CEM-1型電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的研制與應(yīng)用.pdf

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1、石油機(jī)械2012年第40卷第2期CHINAPETR0LEUMMACHINERY．_鉆井新技術(shù)CEM一1型電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的研制與應(yīng)用劉科滿，，王立雙宋朝輝(1．中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院2．中國石油大學(xué)(北京)3．中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院)摘要電磁波隨鉆測(cè)量技術(shù)是氣體、泡沫等非液相鉆井的重要測(cè)量技術(shù)手段。以CEM一1型MWD系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，分析說明了該測(cè)量系統(tǒng)的井下發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、非對(duì)稱偶極子鉆桿天線模型、地面接收系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)分析了低頻電磁衰減規(guī)律。將該系統(tǒng)在大牛地氣田D66—129井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明，CEM

2、—l型電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)能在鉆井液鉆井中的循環(huán)、起鉆和下鉆過程中測(cè)量和傳輸數(shù)據(jù)，并且不受鉆井液性質(zhì)的影響，在電阻率大于4Q·m的地層傳輸深度可達(dá)3081m，工作時(shí)間約216h。系統(tǒng)整體性能能夠滿足實(shí)際工作需要。關(guān)鍵詞電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)物理模型噪聲控制低頻電磁波衰減中圖分類號(hào)：TE927文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—4578(2012)o2—0011一o40引言CEM一1型MWD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理隨鉆測(cè)量技術(shù)(MeasurementWhileDrilling，簡稱MWD)作為一種實(shí)現(xiàn)井下測(cè)量儀器與地面監(jiān)1．1結(jié)構(gòu)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)信息交互技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下地CEM一1型MWD系統(tǒng)由

3、井下傳感器系統(tǒng)(定質(zhì)參數(shù)、鉆井參數(shù)和井眼參數(shù)等，是鉆井信息化、向探管及測(cè)量模塊)、井下發(fā)射機(jī)及控制系統(tǒng)、地智能化的重要技術(shù)支撐。隨著氣體、泡沫等非液相面信號(hào)接收機(jī)及地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和司鉆指示器等鉆井技術(shù)的迅速發(fā)展，常規(guī)的鉆井液脈沖MWD系4個(gè)子系統(tǒng)組成。其中，井下發(fā)射機(jī)系統(tǒng)由微型計(jì)統(tǒng)不能滿足這些特殊工藝井的測(cè)量需求。而電磁波算機(jī)控制系統(tǒng)、定向測(cè)量傳感器系統(tǒng)、內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)(ElectromagneticMeasurementWhile和電源系統(tǒng)組成，其主要功能有接收定向測(cè)量探管Drilling，簡稱EM—MWD)基本不受鉆井過程中循數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的解調(diào)與編碼、發(fā)射機(jī)工作參數(shù)配置

4、、環(huán)介質(zhì)的影響，不僅適用于常規(guī)鉆井液中的隨鉆測(cè)電源的管理、低頻電磁波載波調(diào)制、功率放大與控量，還適用于欠平衡鉆井、氣體鉆井等特殊鉆井工制等，主要測(cè)量參數(shù)有井斜、方位角、工具面、溫藝的隨鉆測(cè)量。但EMMWD的核心技術(shù)一直被國度和振動(dòng)等；地面信號(hào)接收機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由1外少數(shù)石油公司所掌握，且對(duì)我國采取嚴(yán)格的技術(shù)臺(tái)工控機(jī)、司鉆顯示器和地面電極等組成，其主要保密，我國EM—MWD系統(tǒng)的研究仍處于學(xué)習(xí)、研功能有低頻微弱電磁波信號(hào)的接收、預(yù)處理、解究和試驗(yàn)的初級(jí)階段，尚未有工業(yè)化的EM—MWD調(diào)、譯碼以及測(cè)量參數(shù)處理、顯示和存儲(chǔ)等。與鉆系統(tǒng)。目前國內(nèi)多家公司及研究院所正在致力于井液脈沖MWD

5、相比，井下發(fā)射機(jī)及控制系統(tǒng)和地EM—MWD隨鉆測(cè)量技術(shù)的研究，其中中國石油化面數(shù)據(jù)接收與處理器是CEM一1型MWD的核心。工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院已研制出1．2工作原理CEM一1型MWD系統(tǒng)，并在鄂爾多斯北部的大牛CEM一1型MWD隨鉆測(cè)量系統(tǒng)是以鉆柱和地地氣田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。層為傳輸介質(zhì)，采用定向傳感器測(cè)量井下信息，并基金項(xiàng)目：中國石油化工股份有限公司科技部項(xiàng)目“提高EM—MWD傳輸深度及性能技術(shù)研究”(1：'09006)的部分研究內(nèi)容。石油機(jī)械2012年第40卷第2期將井下測(cè)量信息加載到低頻載波信號(hào)上，在地面上和文獻(xiàn)[6]提出的電流分布近似公式模型，可近通過濾波、放大、

6、解調(diào)、運(yùn)算和處理等手段，實(shí)時(shí)似計(jì)算出地層中鉆柱上信號(hào)電流強(qiáng)度的分布為：獲取井下信息的系統(tǒng)，其測(cè)量原理見圖1。(z)Ioexp(一Z／3)(1)式中，0——激勵(lì)電流，A；《雯、一一6——趨膚系數(shù)；z_深度，m。、EM．MWD系統(tǒng)的電磁波在損耗較大的地層及巖石層中傳播，由于煤層和巖石屬半導(dǎo)電媒質(zhì)，由文獻(xiàn)[7]可知，電磁波在半導(dǎo)電媒質(zhì)中的趨膚系數(shù)6為：結(jié)構(gòu)模塊拄制模塊量模塊／二[一／6：~gorf一"a'／zf(2)圖1CEM一1型MWD系統(tǒng)測(cè)量原理示意圖1．3主要技術(shù)參數(shù)式中——媒質(zhì)磁導(dǎo)率，取=4,rr×10～H／m；CEM一1型MWD系統(tǒng)井下部分的外徑是165——地層電導(dǎo)率，S／m；

7、mm，長度為5．7m，質(zhì)量約為200kg，最高工作p——地層電阻率，Q·m，or=1／p；溫度125℃。井下電池工作時(shí)間80～120h(與地．廠_一發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波頻率，Hz。層特性和發(fā)射功率有關(guān))。CEM一1型MWD系統(tǒng)如果信號(hào)頻率和地層電阻率不變，鉆柱上的信測(cè)量參數(shù)有井斜角、方位角、工具面、井底溫度、號(hào)電流，(z)將會(huì)隨距離z的增加按單一指數(shù)規(guī)磁場(chǎng)和重力等。井下儀器傳感器參數(shù)為：井斜角為律減小。當(dāng)電磁波穿過具有不同電阻率的地層時(shí)，0～180。，測(cè)量精度±0．2。