电磁波随钻无线传输系统

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1、SEMWD-2000电磁波随钻测量系统及现场试验摘要：欠平衡钻井与气体钻井技术的快速发展，使电磁随钻测量技术成为研究的热点。中国电波传播研究所推出的SEMWD-2000是自主研发的，具有独立知识产权的，国内首套工程化的电磁波随钻测量系统。简述了电磁随钻测量技术的工作原理和发展趋势；介绍了SEMWD-2000的系统构成和试验情况，试验表明该系统已能满足实际作业需求，达到国际同类产品水平。关键词：欠平衡钻井；电磁随钻测量；地质导向；现场试验中图分类号：TE249.5文献标识码：A0引言在钻井过程中，将井底的工程参数与地质参数实时传输至地面，利于井眼轨迹实时监测

2、与纠偏。目前现场应用的随钻信息传输方式主要有泥浆脉冲和电磁波两种，由于电磁波方式不受钻井介质的影响，更适用于欠平衡钻井与气体钻井。近年来，随着欠平衡钻井技术与气体钻井技术的推广，欠平衡钻井和气体钻井占新钻井比例逐渐增加，这为电磁随钻测量（EM-MWD）系统提供了广阔的发展空间，因此，电磁随钻测量技术也再次成为研究的热点。中国电波传播研究所于2006年启动了电磁随钻测量系统研制的工作，历经理论研究、原理样机研制、工程样机研制几个阶段，2010年推出SEMWD—2000电磁波随钻测量系统，现场试验表明该系统已满足现场施工的要求，标志着我国已拥有独立知识产权的、

3、工（商）业化的电磁波随钻测量系统。1EM-MWD的工作原理、技术特点及应用领域1．1工作原理如图1所示的电磁波随钻测量系统，发射机将井下传感器测量的信息调制激励到用特殊工艺绝缘的上下钻柱之间，信号经由钻柱、套管、钻井介质、地层构成的信道传输到地面，地面接收系统通过测量地面两点之间的电位差的变化获得相关信息，指导工程施工。图1电磁波随钻测量系统示意图1.2主要技术特点（1）信息以电磁波的形式传输，受钻井介质影响小；（2）井下没有活动部件，可靠性高；（3）仪器结构形式对传输率选择限制少，传输率选择更灵活；（4）不受泥浆循环和开停泵的限制，可连续传输信息节省钻井

4、时间；（5）传输深度受地层电阻率影响较大，有些区块不能满足深度要求；（6）不受堵漏剂限制，适于漏失地层钻井；（7）结构简单，装卸方便；（8）容易实现双向通信。1.3主要应用领域（1）欠平衡钻井；（2）气体钻井或泡沫钻井；（3）煤层气钻井；（4）泥浆中需加入堵漏材料，不适合泥浆脉冲传输的高侵入地层钻井；（5）适合电磁波传输的定向井和水平井；（6）垂直钻井控制。2SEMWD-2000的系统构成及技术指标2.1SEMWD-2000的系统构成SEMWD-2000电磁波随钻测量系统主要有井下工具、地面系统及系统软件构成。其中井下工具主要包括绝缘天线、控制模块、功放模

5、块、电池组件、测量模块（定向、伽马、环空压力等）；地面系统主要包括专用接收天线、地面接收机、工业计算机、深度系统、打印机、司钻显示器及辅助设备；系统软件主要包括系统设置、仪器刻度、数据采集和处理、工程应用模块。SEMWD-2000电磁波随钻测量系统构成及信息传递流程如图2所示。图2SEMWD-2000电磁波随钻系统构成及信息传递框图2.2SEMWD-2000的技术指标SEMWD-2000电磁波随钻测量系统详细技术指标见表1。表1SEMWD-2000电磁波随钻测量系统技术指标井斜0~180°,±0.2°工作温度-25℃~125℃方位0~360°，±1.0°最

6、大工作压105MPa力工具面0~360°，±1.5°抗震动20grms30~300Hz随机伽马0~500API，±7%抗冲击1000g/0.5ms波特率0.5~6.25bit/s电池工作时>200h间适用地层2~1000Ω•m绝缘天线强抗拉载荷120t抗压载度荷50t3现场试验为了检验系统的传输能力、稳定性、可靠性、测量精度与实用性，先后做了传输深度对比试验、绝缘天线强度试验和实际作业试验。试验表明，系统工作稳定可靠，且测量精度能够满足现场施工需求，具备了推广的条件。3.1传输深度对比试验为了检验系统的传输性能，选地层电阻率较低的区块进行了试验，2010年

7、1月在胜利油田XX井进行了SEMWD-2000与GE公司的E-Link电磁波随钻测量系统传输性能对比试验，两套系统在各下一次，SEMWD-2000的传输深度为1460m，E-Link传输深度为1420m，两系统的传输深度相当，说明SEMWD-2000系统传输性能已达到国际同类产品水平。3.2绝缘天线强度实用性试验发射天线是经特殊工艺将钻柱分成绝缘的两部分，两部分之间的连接既要保证电气上的绝缘，又要满足机械强度要求，制作难度较大。且绝缘天线还是电磁波随钻传输系统是否可靠和实用的一个关键环节。因此，为了检验绝缘天线的强度是否满足现场施工的要求，2010年3月在

8、胜利油田XXX井进行绝缘天线实际打钻试验，共进尺1000m。起出后