随钻测井数据传输技术应用现状及展望

2023-02-13

随钻测井技术是19世纪30才开始进入研究阶段的一项测井技术, 但是该技术一直存在无法进行数据传输的缺陷。到了19世纪60年代, 泥浆脉冲传输系统的出现才进一步推动了随钻测井技术的发展。当前, 现场采用的随钻测井数据传输技术主要有泥浆脉冲传输技术、电磁波传输技术、声波传输技术以及光纤传输技术等。本文就几种常见的随钻测井数据传输技术的应用现状进行了简单介绍, 并对其今后的发展进行了合理展望, 希望对随钻测井数据传输技术的进一步研究有一定的参考价值。

一、随钻测井数据传输技术应用现状

1. 泥浆脉冲传输技术

泥浆脉冲传输技术是最早的随钻测井数据传输技术, 发起于19世纪60年代。当前, 泥浆脉冲传输技术已经非常成熟, 但是其传输速率比较慢, 因此无法满足大量数据的传输需求。当前使用最广泛的的就是钻井液压力脉冲传输技术, 也是当前随钻测井仪器普遍采用的数据传输方法。钻井液压力脉冲传输技术还可以细分为正脉冲、负脉冲和连续波三种类型。但是正脉冲和负脉冲传输方式的传输速率较低, 并且没有很好的抗干扰能力, 容易受到外界环境的影响造成数据传输出现偏差从而造成误码。相对而言, 连续波方式传输速率高, 并且抗干扰能力强。目前, 由于负脉冲信号发生器由于污染环境, 信号传输速率小, 耗能大等原因已经被淘汰, 正脉冲传输技术已经相对成熟, 因此有比较广泛的应用, 如Halliburton公司的HDS1 High Speed Directional Survey系统就是使用的该技术。而连续波传输技术还在紧张的研究与开发当中, 其目标是将传输速率达到20-30bit/s。

2. 电磁波传输技术

相对而言, 电磁波传输技术的应用范围要比泥浆脉冲传输技术小, 主要由于电磁波传输技术还面临几大难题, 如电磁波信号的指数衰减问题、大地电磁波干扰问题、钻井中的振电效应干扰以及供电问题等。近几年, 为了能够提高数据传输速率, 逐渐开始试用电磁波传输技术。该技术中, 将随钻测井仪放入非磁性钻铤内, 在非磁性钻铤和上部钻杆之间加入绝缘短节, 从而有利于一些带有信息的低频电波能够向井周围的地层传播。之后由地面仪器将钻机与地面电极之间的电压差测出。最先进的电磁传输技术已经不需要机械接受装置, 同时可以实现双向传输, 其传输速率要高于泥浆脉冲的传输速率。但是, 电磁波数据传输技术在一些深井中效果并不是很好, 发射的电磁波信号会随着井深的加深而衰减, 因此电磁波数据传输技术的推广受到一定的限制。目前, 俄罗斯在电磁数据传输技术上相对领先, 技术也比较成熟, 而国内该方面的技术还比较缺乏, 还主要处于研究与开发阶段。

3. 声波传输技术

声波传输技术主要是利用声波或者地震波经过钻杆或者地层将信号传输出去的一种传输方式。该技术将声波无线传输发射系统和测试仪器随着钻杆或者抽油泵下井中, 通过测试仪器将井下的各个参数转化为数字信息, 之后进行编码, 暂存, 再通过发射声波振动信号将信息传递到地面。声波遥测技术具有操作方法简单, 投资低, 但是声波传输技术也存在声波衰减的问题, 因此容易受到环境的影响, 使用范围非常有限。2007年美国的桑迪亚实验室研究开发了声波遥测技术, 其声波遥测速度是泥浆脉冲速度的10-100倍, 如果利用中继器, 还能够将数据传输速率提高10倍左右, 能够在泥浆低速循环, 空气钻井和欠平衡钻井中使用。

4. 光纤传输方式

光纤数据传输技术中也存在许多没有解决的实际问题, 如光纤光栅传感网络、信号解调以及检测软件技术等, 因此该项技术还不成熟, 还没有在随钻测井中得到商业化的应用。该技术主要是通过将具有简单保护层的练剑光纤放入到井眼当中, 要使得光纤既能够从地面沿轴向井下循环, 又能够从底部钻具组合反循环到地面。该项技术在国外几家大的测井公司已经取得了一定的成果, 如美国圣地亚实验室已经成果的开发出用于MWD的光纤遥测系统。该项技术使用的光纤电缆很细小, 并且成本较低, 能够在短时间使用, 最后再钻井泥浆中经过磨损之后冲走。相信不久的将来, 光纤传输技术一定会广泛的应用于随钻测井技术当中, 一旦光纤传输技术得到广泛的应用, 必将进一步推动随钻测井技术的进一步发展。

二、随钻测井数据传输技术展望

当前, 已经成熟并且广泛应用的随钻测井数据传输技术主要是泥浆脉冲遥传技术, 电磁传输和声传输技术还不是很完善, 使用范围相当有限, 但是这两项技术在传输速率上存在明显的优势, 因此, 进一步研究与开发电磁传输和声传输技术, 解决二者中存在的易受干扰的缺陷还会是今后研究的热点课题。另外, 光纤传输技术还不成熟, 但是显现出很多明显的优势, 因此, 继续加大力度研发光纤数据传输技术, 也将是为随着测井数据传输技术带来质的飞跃的必然途径。当然, 除了这些技术之外, 随着科学的进步, 一定会有更多的技术将会逐渐被推进市场, 更多更好的数据传输方法将用于随钻测井。

摘要：随钻测井是一种能在钻头钻进过程中通过安装在钻头附近的传感器实时获取和传输测井数据的技术。实时可靠高效的传输测井数据是随钻测井研究领域的关键问题。本文就几种常见的随钻测井数据传输技术的应用进行了简单介绍, 并对其今后的发展进行了合理展望, 希望对随钻测井数据传输技术的进一步研究有一定的参考价值。

关键词：随钻测井,数据传输,应用现状,展望