无线随钻测量混合系统（WLM-MWD）
2011-09-17 00:06阅读：
1.概述
无线随钻测量技术按照传输介质不同分为:泥浆压力脉冲随钻测量(MWD)和电、磁波随钻测量(EM-MWD)。前者以钻井液为传输介质，后者以地层为传输介质，二者具有各自不同的特点，相互补充成为目前无线随钻测量的主要工具。另，按照随钻测量距离钻头位置还包括近钻头测量技术，近钻头测量与无线随钻测量系统结合，将近钻头方位伽马、方位电阻率、井斜等参数传输至地面，在地质导向应用中意义很大。为叙述方便，以下泥浆脉冲随钻测量系统简称MWD，电磁随钻测量系统简称EM-MWD，无线随钻测量混合系统简称WLM-MWD。
1.1 无线随钻测量技术特点
MWD在以泥浆为钻井介质条件下可稳定工作，已成为国内发展最快、应用最广的无线随钻测量技术。但是由于其对介质要求较高,当出现介质可压缩性增强（如泡沫钻井等）、钻遇易漏失等情况下其应用受到限制。同时传输速率低、动力设备易损使用成本较高。
EM-MWD受介质影响较小,在泡沫钻井以及易漏失井中克服了MWD的局限性。同时具有传输速率高、易实现双向通信等优点。但EM-MWD受地层电阻率影响较大,高阻、高导地层均影响其传输深度。
通常的随钻测量一般都是在动力钻具以后进行，距离钻头较远，由于测量点偏离钻头较远，实时导向过程容易偏离设计轨道，特别在薄层油气资源的开发中尤其不便。近钻头测量技术使得随钻测量更接近钻头位置，在实时导向中更容易控制钻头在储层中的行进轨迹。
1.2 WLM-MWD优点
WLM-MWD将实现三者有机的结合,实现无线随钻测量系统整体设计。在优化设计基础上，充分考虑相互间的兼容性，能够为用户提供成套的无线随钻测量系统，从而为油气资源开发提供全方位、更周到、更有效的技术服务。
WLM-MWD的技术目标：
（1） 适应性强，主要是指对钻井介质、地层电阻率、钻井工艺等的适应能力
（2） 井下工具
模块化设计、标准电气和通信接口，兼容性强
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可打捞设计,降低施工风险
电池组安全设计和节能降耗设计
（3） 地面系统：
地面接口箱兼容电磁、泥浆脉冲两类信号处理和解码
系统软件：
人机对话视窗操作界面
自动深度跟踪
井眼轨迹描述功能
实时曲线数据显示实时工具面图显示
资料的处理、记录和存档
2.WLM-MWD原理
图2.1为WLM-MWD工作原理框图。 图2.1
无线随钻测量混合系统构成原理框图系统由地面系统和井下仪器两大部分组成。井下仪器由电磁随钻发射单元、泥浆脉冲发生器单元、近钻头测量单元以及传感器单元等构成，可以同时下井作业，根据需求，或电磁随钻测量、或泥浆脉冲随钻测量方式。地面系统主要由工业计算机、地面接口箱、记录仪、地面天线、井口传感器以及司钻显示器等构成。地面系统兼容两种工作方式信号的解调和解码。
2.1 井下仪器
2.1.1 工作原理
井下仪器采用标准串行总线（RS-485），最多可以挂接32个终端设备，通过分配不同的地址进行识别。井下仪器工作受控于定向仪，通过振动开关状态或自动工作协议启动每一帧数据的发送。当电磁随钻模式时，经发射机进行编码、调制、功率放大，通过绝缘天线（Gapsub）发射，经地层和钻柱向地面传输，地面接口箱通过地面天线接收信号，进行放大、采集、数字滤波、解码恢复数据，送往计算机，进行曲线、数据显示和记录。当泥浆脉冲工作模式时，定向仪将数据通过总线送往脉冲发生器驱动电路进行移位编码，串行移位脉冲控制驱动储能器件的充放电，放电脉冲驱动脉冲发生器电磁阀或步进电机等而改变泥浆通道流量，从而产生泥浆通道压力变化，地面传感器感知压力变化恢复成为电脉冲信号，地面接口箱进行数据采集、数字滤波和解码恢复数据。当需要近钻头测量时，近钻头测量工具置于螺杆以下贴近钻头的位置,钻头近钻头传感器测量参数经发射模块进行数据编码、载波调制、驱动后裔电磁波形式向地层发射，近钻头接收模块置于螺杆上部,接收信号进行解码和数据恢复，并通过总线将数据送往发射及或泥浆脉冲驱动电路。相关近钻头测量技术在经后续研发后采用，本方案充分考虑其与系统的兼容性和电器接口的设计。
原理框图如图2.2所示
2.2 地面系统
2.2.1 工作原理
地面接口向兼容泥浆脉冲、电磁波传输两种工作方式。当处于电磁波模式，地面接口箱接收来自井筒和参考电极之间电位差信号,放大、滤波、数字化、数字信号处理、解调解码和数据恢复，依此完成对电磁波传输随钻信号的地面接收。当处于泥浆脉冲工作模式时，井口立管压力传感器通过司钻显示器拾取压力变化信号，经线缆向接口箱传输，接口箱通过数字化信号处理，包括滤波、解调解码恢复数据，由此完成泥浆脉冲模式信号的接收。地面接口箱与计算机通过USB口进行数据交换。司钻显示器既作为井口数据、图形、文字实时显示工具，又作为井口传感器信号采集中心。司钻显示器通过总线与接口箱交换数据。司钻显示器采集信息包括：立压、悬重、绞车、泵冲等，根据需要将相关数据向接口箱传送。当定录一体时，压力传感器信号和深度信息由录井仪直接提供，需考虑数据接口的设计。如通过WITS、网络、其它总线等直接获得。系统传感器信息较多，可以提供钻石信息服务。
地面系统原理框图如图2.3所示。
2.3 技术特点
这样的无线随钻测量混合系统,诠释了系统构成的灵活性和兼容性，并不一定要混合系统一次下井，实际工程上我们会按照需求，决定井下工具采用泥浆脉冲随钻还是电磁随钻。它们之间很好的兼容性便于现场施工，采用同样的传感器、同样的供电方式、只需要取舍某些单元即可。
同时系统向下兼容近钻头测量和电磁随钻通信接力，具有更强的适用性。
WLM-MWD具有如下特点:
兼容性强：
1) 工作模式兼容
2) 传感器通用
3) 电池组通用
4) 兼具近钻头测量以及电磁随钻接力技术
对钻井介质适应性强
电池无剩余使用节约成本
提高随钻测量实效
可打捞降低施工风险
无线传感器便于系统的现场安装和布置
强大的软件处理能力，视窗界面便于操作
