路压耗大、有线随钻测量信号传输距离受限、冲洗液无法循环利用等问题,开发了煤矿井下基于螺杆马达水力加压和超长钻具正反扭转给进的滑动钻进减阻工艺、基于回转钻进倾角控制和侧钻分支的复合钻进轨迹控制技术,设计了低压耗进水水路系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统和冲洗液净化循环系统,结合保德煤矿生产需要,完成了主孔深度3 353 m、孔径120 mm的顺煤层超长贯通定向孔。钻进效果表明:滑动钻进减阻工艺有效降低了给进力,显著提高了深孔滑动定向钻进能力;基于复合钻进的轨迹控制技术,保证了钻孔轨迹沿煤层定向延伸,并提高了钻进能力和钻进效率;泥浆脉冲无线随钻测量信号长距离传输稳定可靠,克服了有线随钻测量信号传输的局限性;井下冲洗液净化循环系统净化效果良好,实现了井下定向钻进冲洗液循环利用。研究成果对支撑煤矿大区域瓦斯超前治理、以孔代巷工程、水害防治及地质勘探等技术进步具有重要意义。      

EM telemetry assessment for horizontal drilling in part of the Tarim basin through numerical simulation

Electromagnetic telemetry is bi‐directional transmission of borehole data for effective drilling, especially in unconventional wells. In this study, numerical simulations was used to investigate the possibility of applying EM telemetry for measurement while drilling (MWD) in an ultra‐deep borehole in the Tahe region of the Tarim basin, using the drill string as an antenna excited as a gaped dipole source to quantify spatial variations of the electromagnetic field from subsurface to the surface. Results confirm that the distribution of the electric field along the drill string is sensitive to vertical variations of electric conductivity in the host rock. The simulated results show a high attenuation within the conductive formations, thereby limiting the effectiveness of EM telemetry in data transfer to the surface. In addition, the changes in thickness and resistivity of the target region affects the amplitude of the desired response.     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58?煤层定向孔施工。     

电磁波随钻测量双向信号传输系统

介绍了自制电磁波双向信号传输装置的基本原理、单元结构关系、相关工作参数以及试验情况。试验结果表明,随钻测量双向信号传输系统在硬岩中传输距离远,可实时传输井下工况信息,也可从地面向井下传输指令,与智能化钻具配合,还可从地面遥控井下钻具。不同波形对电磁波双向信号传输有较大影响:正弦波有较强的抗干扰能力;方波易受地层干扰信号的影响,特别在接收信号微弱时,方波传输信号误码率较高。另外,下传信号比上传信号衰减大。      

我国煤矿井下智能化钻探技术装备发展与展望

煤矿井下智能化钻探技术装备是煤矿智能化建设的重要组成部分,也是当前煤矿企业深入推进减人增效工作所急需的先进技术装备。系统总结了“十三五”期间我国煤矿井下智能化钻探技术装备所取得的阶段性成果,重点介绍了自动化钻机、随钻参数监测系统和旋转导向系统等关键技术装备的发展现状。全面分析了制约井下智能化钻探技术装备研发与应用的关键因素:钻机智能化水平较低、随钻探测数据类型少、多系统集成控制难。在此基础上提出深入推进数字化、网络化、智能化技术与传统坑道钻探技术结合,强化多学科融合和协同创新能力;并不断加强智能化钻探技术装备研发与应用人才的培养力度,以技术装备为支撑、以数字化平台为保障、以人才队伍建设为基础;在智能化钻机、高精度数据获取与传输技术、钻孔轨迹智能优化与控制技术、辅助关联设备集成控制技术、数字化钻进平台开展攻关,以实现煤矿井下钻孔全流程智能化施工作业。      

电磁随钻测量技术及其在固体矿床勘探中应用的可行性分析

电磁随钻测量（简称EM-MWD）是现代石油钻井中的一项新技术,在国内各大油田的定向钻井中正在推广应用,但使用过程中仍存在石油地层电阻率低,电磁波信号衰减严重、测量深度受限等问题。据此特点,提出了研究设计小直径化EM-MWD系统,将其用于地层电阻率高,钻深浅的固体矿床钻探的设想,以便扬长避短,为电磁随钻测量开辟新的应用领域。分析了电磁随钻测量技术应用于固体矿床勘探的技术要求及可行性,提出了进一步研究工作的建议。     

定向钻进及随钻测量技术在充填孔施工中的应用

充填钻孔是一种高精度垂直孔,地层促斜、钻孔自然弯曲率较大时,常规钻进方法难以控制钻孔轨迹。在施工中应用定向钻进及随钻测量技术,则可以对钻孔实施全程轨迹监控,使其按照设计轨迹延伸。主要介绍了广西华锡集团股份有限公司铜坑矿将充填站充填孔施工中定向钻进设计、随钻测量、纠斜、侧钻等技术及工艺等。     

电缆湿接头在小口径定向孔中的应用

小口径地质勘探不断向深部发展,受地层条件、孔内事故和孔斜要求等因素影响,很多钻孔需要定向钻进施工。而小口径钻孔一般采用φ50、60 mm钻具无法满足随钻仪器的下入要求。通过技术攻关及数次现场试验和改进,研制成功了一套小直径电缆湿接头,较好地解决了小通孔钻杆随钻受控定向钻进的关键技术及难点。具体方案为：把测量探管和传输电缆分开,定向测量探管事先与钻具连接,随钻具下放到预定深度,电缆连接信号上接头由钻杆内腔下入,与探管顶部的信号下接头在钻井液中实现电气连接和信号传输,完成定向作业。该方法在国投新集杨村煤矿DF33断层地面探测及注浆工程和莲塘李井田煤炭勘探中进行了试验并成功应用。具有一定的推广应用价值。