闭环钻井由地面向井下通讯的一种实现方法

认为井眼轨迹井下闭环控制的地质导向钻井技术是集钻井、机械、电子、微电子、传感器、控制等技术于一体的高科技工程项目；井下闭环控制必需双向通讯通道，从井下到地面的上行通道已有现成的商品（MWD），而从地面向井下通讯的下行通道却无成熟的商品，研究探讨下行通道的实现一种方法：在地面按一定的规律对钻柱施加激励，井下检测激励造成的响应，通过一定的编、解码处理，即构成下行信号，室内与油田试验证明，这种方法在正常的井况条件下可以实现信息传递。     

钻地从地面向井下通讯系统的解码方法

井下与地面之间的双向通讯通道是构成地面与井下闭环控制不可缺少的一环，从井下向地面的通讯通道已由ＭＷＤ完成，而从地向向井下 道，目前还没有成熟的产品。在分析现有的下行通道及钻井实况的基础上，确定利用直振劝作为信息载体。     

钻井时从地面向井下通讯系统的解码方法

井下与地面之间的双向通讯通道是构成地面与井下闭环控制不可缺少的一环．从井下向地面的通讯通道已由ＭＷＤ完成,而从地面向井下的通讯通道,目前还没有成熟的产品．在分析现有的下行通道及钻井实况的基础上,确定利用钻杆振动作为信息载体．信源编码确定为：若钻杆静止６０ｓ,视信源信号为“０”,若钻杆钻进６０ｓ,视信源信号为“１”．对信源进行组合,信息的编码由两部分组成,同步码元＋信息码元．针对编码系统,解码系统安装在钻头以上约２ｍ处,钻井时与钻杆一起旋转,它包括振动传感器,解码电路与解码软件．振动传感器将钻杆振动与静止的不同状况反映到解码电路的输入端,解码电路具有一定的学习能力,配合解码软件可完成解码功能．另外,对解码电路的参数选择及解码软件设计流程给予充分说明．并介绍了系统的模拟实验装置及试验结果     

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．     

导向钻井中的BP神经网络解码方法

针对井下闭环旋转导向智能钻井系统中从地面到井下的下行信息传输通道问题,提出了BP神经网络解码方法.利用加速度传感器来敏感地面钻柱的运动,并通过钻柱的钻进或静止交错进行编码操作;利用近钻头DSP芯片中的BP神经网络解码算法得到地面下传的指令.设计了下井仪器,多次油田试验证实了解码方法的可行性.     

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的商品，而下行通道目前仍没有成熟的产品。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。     

石油钻井技术智能化发展研究

石油钻井技术发展的总趋势是以信息化、智能化、自动化为特点,最终实现自动化钻井。详细介绍了智能钻井的四大关键技术——地面计算机智能专家系统、井下智能工具、井下供电装置、提供高速双向数据传输的通讯网络系统。     

导向钻井下行通讯地面监控系统设计

针对变钻井液排量进行导向钻井下行通信设计了地面监控系统:给出了下行通讯指令传输系统的组成及原理,并利用MATLAB的图形用户界面(GUI)设计了地面监控系统的主界面、信息回放和指令下传等界面,实现了井下采集的数据回放、曲线绘制.根据变钻井液排量指令特点及编码方式,实现了对下传指令的选择,并直观显示出选中的指令编码形式,完成对串行口通信参数的设置,实现下传指令的发送.     

现代井下钻井工具及旋转导向闭环钻井系统

大位移井和复杂井眼轨迹的控制须实现连续旋转井下闭环导向钻井 ,这一需求推动了井眼轨迹控制手段的提高 ,为此 ,探讨了适用于旋转导向闭环钻井的井下工具的发展概况 ,提出了比较可行的井下钻井工具发展和研究方向。研究结果表明 ,应重视旋转导向闭环钻井技术的发展 ,静态式可调偏量机构是井下闭环控制的主要方式 ,应采用直接侧向力法控制钻头轨迹。     

现代井下钻井工具及旋转导向闭环钻井系统

大位移井和复杂井眼轨迹的控制须实现连续旋转井下闭环导向钻井,这一需求推动了井眼轨迹控制手段的提高,为此,探讨了适用于旋转导向闭环钻井的井下工具的发展概况,提出了比较可行的井下钻井工具发展和研究方向。结果结果表明,应重视旋转导向闭环钻井技术的发展,静态式可调偏量机构是井下闭环控制的主要方式,应采用直接侧向力法控制钻头轨迹。     

智能分注系统中流体波码信号的传输机理

流体波码通信用于分层注水智能监控系统,但其流体压力信号的产生与波码传输的机理一直不明。基于稳定流的流体能量方程建立流体压力信号的产生与传输过程的数学模型,研究地面电控阀及井下配水器产生的压力信号及影响因素,揭示信号在注水管中的传输机理。研究表明,地面及井下压力信号的产生来自于地面阀及井下配水器开度改变引起的流量变化,压力信号幅度受流体、输水管网、注水管或井筒参数、流体装置结构及流体控制参数的影响;信号沿注水管的传输为电控阀开度改变引起流量变化的诱导;注水管长度对地面信号的下传基本无影响,但对井下信号的上传有一定影响。数值计算表明,注水管最大流量及电控阀阻力系数的变化量对压力信号幅度的影响很大,较大的流量及阻力系数的变化量可以产生较大的信号幅度,有利于信号的传输及信号的检测与处理。该研究对于流体波码通信系统的设计与性能改善具有一定的理论指导作用。     

气体钻井井下燃爆界限计算模型

为明确气体钻井过程中引发井下燃爆的原因,确定井下混合气的燃爆界限,根据现行气体钻井施工规范及现场从业经验,归纳出气体钻井施工时环空不畅或封闭、钻具与地层岩石的摩擦生热、钻头破岩产生火花是引发燃爆的原因,并结合燃烧与爆炸学理论知识从引燃方式入手,建立了以热自燃、热板点火、热球点火和火花点火为引燃能量表现形式的燃爆界限计算模型。以A井施工为例,该模型可根据钻井参数变化动态计算不同井段的燃爆界限,为及时调整钻井方案,防控井下燃爆事故提供了依托。     

考虑井筒温度场与压力场的深井井涌风险控制

深井、超深井井筒内温度场、压力场变化幅度较大。温度场及压力场的大幅度变化影响到了钻井液密度场,进而对井控安全产生影响。建立了井筒当量密度场分布模型,利用该模型计算了钻井液循环和静止时钻井液当量密度场分布情况,并探讨了井筒温度场压力场对井控过程的影响。研究表明:深井、超深井钻井井控过程中,应该考虑井筒温度场、压力场变化对钻井液物性参数的影响;钻井液循环和静止时,实际钻井液井底当量循环密度和当量静止密度低于将钻井液作为地面常数时的当量密度,井控时应该注意适当增大钻井液密度以平衡地层孔隙压力。采取相应的措施预防环空井底压力的减小带来的溢流、井涌甚至井喷。进行井身结构设计时,可以不考虑温度场与压力场的影响;另外井控事故预防控制需要技术及管理措施相结合。     

自准水平激光仪的动态应用

自准水平激光仪是利用激光作为准直光,广泛应用于地面平整、地面处理和渠道挖掘等方面。自准水平激光仪的激光信号与闭环控制系统的结合,实现地面的水平平整,它是自准水平激光仪的一种动态应用。     

井下测量接头自动测量系统的研制

对钻柱在井下的受力状况已进行过许多理论研究 ,但对钻柱在井下的实际工作状态的研究还不多。为此 ,研制了一种实用的井下测量接头计算机自动测量系统 ,可用于实时监测和记录钻柱在井下钻进时的实际受力和运动情况。它由井下传感器、单片计算机、存储器和高能电池等组成 ,能接收地面指挥信号 ,在井下自动工作。当钻进结束后提至地面 ,将井下采集的数据回放至地面微机中即可进行各种力学和运动分析。该系统研制成功后在地面和井下做了实时试验 ,测试结果较为理想。     

基于静电流量计的气体钻井返出岩屑流量监测

气体钻井以其经济、环保,高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。由于地质的复杂性,在钻井过程中容易发生井壁失稳以及井下燃爆等问题,通过井口返出岩屑可以了解井下复杂情况,防止井下事故的发生。本文基于静电积累原理,利用COMSOL软件建立了岩屑监测模型,模拟分析不同质量流量下静电传感器的电势分布,设计了岩屑流量测量装置,以石英砂代替岩屑,测量了输出电压与气体流量以及石英砂颗粒质量流量的关系。研究结果表明,静电传感器电势与带电颗粒质量流量具有较好的线性关系,影响静电传感器信号强度的因素主要为岩屑质量流量,两者之间具有较强的线性关系;静电传感器的信号受风速影响明显,风速越大,灵敏度越高,且线性相关性越好。该方法可为气体钻井岩屑监测提供一种新的方法,对气体钻井现场安全作用具有重要意义。     

井下电磁中继传输技术研究及应用

 钻井过程中,可以通过随钻测量技术实时获取井下工程参数及地质参数。电磁随钻测量技术有着其他随钻测量技术难以比拟的优势,但其易受到地层电阻率的限制,导致电磁信号传输深度较浅,因此电磁信号的传输深度是电磁随钻测量技术发展和应用的最大制约因素。分析表明,采用中继传输技术是提高电磁信号传输深度最直接、经济的方法。为此,开展了井下电磁信号中继传输特性理论研究,确定了中继器电磁激励方式和天线结构,建立了井下电磁信号中继传输模型;设计了中继器开发方案。根据方案,完成了中继器工程样机的研制,并进行了现场应用实验。实验表明,采用井下电磁信号中继传输技术可有效提高EM-MWD 仪器的传输深度,每级中继器可以提高传输深度70%以上,从而使电磁信号的传输深度不再受制于地层电阻率,拓展了EM-MWD 仪器的使用范围。     

地空数据传输系统中单载波频域预均衡技术

在频率选择性瑞利慢衰落信道条件下,提出了一种适用于地空传输系统上行链路的单载波频域预均衡方法。在此基础上设计了预均衡系统模型,地面端将下行链路中的导频信号与本地导频信号对比进行信道状态估计,利用获得的信道状态信息对上行链路信号进行预均衡处理,然后在机载接收端对上行链路信号进行再均衡。基于迫零准则和最小均方误差准则,分析了该方法的信号处理流程,计算得到预均衡系数。通过仿真实验,对比分析了不同均衡方案的误码性能,结果表明:单独在地面发送端进行预均衡,会出现误码率平台效应;而预均衡之后在机载接收端进行再均衡的方法,在误码率为10-5的情况下,与采用线性均衡结构的传统单载波频域均衡方法相比有2~3dB的性能增益。