电遥测钻柱信号传输的建模分析与信道特性改善

电遥测钻柱信息遥测系统由多节布线钻杆级联形成,用于井下随钻测量数据的高速率上传。由于信道传输的高频电压信号衰减严重,目前每隔约300米需要中继器进行信号续传,因此如何延长中继距离成为系统性能改善的关键。布线钻杆由布有同轴电缆的杆体及电磁耦合器构成,高频下布线杆体的同轴电缆可看做传输线,电磁耦合器可等效为高频变压器,将二者结合建立了布线钻杆的等效电路模型及电遥测钻柱信道的电压传输函数数学模型;通过外置补偿元件使传输线达到阻抗匹配以确立布线钻杆的电磁参数;通过改变补偿元件参数在传输线终端产生反射电压来加强传输线上的信号幅度,使信道的信号传输能力得到有效改善。研究表明,适当增大补偿元件电阻值可以大幅度提高信道的电压传输函数值,在目前信道带宽及信号检测灵敏度条件下中继距离可提高1倍,达到大幅度延长中继距离的目的。本文的研究可以为布线钻杆的电磁设计及电遥测钻柱信息传输系统的性能改进提供理论指导。     

随钻测量中连续波动信息解调技术研究与实现

为了解决随钻测量系统连续波动信息传输问题,设计了一种连续波动信号2DPSK解调方案.分析了随钻测量系统传输特性并建立了数学模型.根据随钻测量系统信息传递特性,对一系列连续信号调制技术进行了分析比较,得出2DPSK信号更加适用于井下连续波动信息的调制.对井下噪声干扰类型与来源进行分析,确定了利用数字滤波器算法实现连续波动信息解调系统的去噪.根据以上分析,提出了MWD的2DPSK解调系统的硬件实现方案,并利用FPGA对连续波动信息实现了解调.解调结果表明,在白噪声信道下,解调系统可以准确恢复出发送端的调制数据,具有一定的适用性.      

基于倾斜发射-倾斜接收仪器结构进行随钻地质导向与地层各向异性评价

由严格的电磁理论出发,分析不同仪器结构探测信号的方位敏感性和对电阻率各向异性的敏感性,结合目前主要方位电磁波仪器设计,提出倾斜发射-倾斜接收的仪器结构,分析该仪器结构的信号测量特征、地质导向能力与各向异性评价能力。针对仪器测量信息,建立距地层界面距离反演算法,实现仪器距地层界面距离与地层电阻率的实时反演。理论与测试结果表明:倾斜发射-倾斜接收的仪器结构具有良好的方位敏感性,地质信号响应(相位差与幅度比)与仪器距界面距离具有良好的线性关系,可以实现任意地层条件下仪器与地层相对倾角、方位角、水平电阻率与垂直电阻率反演。新型仪器能很好地为地质导向与地层评价提供技术支持。     

倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器的响应模拟及应用

采用各向异性水平层状介质磁偶极子源并矢格林函数计算接收线圈倾斜的随钻电磁波电阻率仪器的响应,利用新的方式定义出定向相位差及幅度比信号。分析视电阻率以及定向信号的探测特性,总结出地层边界、地层对比度、相对倾角、各向异性、线圈倾斜角度对仪器响应的影响规律。结果表明,倾斜线圈仪器不但可以利用视电阻率进行地层评价,还可以利用新的定向信号探测出地层上下界面,相比传统的电磁波电阻率仪器具有更好的地层评价和地质导向功能,是一种应用前景广阔的仪器。     

随钻方位电阻率测井仪器响应数值模拟

利用目标导向自适应有限元建立数值模拟模型,计算和分析天线源距、发射频率、地层倾角及围岩电导率等参数变化对随钻方位电阻率测井仪器响应的影响。数值计算结果表明:不同发射频率与天线源距对仪器探测深度影响较大,围岩电导率会影响仪器对地层边界探测的敏感性,地层倾角越大,仪器测量到的地质导向信号幅值衰减越快;利用随钻地质导向信号的极值、极性以及井周电阻率成像,可以快速准确地判断储层边界以及裂缝边缘和走向,为实时钻井地质导向提供依据。     

天然超低频电磁场日夜交替及其稳定性分析

利用北京大学研制的BD-6型超低频电磁探测仪,在北京地热119井按不同时段和方位对天然场源超低频电磁信号进行观测,经数据处理得到不同时段和不同方位的电压-深度曲线和差分视电阻率-深度曲线,经分析与解译发现：太阳辐射在一定程度上影响天然场源超低频电磁信号的强度,但太阳辐射对其稳定性影响程度不大;天然源超低频电磁信号强度存在明显的方向性,磁北方向信号最强,随仪器探头方向与磁北方向夹角的增大信号强度降低;实验表明超低频电磁信号的差分视电阻率-深度法明显优于电压-深度法的反演与解译精度。     

天然超低频电磁场日夜交替及其稳定性分析

利用北京大学研制的BD-6型超低频电磁探测仪,在北京地热119井按不同时段和方位对天然场源超低频电磁信号进行观测,经数据处理得到不同时段和不同方位的电压-深度曲线和差分视电阻率-深度曲线,经分析与解译发现:太阳辐射在一定程度上影响天然场源超低频电磁信号的强度,但太阳辐射对其稳定性影响程度不大;天然源超低频电磁信号强度存在明显的方向性,磁北方向信号最强,随仪器探头方向与磁北方向夹角的增大信号强度降低;实验表明超低频电磁信号的差分视电阻率-深度法明显优于电压-深度法的反演与解译精度。     

随钻电磁波传播测井传感器参数优化设计

 随钻电磁波传播测井是随钻测井系列中最重要的一种测井方法,它通过记录电磁波信号的幅度比和相位差来反映地层介质信息。不同的频率、源距的测井仪器参数会产生不同的测井响应特性,选择适当的传感器参数能够提高其探测效率。应用有限元法对非均质地层进行正演模拟,得到随钻电磁波传播测井方法的纵向分辨率与径向探测深度。采用神经网络的方法辅助传感器参数优化设计,计算不同地层电阻率、频率、源距的纵向与径向函数。通过计算值分析得到优化后的传感器参数,并计算新传感器参数的视电阻率正演响应。计算结果虽然与正演计算数值有一定误差,但误差很小,并且在可以接受的范围内。随着正演模拟样本的增加,神经网络的方法能够有效辅助参数优化设计,降低计算次数。设计的新型传感器够有效反映地层电阻率。     

随钻电磁波测井仪器结构影响的三维有限元模拟

利用三维有限元方法模拟钻铤、线圈衬底、天线槽、天线槽填充物及屏蔽罩等仪器结构对随钻电磁波测井响应的影响。结果表明:实际仪器结构中低阻的钻铤、线圈衬底和屏蔽罩导致电磁信号明显衰减,而高阻的天线槽填充物对仪器信号无明显影响。在兼顾仪器机械强度的条件下,通过减小天线槽深度、增大天线槽长度和占空比可以降低电磁信号衰减。仪器结构影响导致仪器响应随地层电阻率非线性变化,扣除仪器结构影响后,仪器响应恢复了随地层电阻率在较宽范围内线性变化的关系,可以满足仪器线性刻度需要。由于扣除仪器结构影响后线圈中磁通量减小,仪器响应略小于无仪器结构影响时的响应。     

基于时序等效采样的随钻电磁波测井检波系统

在随钻测井过程中,由于待测信号受到外界及测井仪器的电磁波辐射造成的电磁干扰,无法准确获取地层信息。为此,提出一种基于时序等效采样的随钻电磁波电阻率测井仪器检波系统,介绍了该系统的原理、特点、电路实现以及实验数据分析。实验表明,该检波系统能有效提取地层幅度比和相位差信息,进而求取地层的幅度比电阻率和相位差电阻率。通过FPGA实现硬件相位检测算法,提高了随钻电磁波电阻率测井仪器的检测速度和检波精度。     

基于应力波传输的随钻测量系统研究

阐述了在钻井过程中使用应力波通过钻柱实时传输井下数据技术,介绍了西部钻探钻井工程技术研究院研制的基于应力波传输的随钻测量系统(CS-MWD)的工作原理和构成,并对CS-MWD系统进行现场试验,指出在浅层井中CS-MWD系统具有传输速度快、测量精度高的优点,而在深层井中因受到应力波钻柱衰减作用和噪音的影响,其应用还受限制.     

离散序列曼彻斯特解码在EM-MWD中的应用研究*

传统的曼彻斯特解码往往是在信号连续波形的基础上进行的,即需要先对信号进行整形处理。在电磁随钻通信中,由于接收信号非常微弱,信噪比极低,对波形快速成功地解码有很大难度。详细介绍了某电磁随钻系统中的曼彻斯特解码算法应用,本解码算法是基于ADC采样的离散序列样本,可提高接收灵敏度,具有响应速度快、稳定性高等优点。     

导向钻井技术在特殊工艺定向井中的应用

通过进行陆上与海上油田导向钻井技术现场试验，取得了较好的应用效果，进行了动力钻具、钻头类型及随钻测量方式的选择，确定了陆上与海上特殊工艺定中施工中导向钻具组合与参数配合，初步形成了适合胜利油田陆上与海上实际情况的导向钻井技术模式。     

JYGJ—1下行通道仪的硬件实现

地面与井下的信息通道是实现“井眼轨迹遥控系统”的必要条件．上行通道的随钻测量系统已是全球性的商品，而下行通道目前仍然没有成熟的产品．笔者就是在下行通道系统总体方案的基础上，对其硬件的设计与实现予以分析和讨论．根据井下钻井与停钻时，在钻头附近产生的振动能量相差很远这一基理，确定了下行通道电路的设计思想，并设计了井下振动传感器电路，信号调理电路和ＣＰＵ工作电路，与硬件的工作相匹配的软件方案，对下行通道的各部分电路的功能和实现给予了详尽的分析和讨论．振动台模拟实验结果表明，电路设计正确，选件得当．     

曹妃甸油田浅层大位移井管柱作业极限分析与优化设计

在浅层大位移钻井中,井下管柱上产生高摩阻扭矩,管柱作业极限问题突出,急需开展大位移井管柱作业极限分析与优化设计的研究。基于管柱平衡微分方程,综合考虑接触力、摩阻力、管柱内外钻井液等因素影响,建立管柱摩阻扭矩计算模型;以井眼延伸长度为目标,考虑地面和井下各种约束因素的影响,建立管柱作业极限的预测模型。针对曹妃甸油田一口浅层大位移井,计算不同工况下管柱摩阻扭矩,预测管柱作业极限,并提出优化设计方案。结果表明,采用滑动钻进技术无法达到设计井深,采用旋转钻进技术可达到设计井深,但存在一定的风险。提升钻机性能后,采用旋转钻进技术可安全达到设计井深;优化井身结构后,采用滑动钻进技术并辅以减摩措施可达到设计井深。     

通讯槽对电磁波传播随钻测量信号的影响

采用径向成层介质的Green函数分析天线屏蔽罩上通讯槽的长度、数目等参数对电磁波传播随钻测量信号的影响规律。结果表明:增加通讯槽的长度和数目可降低电磁信号的衰减,但当这些参数增加到一定数值后信号的衰减不再明显变化;一般取通讯槽的长度约0.1 m、数目在20个以内即可满足工程实际需要;当填充材料的电导率较低时,其引起的电磁信号衰减可忽略不计。     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

基于DDS技术随钻测井仪发射电路研究

设计了一种随钻电磁波电阻率测井仪的发射电路。在电磁波测井仪中,频率源是关键的部件,其性能的好坏直接影响着系统的整体性能。锁相式频率合成器以较高的频率精度、分辨率及频谱纯度得到广泛应用,但是当需要窄频率步进时,环路带宽需要降低,致使锁定时间变长,不能满足要求。而DDS（直接数字频率合成）的出现恰好可以弥补这一缺陷,利用高精度、低功耗的DDS芯片AD9850组成频率为2MHz和400kHz数字电路作为随钻测井仪发射源,使对相位和幅度的控制和调试更方便快捷,并设计出具体的电路,通过实验验证了此方案的可行性。     

一种数字预失真直放站的实现方法

受到功放非线性特点的限制,直放站的效率大大降低.为提高直放站的输出效率,增加数字预失真功能提出了一种数字预失真直放站的设计方法,并给出了具体的实现方案.经仿真验证,算法简单可靠,可以较大地提高数字直放站的效率.