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《基于电磁随钻测量系统的功率自适应分配方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第33卷第4期钻采工艺Vol.33No.4DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY·1·钻井工艺基于电磁随钻测量系统的功率自适应分配方法研究1,2222彭烈新,苏义脑,盛利民,李林(1中国石油勘探开发研究院2中国石油钻井工程技术研究院)彭烈新等.基于电磁随钻测量系统的功率自适应分配方法研究.钻采工艺,2010,33(4):1-4摘要:提出一种功率自适应分配方法,在不同地层、不同深度条件下采用不同发射功率,从而延长仪器连续工作时间。通过分析电磁信号在地层中的衰减规律,利用电流与工作深度和地层参数的关系,建立单一地层
2、和多地层结构功率调度的数学模型,并给出井下调度参数获取的方法。最后对采用固定发射功率策略和自适应功率分配策略下的功耗进行仿真设计,比较它们在不同条件(深度、频率)下的最大工作时间。仿真结果分析表明,使用自适应调度策略大幅度节省功率,延长仪器将近40%连续工作的时间。关键词:电磁随钻;自适应;功率分配;调度中图分类号:TE249.5文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1006-768X.2010.04.001随钻测量在定向钻井中正发挥着越来越重要的质中传播。穿透深度反比于波的频率以及介质的导[1～2]作用,其中井下信
3、息的传输至关重要。比较成电系数。电磁随钻测量系统就是利用电磁波这种特[5][6]熟的井下信息传输方式主要有泥浆脉冲式和电磁波性实现信息传输。文献和文献描述了频率、深式,前者称之为泥浆脉冲MWD,后者称之为EM-度、地层与信号衰减的关系,模型较接近实际,但关MWD。与泥浆脉冲式MWD相比,EM-MWD具有系式比较复杂,不太适合基于井下简单系统的调度不受钻井液影响、结构简单无活动部件、传输速率高算法。在此选用DeGauque和Grundzinski1987年、的优点。尤其在欠平衡钻井、空气钻井中泥浆脉冲Wait和Hill1979年提出
4、的“埋入地层理想导体的长式MWD已无法使用,EM-MWD发挥着不可替代电极”信号模型,用此公式计算地层中钻柱上信号[3～4]的作用。的电流分布[7～9]:由于EM-MWD依靠钻柱和地层组成的信道-zsI1(z)=I0e(1)传输井下数据,地层对信号具有较强的衰减效应。式中:I1(z)—信号电流在z点的强度,A;为保证地面系统能接收到较强的信号,井下EM-I0—源点处信号电流的最大幅度,A;MWD系统必须以较大功率发射数据,在以电池作z—钻柱上一点距信号源点的距离,m;为工作电源的情况下则意味着工作时间的缩短,不s—电流在地层中的倒
5、趋肤系数,s=πμf/ρ;得不依靠起下钻保证测量的正常进行。如何提高井-7μ—磁导率,一般取4π×10H/m;下系统的连续工作时间成为EM-MWD系统研究ρ—地层电阻率,Ω·m;的重要内容与方向。针对这一现状,本文提出一种功率自适应分配f—信号电流频率,Hz。方法,该方法根据EM-MWD井下系统所处的工作从式(1)看出,在信号电流幅度I0不变的条件环境自动调整发射功率,克服以固定功率发射信号下,钻柱上某点的电流强度取决于地层电阻率ρ和的方法造成的功率浪费,从而提高了功率的使用效信号的频率f,以及这点距信号源的距离z。如果信率,达到
6、延长井下系统连续工作时间的目的。号频率和地层电阻率不变,钻柱上的信号电流I1(z)将随距离z的增加按单一指数规律衰减(如图一、井下电磁信号衰减模型1,纵轴为对数)。电磁波可以穿透大部分非金属介质并在这些介如果钻柱穿过n层具有不同电阻率的地层时,收稿日期:2010-04-22基金项目:“十一五”国家863计划重大项目子课题:井下无线电磁波随钻测量技术(2006AA06A103)。作者简介:彭烈新(1968-),在站博士后,主要从事随钻测量系统研究。地址:(100083)北京市海淀区学院路20号,E-mali:plxhb@163.co
7、m钻采工艺2010年7月·2·DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYJuly2010设电阻率分别为ρ1,ρ2,⋯,ρn,各地层厚度分别为z时修改发射功率。地层电阻率信息一般可以直接由(1),z(2),⋯,z(n),此时钻柱上的电流分布为:EM-MWD系统直接测量得到,深度信息必须由地n面提供。这就需要EM-MWD具有双向通信能力,I1(z)≈I0exp-∑z(i)s(i)i=1(2)而大部分EM-MWD系统都具备间歇式的数据下s(i)=πμf/ρ(i)传功能,利用该功能就能实现井下功率自适应调度。从式(2)看出
8、,在多地层环境中,信号衰减的规具体做法是:井下系统根据地面提供的深度信息,结律与单地层基本一致。合钻进速度(假定在一段时间内,钻进速度一定),计算出当前深度,利用式(3)和式(4)确定数据发送的电流。由于测量参数和模型误差,每次调度会存在误差,当误
