机械式无线随钻测斜仪及其应用

机械式无线随钻测斜仪集机械、电子技术为一体，利用精密机械机构来测量井斜，利用钻井液脉冲技术向地面传输信息。井下仪器主要由井斜测量机构、控制机构、液压平衡和阻尼装置以及脉冲发生装置等组成。其工作原理为：通过精密的测量机构测得的井斜信息通过控制机构传递给脉冲信号发生装置后，通过钻井液传递给装在立管上的传感器，由电子记录仪记录的脉冲信号读出井斜角。机械式无线随钻测斜仪具有结构简单、操作方便、测量时间短、可随钻测量等特点。现场应用表明，机械式无线随钻测斜仪完全能够满足直井测斜的需要，对提高钻井速度、降低钻井成本等具有重要意义。     

机械式无线随钻测斜仪

本发明公开一种石油钻井用井下机械式无线随钻测斜仪，它集机械和钻井液脉冲技术为一体，由测量机构，控制机构、脉冲发生装置、阻尼装置、平衡活塞和壳体等组成。仪器有一个与外界隔开的密封壳体，内部充满润滑油。测量机构、控制机构和阻尼装置等在壳体内，脉冲发生装置在仪器的最上端，与壳体上部相连。当需要测量井斜时，只需将钻井泵关闭，这时测量机构开始测量井斜，测得的井斜信息通过控制机构传给脉冲发生装置，然后开泵，脉冲发生装置根据井斜的大小发出不同数量的压力脉冲信号，信号通过钻井液传到地面，从而实现井斜的无线随钻测量。它具有结构简单、使用方便、使用范围广、适应性强、测量结果稳定、可随钻测量等优点，可以满足钻井工程上直井测斜的需要。     

机械式无线随钻直井测斜仪在海上油田的应用

海上油田直井作业时多采用起钻前投多点测斜仪或测斜绞车拉单点测斜仪测井斜的模式,该模式存在严重的滞后性,不能及时根据井斜变化趋势调整钻具组合与作业参数,易导致井斜超标,同时也会影响机械钻速,使作业周期延长。为此,引进了机械式无线随钻直井测斜仪。该仪器主要由脉冲发生机构、井斜测量机构、液压平衡与液压阻尼机构等组成,通过铰接实现测量装置和脉冲发生装置之间的数据传输,通过钻井液提供实时测量数据的脉冲,脉冲信号不需要任何解码设备。现场应用结果表明,虽然该测斜仪测量数据与MWD测量数据存在误差,但能较好地反映井斜变化趋势,满足现场作业要求。     

机械式无线随钻测斜仪脉冲发生器结构优化

针对机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井的井斜测量中存在钻井液脉冲压力低、脉冲信号弱及涡流现象严重等问题,采用Fluent软件模拟了脉冲阀和脉冲环结构优化前后脉冲阀最大直径处钻井液通过脉冲环节流孔位置瞬间的压力、速度和流线变化情况。数值模拟结果表明,结构优化后的脉冲发生器产生的脉冲压力更高、信号更强、涡流现象减少。因此,结构优化后的机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井中测量的脉冲强度更高,工作寿命更长,测量更可靠。     

美国SDI无线随钻测斜仪及其应用

美国SDI无线随钻测斜仪的信号传输方式是 :首先将井下测量的电信号转换为机械信号 ,然后转换为压力脉冲信号 ,再以钻柱内的钻井液为介质带到地面 ,在地面接收钻井液压力脉冲信号并解码获取随钻参数。介绍了该测斜仪的工作原理、系统组成和主要技术参数。针对湿接头的短路问题做了技术改造 ,同时对脉宽设置、泵冲次和钻井液性能等影响信号传输和接收的重要因素做了分析。采用改造后的SDI无线随钻测斜仪完成了一批大斜度定向井和水平井跟踪定向和测斜 ,由于可以复合钻进 ,及时避免和排除复杂井况 ,从而大大提高了钻井时效     

机械式无线随钻测斜技术改进与应用

主要论述了机械式无线随钻测斜仪在应用过程中存在的问题及技术改进情况,包括仪器的抗冲刷、抗冲击性能、提高脉冲信号传输性能、地面信号接收技术改进以及现场技术配套等。现场应用表明,机械式无线随钻测斜仪可以满足钻井工程上直井随钻测斜的需要、特别是可以解决深井超深井、高温高压井等特殊复杂井随钻测斜难题,对保证井身质量、提高钻井速度等具有重要意义。     

往复节流型正脉冲发生器的原理与结构设计

往复节流型正脉冲发生器是机械式无线随钻测斜仪的关键组成部分,用于产生脉冲信号,将井斜信息从井底传至地面。新研制的往复节流型正脉冲发生器的特点是:(1)纯机械结构,没有电子元器件,不需要电源;(2)结构简单,易于加工制造,且性能可靠;(3)不需要额外的动力,仅以钻井液作为动力。优化设计及性能分析表明,钻井液的流量影响脉冲强度。现场应用时,为得到合适的脉冲强度,可以通过调节钻井液的流量来实现。     

机械式无线随钻测斜仪设计方案及关键技术

设计了一种机械式无线随钻测斜仪.介绍了该仪器的系统组成、主要技术参数及相关的关键技术,重点论述了机械测斜机构、控制机构和脉冲发生器的结构、工作原理和各机构之间的相互关系.在进行运动学分析的基础上,给出了测斜机构和控制机构的设计计算方法,阐述了井下仪器密封和润滑系统的作用、设计性能、特点及润滑油、密封件的选择方法等.现场应用表明,机械式无线随钻测斜仪具有很好的现场适用性和抗高温性能,可以满足直井随钻测斜的需要并解决了深井、高温井测斜的难题.     

机械式无线随钻测斜仪改进与应用

针对机械式无线随钻测斜仪在应用中存在的冲刷严重、冲击损坏、脉冲信号衰减等问题,分析了出现问题的原因,在对脉冲发生器进行有限元分析、对阻尼系统的阻尼性能进行理论计算、对脉冲信号衰减规律进行分析的基础上,对脉冲发生器、阻尼系统结构进行了优化设计,提出了在深井中提高脉冲信号强度的方法和措施,并对仪器的信号接收装置和现场技术配套进行了改进完善。现场应用结果表明,改进后的仪器能够满足钻井工程上直井、深井、超深井以及高温高压井的随钻测斜需要。     

Power V和机械式随钻测斜仪在黑池1井的应用

详细介绍了Power V垂直钻井系统和机械式无线随钻测斜仪的组成、工作原理及其在黑池1井的应用情况。现场应用表明，Power V系统可以解决高陡地层和自然造斜率大地层的垂直钻井问题，改善井身质量，提高钻井速度；机械式无线随钻测斜仪具有操作使用方便、抗高温高压、测量结果稳定等优点，既能满足应用Power V系统垂直钻井过程中随钻监测井斜的需要，又可降低钻井成本。     

一种新型陀螺测斜仪的硬件设计及其误差补偿技术

地磁异常的情况下,钻井或地质钻探必须使用不受磁力影响的陀螺测斜仪.介绍了双转子电磁补偿挠性支承陀螺测斜仪的原理和特点,研究了其专用硬件电路及误差补偿技术.实验表明,陀螺电源、传感器稳频稳幅电路和力矩伺服回路设计合理;通过数据处理方法对陀螺仪漂移进行补偿,使方位测量精度大为提高.设计基本满足测井的实际需要.     

TJXW-95微电极井径仪配接SCL-2连续测斜仪的设计与实现

设计制作了1个电子线路短节，用以完成微梯度、微电位信号的处理，并将经处理过的微梯度、微电位信号与井径信号一起上传至SCL-2连续测斜仪的冗余模拟信号通道，在挂接直流自然伽马测井仪时将伽马信号上传至SCL-2连续测斜仪的冗余脉冲计数通道。由SCL-2连续测斜仪完成数据采集、编码以及将数据传输到地面系统的工作，从而实现TJXW-95微电极井径仪配接SCL-2连续测斜仪。这2种仪器的成功配接不仅解决了TIXW-95微电极井径仪挂接直流自然伽马测井仪时不能同时测量微梯度、微电位、自然伽马、井径的问题，还大大提高了测井效率，降低了测井成本。     

随钻测井钻井液脉冲信号基线漂移的矫正

钻井液脉冲信号携带了随钻测量系统的参数信息，其在传输过程中受到各种噪声的干扰，信号不平稳且存在基线漂移。为去除钻井液脉冲信号的噪声和基线漂移，使其能满足信号解码的要求。采用小波变换技术过滤信号噪声，检测出脉冲位置，并采用中值滤波的方法矫正信号中出现的基线漂移。实验结果表明，小波变换能够有效地去除钻井液波信号中的噪声，中值滤波很好地解决了钻井液脉冲信号中的基线漂移现象。采用中值滤波的方法去除基线漂移完全满足现场的要求，为钻井液波信号的解码奠定了基础。     

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。     

定向井井眼轨迹不确定性分析

为了提高定向井井眼轨迹的控制精度,减小实钻定向井井眼轨迹误差,从井眼轨迹计算方法、测斜仪器精度、磁干扰、井斜方位角校正、测斜仪器轴向对中误差等方面进行了探讨。结合定向井施工中的实例数据分析,验证了定向井井眼轨迹误差主要来自于施工现场的测量数据误差,提出了可行的减小定向井井眼轨迹误差的现场操作方法,对定向井的现场施工具有一定的指导意义。     

连续测斜、井径、微电极仪组合测井的实现

针对目前多数油田使用的连续测斜仪与常规井径、微电极仪器不能同时组合测井的问题，提出了连续测斜、井径、微电极仪组合测井的实现方案和方法。设计的LX—PCM多功能短节可对连续测斜串行数据解码，并能实现3506PCM调制及对井下仪器供电功能。完成了连续测斜仪车间刻度和校验。     

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科学的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功，降低钻井成本的关键技术。科学的井眼轨迹预测不仅可以指导轨迹设计、预测实钻井眼轨迹参数，而且可以优化下部钻具组合、提高轨迹控制精度。文章对井眼轨迹预测理论及方法作了简要的分类，介绍了几种目前常用的井眼轨迹预测方法及其特点；提出了基于钻井系统动力学的井眼轨迹预测理论及方法，建立了新的预测模式，提出了井眼轨迹不仅与下部钻具组合和钻头与岩石互作用有关，而且与钻柱的振动和钻井液水力作用有关。