无线随钻MWD培训教材

1、无线随钻MWD系统操作兰德能源公司2008.11无线随钻MWD的介绍 MWD 无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据的传输方式不同，目前采用MWD施工主要依靠下面四种方式实现信号的传输： 1 1、连续波方式 2 2、正脉冲方式 3 3、负脉冲方式 4 4、电磁波传输方式连续波方式 连续发生器的的转子在泥浆的作用下产生正弦或余弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移，在地面连续地检测这些相位移的变化，并通过译码、计算得到测量数据，如图1所示。

2、这种方法的优点是：数据传输速度快、精度高。 缺点是：结构复杂，数字译码能力较差。 正脉冲方式 泥浆正脉冲发生器的蘑菇头与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高，针阀的运动是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。 这种方法的优点是：下井仪器结构简单、尺寸小，使用操作和维修方便，不需要专门的无磁钻铤。 缺点是：数据传输速度慢，不适合传输地质资料参数。负脉冲方式 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到

3、井眼环空，从而引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。 优点是：数据传输速度较快,适合传输定向和地质资料参数。 缺点是：下井仪器的结构较复杂，组装、操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。电磁波传输方式 电磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的。井下仪器将测量的数据加载到载波信号上，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射。地面检波器在地面将检测到的电磁波中的测量信号卸载并解码、计算，得到实际的测量数据。 优点是：数据传输速度较快，适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井

4、施工中传输定向和地质资料参数 缺点是：地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合超深井施工。地质测井无线随钻仪器的简单介绍 除定向 MWD 无线随钻测斜仪以外，国外厂家还开发研制了带地质参数和工程参数的无线随钻测斜仪及测井无线随钻测斜仪.如哈里伯顿公司FEWD,贝克休斯公司和斯伦贝谢公司的LWD. 测量的参数:井斜、方位、 伽玛、地层电阻率、密度、中子孔隙度、光电指数、超声波井径、声波等地层参数. 利用这些先进的地质测井无线随钻仪器得出的沉积环境资料可以准确识别地层倾角、断层和不整合面，在实现精确地质导向的同时，对地层进行早期的实时评价。 无线随钻

5、MWD测量系统的基本操作 MWD测量系统的介绍MWD的技术规范系统的组成仪器测试地面设备安装测量方法改变井下仪器数据传输率的方法改变井下仪器测量方式的方法MWD测量系统的介绍 MWD 随钻测量仪器是正脉冲仪器,靠井下转子提供动力。转子与内轴藕合，轴底端连接一发电机，为探管供电；上端连接一液压泵，为脉冲发生器提供能量。泥浆在鱼颈总成和限流环与蘑菇头形成的环形空内流动，当有信号传递时，蘑菇头升起9.4mm，停一下，然后回到原位，短时的蘑菇头伸长就产生了正压力脉冲。地面上采用泥浆压力传感器检测来自井下仪器的泥浆脉冲信息，并传输到地面地面数据处理系统进行处理，井下仪器所测量的井斜角、方位角和工具面数据

6、可以显示在地面数据处理系统或 DDU司钻阅读器上.MWD测量系统的介绍优点: .结构紧凑、体积小，现场检测、组装和拆卸容易 . 采用涡轮发电机为井下仪器供电，使井下仪器的连续工作时间长、费用低 .具有短测量（SHORT SURVEY）和全测量（FULL SURVEY）功能 .地面数据处理系统采用的地面数据处理系统抗震和抗干扰能力强 MWD测量系统的介绍MWD无线随钻下井仪器有4个不同的系列:.1200系统 .650系统 .350系统 . SUPERSLIM系统 技术规范 1.井下工具技术规范： DWD 类型 SuperSlim 350 650 1200 3-1/2 4-1/2 6-1/2 8

7、9-1/2 钻铤外径 89mm 121 mm 165 mm 203 mm 241mm 2.125 2.815 2.815 3-1/4 3-1/4 内径 53.96mm 71.44mm 71.44mm 82.55mm 82.55mm 17.48ft 31ft 6ft 6ft 6ft 一般长度 5.33m 9.449 m 1.829 m 1.829 m 1.829 m 311X310 411X410 631X630 731X730 连接扣型 Special 3-1/2IF 4-1/2IF 6-5/8 REG 7-5/8 REG 上扣扭矩 ft.lb 3200 9900 30000 47000 83

8、000 N.m 4340 13400 40700 63700 113500 注意：以上扭矩允许有10%的波动。 最大狗腿度 30/30m 30/30m 21/30m 14/30m 14/30m 滑动 30/100ft 30/100ft 21/100ft 14/100ft 14/100ft 30/30m 14/30m 10/30m 8/30m 8/30m 转动 30/100ft 14/100ft 10/100ft 8/100ft 8/100ft 技术规范二、井下仪器工作条件： 泥浆泵 双缸或三缸泵 空气包充气量 推荐充气压力为立管压力的 3040 允许泥浆排量 Super-slim系统 5.71

9、2.6 升/秒(90-200GPM) 350 系统 9.522.1 升/秒(150-350GPM) 650 系统 14.241.0 升/秒(225-650GPM) 1200 系统 22.175.7 升/秒(225-1500GPM) 水基泥浆 (清水或盐水) 泥浆类型 油基泥浆 (原油或矿物油) 泥浆密度 小于2170Kg/m3 （18PPG） 含砂量 小于 1 塑性粘度 小于50 cp 可承受最大压力 15000Psi（104MPa） 最高工作温度 125(302) 堵漏材料 不允许使用 技术规范三、系统测量精度 系统的组成 MWD 无线随钻测量仪器是由地面部分（地面数据处理系统、防爆箱、DD

10、U 司钻阅读器、泥浆压力传感器、泵冲传感器）、井下部分（MEP/PCD 探管、下井外筒总成、涡轮发电机总成、无磁短节）及辅助工具、设备组成。 系统的组成一、地面数据处理系统一、地面数据处理系统 地面数据处理系统是 MWD 随钻测量仪器的地面数据处理设备，它接受来自泥浆压力传感器的测量信息，进行数据的处理和储存，并且在 地面数据处理系统和 DDU 司钻阅读器上显示，或在打印机上打印。测量人员可以通过观察地面数据处理系统显示的波形和数据，判断或调整地面设备、井下仪器的工作状态。 有三类： 1。MPSR，是老式的单片机处理系统 ，已淘汰。 2。带地面测试盒DIB的PCDWD系统 ，目前国内使用普遍。

11、 3。INSITE系统，只在进行地质导向施工时使用。 系统的组成二、二、DDU 司钻阅读器司钻阅读器 司钻阅读器主要用来在钻台面实时显示井下工具数据及测量数据。 三、防爆箱三、防爆箱 防爆箱是 DWD 无线随钻测斜仪系统的保护装置 ，它是限制与它连接的其它设备的电压和电流，防止出现电火花，保证仪器设备在现场使用的安全。通过防爆箱与地面数据处理系统连接的地面仪器装置有：泥浆压力传感器、泵冲传感器和 DDU 司钻阅读器 ，并为这些仪器装置提供电源。 系统的组成四、四、DIB接口箱接口箱 DIB 接口箱是MPSR机架的替代工具，和计算即联合使用，其功能比MPSR机架更加强大，可以单独实现仪器测试、信

12、号检测等功能。五、泥浆压力传感器和泵冲传感器 泥浆压力传感器安装在泥浆立管上，检测来自井下仪器器的脉冲信息，并将该泥浆的压力脉冲转化成电脉冲信息传至 地面数据处理系统进行处理和显示。泵种传感器安装在泥浆泵上，计量泵冲数，并将该泵冲数传送至 地面数据处理系统，用于进行数据处理时的泥浆泵冲滤波。 系统的组成六、 MEP/PCD 探管 探管是装有磁性和重力测量元件和电子组件的井下测量仪器，它可以测量与井斜角、方位角和工具面角有关的磁性和重力分量，经过放大和A-D转换后，由微处理器处理，通过调制电路传送到脉冲发生器。七、脉冲发生器 八、钻杆滤清器八、钻杆滤清器 钻杆滤清器用来滤除大颗粒钻屑、手套、木块

13、等杂物，这些物质可能流入脉冲发生器内，造成事故。 系统的组成九、对讲机九、对讲机 对讲机主要用于仪器房内的操作人员与钻台上的施工人员进行对话。十、悬挂短节十、悬挂短节 悬挂短节主要用于放置井下仪器总成。 十一、其它设备和工具十一、其它设备和工具 其它设备和工具包括各种连接电缆、操作工具、测试工具、操作间、电源等。 仪器测试一、脉冲发生器绝缘测试一、脉冲发生器绝缘测试 二、蘑姑头伸缩测试二、蘑姑头伸缩测试 三、探管工作方式测试三、探管工作方式测试四、四、DDU（RFD）测试测试 五、压力传感器测试五、压力传感器测试 六、防爆箱测试六、防爆箱测试 七、电缆测试七、电缆测试 仪器测试一.脉冲发生器绝

14、缘测试 测试目的 1.1 绝缘性测试主要是为了检查脉冲发生器内部电路是否 正常。 1.2 注意：绝缘性测试应在室温、干燥的环境中进行，潮湿、过冷或 过热的 环境，对测量结果影响很大。仪器测试二、蘑姑头伸缩测试 测试目的 1 检测脉冲发生器是否能够发射脉冲； 2 发射脉冲的力度是否满足施工需要； 3 脉冲发生器密封性是否完好； 4 让脉冲发生器蘑姑头完全缩回，确保定位准确。 注意：测试时应确保测试盒电源正常。 仪器测试三、探管工作方式测试 测试目的主要是为了测试探管前设置的工作方式是否是与设计的一致、探管是否发射脉冲以及工具面是否正确。 地面设备安装测量方法一、探管工作时序二、探管工作方式三、测

15、量方式四、测量方法 测量方法一、探管工作时序 预热30秒 RUN-IN 脉冲 测量TAG内容 FLAG 信号 开泵 TAG信号 检测到 TAG？ 检测到 FLAG？ 是 是 否 否 停泵 等待，直到检测到下一个FLAG信号 测量方法 TAG信号是一个信号格式标志信号，它表示井下仪器向上传递的是什么样的数据。地面系统检测到该码后，就以该码的固定规定格式对信号进行解码、计算，最终得到测量结果。TAG信号是由五个二进制数组成的代码，TAG信号的第一位表示工具面类型，如上表所示，0代表磁性工具面，而1代表重力（高边）工具面。TAG信号的第五位是奇偶校验位。 TAG 信号 TAG 信号 代表要传输的数据

16、类型 二进制代码 十进制代码 0 000 0 0 磁性全测量方式 0 001 1 1 磁性短测量方式 0 010 1 2 磁性随钻全测量方式 0 011 0 3 磁性随钻短测量方式 0 100 1 4 磁性随钻工具数据组 0 101 0 5 磁性工具面数据组 0 110 0 6 没用 0 111 1 7 没用 1 000 0 8 重力全测量方式 1 001 1 9 重力短测量方式 1 010 1 10 重力随钻全测量方式 1 011 0 11 重力随钻短测量方式 1 100 1 12 重力随钻工具数据组 1 101 0 13 重力工具面数据组 1 110 0 14 没用 1 111 1 15

17、没用 测量方法二、探管工作方式 探管工作方式 测量方法 测量内容 备注 1 开泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后循环传送磁性/高边工具，中间无测量数据出现。磁性/高边转换角度为 5。 适合于泵好的井队施工。 2 开泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后磁性/高边工具面和测量数据循环传送。磁性/高边转换角度为 5。 我公司习惯采用。 3 开泵测量 只进行测量施工。无任何工具面出现。开泵就传送一组测量数据后，即停止发送脉冲。 只用于需要测量的钻井施工。通常用于转盘钻进施工。 4 开泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后循环传送高边工具， 中间无测量数据出现。

18、无磁性工具面。 只适合于泵好的、井斜大于 5的井施工。 5 停泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后循环传送磁性/高边工具，中间无测量数据出现。磁性/高边转换角度为 5。 适合于泵好的井队施工。 6 停泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后磁性/高边工具面和测量数据循环传送。磁性/高边转换角度为 5。 7 停泵测量 只进行测量施工。无任何工具面出现。开泵就传送一组测量数据后，即停止发送脉冲。 只用于需要测量的钻井施工。通常用于转盘钻进施工。 8 停泵测量 开泵后传送一组测量数据和井下仪器参数，然后循环传送高边工具， 中间无测量数据出现。无磁性工具面。 只适合于泵好的、井

19、斜大于 5的井施工。 测量方法三、测量方式 1. 全测量方式：这种测量类型，探管将测量的原始数据 Gx、Gy、Gz、Bx、By、Bz 传至地面处理系统，地面数据处理系统利用这些原始数据，计算出井斜角INC、方位角 AZ。其优点在于：能够监视磁干扰、减少磁干扰。可以进行短钻铤测量。测量的数据精度高。缺点在于：占用的测量时间长，约为短测量的2.5倍。在国外施工,甲方要求必须用该测量类型的测量数据计算轨迹。 2.短测量方式：这种测量方式，探管将在井底采集到的原始数据处理成井斜、方位及工具面值，然后再传送至地面。其优点在于：需要的测量时间短。能在波形检测不理想或探管在井眼有轻微晃动时使用此方法。缺点是

20、：不能够监视磁干扰。不可使用于短钻铤测量方法。测量数据精度偏低。 测量方法四、测量方法1.开泵测量2.关泵测量 开开 泵泵 预预热热 30秒秒 RUN-IN 脉脉冲冲 TAG 信信号号 第第一一个个 TF FLAG 信信号号 第第二二个个 TF 测测量量 数数据据 采采集集测测量量数数据据 停停 泵泵 TAG 信信号号 第第一一个个 TF FLAG 信信号号 开开泵泵 从该时间点新数据开始存储，旧的测量数据开始传输。 停泵前 20-30 秒的测量数据作为测量数据被存储。 改变井下仪器数据传输率的方法 探管有两种数据传输率：0.5Hz和0.8Hz。理论上，两种数据传输率都可正常工作。在施工过程中

21、，由于工作的需要，有时需要改变井下仪器的数据传输率。井下探管无论处于何种数据传输率，只要其开始工作，其预热探管30秒钟的规律不会变，其传输RUN IN脉冲的20秒钟的时间也不会变（如果用0.5Hz，10个RUN IN脉冲；如果用0.8Hz，16个RUN IN脉冲）。数据传输率转换的时间窗口在30秒-50秒之间，也就是RUN IN脉冲发射其间可改变数据传输率， 开 泵 预热30秒 RUN-IN 脉冲 数据传输率转换窗口 0秒 30秒 FLAG 信号 50秒 改变井下仪器数据传输率的方法 转换方法： 1.时间法：在钻台上或仪器房内观察立管压力表或计算机 波形检测窗口，确保泵开开30秒后，在30到5

22、0秒之间 停泵，再开泵，就完成了数据传输率的改变。 2.观察法：在钻台上观察立管压力表，仪器房内观察计算 机波形检测窗口。当开泵后波形检测窗口出现第一个 脉冲，或立管压力表显示第一个脉冲已经开始发射 （泵压略为升高）时，停泵，再开泵，就完成了数据传 输率的改变。改变井下仪器测量方式的方法 测量方式的改变是全测量和短测量方式之间的转换 开 泵 预热30秒 RUN-IN 脉冲 数据传输率转换窗口 TAG信号开始后20秒 测量方式转换窗口 0秒 30秒 76秒 FLAG 信号 50秒 96秒 图图23 0.5 Hz 信号时间示意信号时间示意图图 改变井下仪器测量方式的方法 观察法：开泵后，观察阅读器

23、或计算机，待阅读器或计算机上显示“F”时，立即停泵，就可完成长、短测量方式间的转换。时间法：在泵不好的情况下，如果数据传输率0.5 Hz，则在开泵后76秒到96秒之间停泵，可以将当前的测量方式转换成另一种。 开 泵 预热30秒 RUN-IN 脉冲 数据传输率转换窗口 TAG信号开始后20秒 测量方式转换窗口 0秒 30秒 66秒 FLAG 信号 50秒 86秒 图图24 0.8 Hz 信号时间示意图信号时间示意图 MWD系统仪器操作 650 MWD 系统仪器操作 一、定子、转子选择二、限流环选择三、三、脉冲发生器组装四、流管总成的组装五、井下仪器总成组装 六、垫片的计算 MWD系统仪器操作 6

24、50 MWD 系统仪器操作 一、定子、转子选择 定子角度指的是定子叶片的角度（27、42和 52） 转子角度是指转子叶片的角度（35和 30） 泥浆流经定子叶片，转子转动速度取决于定子角度和一定的流量。 选错了定子 ，就可能造成发电机超速，因而缩短井下工具的寿命 ；或者发电不足，不能正常地向井下工具提供电能，因而需要正 确选择施工所用的定子的角度。 MWD系统仪器操作 650 MWD 系统仪器操作 二、限流环选择 限流环尺寸是指安装在限流环承座上的限流环的内径 。限流环 的尺寸决定在脉冲发生器发送脉冲时施加在蘑菇头上的压力 。 地面接收到的脉冲的幅度随着限流环内径的增大而减小 。脉冲 发生器所承受的负荷应在保证一定的脉冲信号幅度的情况下脉冲 发生器仍能正常工作，这就要求对限流环进行选择。 MWD系统仪器操作