CEM-1型电磁波随钻测量系统的研制与应用.pdf

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1、石油机械2012年第40卷第2期CHINAPETR0LEUMMACHINERY．_钻井新技术CEM一1型电磁波随钻测量系统的研制与应用刘科满，，王立双宋朝辉(1．中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院2．中国石油大学(北京)3．中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院)摘要电磁波随钻测量技术是气体、泡沫等非液相钻井的重要测量技术手段。以CEM一1型MWD系统为基础，介绍了系统的构成和工作原理，分析说明了该测量系统的井下发射机系统、非对称偶极子钻杆天线模型、地面接收系统等关键技术，重点分析了低频电磁衰减规律。将该系统在大牛地气田D66—129井进行现场应用，应用结果表明，CEM

2、—l型电磁波随钻测量系统能在钻井液钻井中的循环、起钻和下钻过程中测量和传输数据，并且不受钻井液性质的影响，在电阻率大于4Q·m的地层传输深度可达3081m，工作时间约216h。系统整体性能能够满足实际工作需要。关键词电磁波随钻测量系统物理模型噪声控制低频电磁波衰减中图分类号：TE927文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)o2—0011一o40引言CEM一1型MWD系统结构和工作原理随钻测量技术(MeasurementWhileDrilling，简称MWD)作为一种实现井下测量仪器与地面监1．1结构测设备的实时信息交互技术，能够实时监测井下地CEM一1型MWD系统由

3、井下传感器系统(定质参数、钻井参数和井眼参数等，是钻井信息化、向探管及测量模块)、井下发射机及控制系统、地智能化的重要技术支撑。随着气体、泡沫等非液相面信号接收机及地面数据处理系统和司钻指示器等钻井技术的迅速发展，常规的钻井液脉冲MWD系4个子系统组成。其中，井下发射机系统由微型计统不能满足这些特殊工艺井的测量需求。而电磁波算机控制系统、定向测量传感器系统、内绝缘结构随钻测量系统(ElectromagneticMeasurementWhile和电源系统组成，其主要功能有接收定向测量探管Drilling，简称EM—MWD)基本不受钻井过程中循数据、数据的解调与编码、发射机工作参数配置

4、、环介质的影响，不仅适用于常规钻井液中的随钻测电源的管理、低频电磁波载波调制、功率放大与控量，还适用于欠平衡钻井、气体钻井等特殊钻井工制等，主要测量参数有井斜、方位角、工具面、温艺的随钻测量。但EMMWD的核心技术一直被国度和振动等；地面信号接收机及数据处理系统由1外少数石油公司所掌握，且对我国采取严格的技术台工控机、司钻显示器和地面电极等组成，其主要保密，我国EM—MWD系统的研究仍处于学习、研功能有低频微弱电磁波信号的接收、预处理、解究和试验的初级阶段，尚未有工业化的EM—MWD调、译码以及测量参数处理、显示和存储等。与钻系统。目前国内多家公司及研究院所正在致力于井液脉冲MWD

5、相比，井下发射机及控制系统和地EM—MWD随钻测量技术的研究，其中中国石油化面数据接收与处理器是CEM一1型MWD的核心。工股份有限公司石油工程技术研究院已研制出1．2工作原理CEM一1型MWD系统，并在鄂尔多斯北部的大牛CEM一1型MWD随钻测量系统是以钻柱和地地气田进行了现场试验。层为传输介质，采用定向传感器测量井下信息，并基金项目：中国石油化工股份有限公司科技部项目“提高EM—MWD传输深度及性能技术研究”(1：'09006)的部分研究内容。石油机械2012年第40卷第2期将井下测量信息加载到低频载波信号上，在地面上和文献[6]提出的电流分布近似公式模型，可近通过滤波、放大、

6、解调、运算和处理等手段，实时似计算出地层中钻柱上信号电流强度的分布为：获取井下信息的系统，其测量原理见图1。(z)Ioexp(一Z／3)(1)式中，0——激励电流，A；《雯、一一6——趋肤系数；z_深度，m。、EM．MWD系统的电磁波在损耗较大的地层及岩石层中传播，由于煤层和岩石属半导电媒质，由文献[7]可知，电磁波在半导电媒质中的趋肤系数6为：结构模块拄制模块量模块／二[一／6：~gorf一"a'／zf(2)图1CEM一1型MWD系统测量原理示意图1．3主要技术参数式中——媒质磁导率，取=4,rr×10～H／m；CEM一1型MWD系统井下部分的外径是165——地层电导率，S／m；

7、mm，长度为5．7m，质量约为200kg，最高工作p——地层电阻率，Q·m，or=1／p；温度125℃。井下电池工作时间80～120h(与地．厂_一发射机发射的电磁波频率，Hz。层特性和发射功率有关)。CEM一1型MWD系统如果信号频率和地层电阻率不变，钻柱上的信测量参数有井斜角、方位角、工具面、井底温度、号电流，(z)将会随距离z的增加按单一指数规磁场和重力等。井下仪器传感器参数为：井斜角为律减小。当电磁波穿过具有不同电阻率的地层时，0～180。，测量精度±0．2。