井下信号的接收与解释.ppt

井下信号的接收与解释下传指令接收与解释过程地面计算机发出的指令经由负脉冲发生装置完成信号的产生与发送，井下控制机构中发电机的涡轮转速受钻井液脉冲信号影响，把液流信号转化为电信号，输出电压电流产生低频扰动，在电压电流输出端加滤波电路，然后由判决电路恢复地面发送的基带信号，判决电路输出的脉冲,,,信号直接输入井下微处理器，指令信息字的解调由软件完成，检测出地面信号下传系统下传的控制指令编码后，通过查询EPROM，即可知道指令编码所代表的导向力的大小和方向，则导向工具的控制机构即可控制执行机构按指令要求去执行，实施工具面角和导向力的调整，这样就完成下传指令的执行过程。,MRSS系统下传指令与MWD上传联用MRSS下传指令的原理是有序变排量的负钻井液脉冲压力波，即“三降三升”。地面生成的下传指令载波脉冲信号通过钻柱内的钻井液向下传到井下工具，而井下的实钻数据也是由井下MWD通过钻柱内的钻井液向上传送。因此，上传与下传两个压力脉冲互相干扰，使波形复杂，最好能分时传输。通常下传指令需要经过以下几个步骤1MRST工具下到井底后，一般要循环泥浆通井、洗井等等。等循环正常后，地面监控系统生成下传指令，启动负脉冲生成器生成“三降三升”钻井液负脉冲波向下发指令，把井下工具面对好，调好造斜力大小；2关闭负脉冲生成器，停止下传指令。正常钻进，MWD信息上传（延迟时间数秒，延迟距离30m左右）；3正常钻进，MWD监测井斜、方位，接单根停泵／开泵造成波形不连续、复杂。4根据设计井眼轨迹和偏差矢量法，在需要时通过下传指令，调控工具面角和造斜力的大小。,,根据上述过程，我们设计出两种不同的工作方式，并绘出相应脉冲压力波示意图。工作方式1井下MWD在地面不能控制其开／关或控制失效时，我们采用工作方式1，用下传指令的“三降三升”负脉冲压制MWD的正脉冲。MWD的正脉冲与正常压力的压力差约为1MPa，“三降三升”的脉冲压力波远大于1MPa，因此可以用下传指令的脉冲压力波压制住MWD的上传压力波。,,,,工作方式1,工作方式2当需要下传指令时，通过短起泵关闭MWD。然后再开泵，同时打开负脉冲生成器下传指令。“三降三升”脉冲完成后，压力稳定在正常压力时MWD将再启动。如下图所示，井下MWD可以通过短起泵，即关闭泵约1分钟后，再开启泥浆泵。此时，便可将井下MWD关闭。等待MWD停止工作后，再打开地面的负脉冲生成器，生成“三降三升”脉冲排量波，下传地面控制指令。,,工作方式1使得迭加后的压力波形复杂，给解码带来一定的困难，有误码，会发生失控。因此，最好采用工作方式2，在地面将井下MWD关闭，然后再进行控制指令的下传，即采用工作方式2为最优控制指令的下传方式。,,,工作方式2,MRSS地面监控系统软件地面监控系统是MRSS的指挥中心，其主要完成监测井下工具的工作状态和轨迹的变化趋势，按照几何导向或地质导向的要求给出控制指令，遥控井下工具按预定的轨迹钻进，能够根据旋转导向钻井的要求进行轨迹的修正设计，能够直观形象的显示井眼轨迹。本文基于Windows平台，采用VisualBasic作为软件开发工具，开发地面监控软件系统。该系统在导入设计数据和实时采集MWD上传的实钻数据的基础上，进行了设计井眼和实钻井眼的轨迹描述、轨迹偏差分析计算和轨迹修正设计，进而计算出MRSS轨迹控制参数及相应的下传控制指令，并实现井眼轨迹三维可视化和防碰计算。,,MRSS地面监控软件系统监控系统软件的设计采用模块化设计的思想，通过对需求的具体的调研分析，确定整个系统要实现的功能模块如下图所示,,,防碰计算模块旋转导向钻井地面监控系统的一个重要组成部分就是对邻井关系的描述。无论是定向井、丛式井等钻井施工中都需要充分考虑邻井的相互关系。在钻进过程中，我们要时刻关注实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的吻合程度及其变化的趋势，保证中靶。同时还要充分计算与周围邻井的相互关系，以避免井与井的相碰。在钻井作业过程中，我们需要了解已钻轨迹的形状，以便判断其发展趋势，及时采取措施，进行轨迹控制，这就要求直观形象地显示井眼轨迹。因此，在地面监控软件系统中开发了防碰计算模块用于进行邻井相互关系统的描述。,,邻井间相互关系的描述形式主要有水平距离扫描、最近距离扫描、法面距离扫描三种。,,轨迹控制模块旋转导向钻井过程中，轨迹控制模块是完成实时接收来自井下上传的实钻井眼轨迹数据，并与设计井眼轨迹数据进行偏差矢量计算。计算出轨迹控制指令参数，即导向力的方向和大小，以指令编码的方式下传给井下工具。,,轨迹修正模块由于地层等各种因素使实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹偏离较大,无法实现工具纠偏,或因为地质勘探方面的原因，需要中途改变目标点位置或方向，此时都需要对原有的设计轨迹进行修正。因此，轨迹修正模块是旋转导向钻井中地面监控软件系统中不可或缺的组成部分。,,5.4轨迹修正模块,三维可视化模块MRSS地面监控软件系统三维可视化模块，是实现井眼轨迹三维可视化，直观显示轨迹变化趋势和控制效果。利用测斜计算和插值算法，可以将井眼轨迹任意一点表示为空间的三维坐标值，有了三维坐标值，就可绘制三维视图。在旋转导向钻井中通过三维视图可更直观地了解实钻轨迹与设计轨迹的偏差程度，同时也可了解丛式井组中各定向井井眼轨迹间的空间关系。,,,,地面监控系统指令生成模拟试验报告时间2006年8月22日至2006年8月23日地点胜利油田东辛采油厂营12区块井号营12－斜225井队黄河钻井五公司30171队,,1、试验目的本次MRSS系统联合现场试验，其目的是再现台架试验的工况与结果，即MRST井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统联合下井测试，试验其在斜井眼中保持原方位实现造斜功能，同时实现造斜时的“测、控、储”以及测试机械结构综合性能。地面监控系统部分主要完成对轨迹控制、轨迹修正设计及三维轨迹模块在接收上传实钻数据的处理，产生下传指令编码，即控制泵排量的时间序列。测试从上传实钻数据到下传指令整个过程中，地面监控系统的“监”与“控”完成情况。,2、轨迹控制旋转导向工具MSRT在井深1619.02m处下井实验，方余6.5m，接方钻杆开始钻进，参数是排量为18l/s，泵压是4MPa,钻压是120kN，转速40rpm。在1619.02m处，根据上传的实钻轨迹参数计算结果为,,进行实钻与设计偏差矢量计算，偏差距离为62.81m，方向248.24度。偏差失量远远大于工具的纠偏能力，必须进行轨迹修正设计。,,由于旋转导向工具MSRT在井深1619.02m处下井实验，此时实钻井眼轨迹已经与设计轨迹偏差太大，必须调用轨迹修正设计模块对待钻井眼重新设计，生成当前点到目标点的新轨迹。,,3、轨迹修正设计（待钻井眼设计）模块由于当前实钻轨迹已经偏离设计轨迹，要使顺利打入靶区需对当前点到目标井段重新设计轨迹。,输入当前井底实钻轨迹参数,输入目标靶区的垂深、北坐标和东坐标,输入目标点井斜角和方位角,输入当前井底实钻轨迹参数,,4、按新设计待钻井眼轨迹继续钻井轨迹控制参数48个导向点，有效控制偏差为4.5m，工程允许误差为1m，工具最大造斜率为3˚／30m。根据上传当前点的井深、井斜角、方位角进行偏差矢量计算，取出对应导向力的指令编号，获取改变泵排量的时间以下传控制指令。偏差矢量计算、指令编码及泵排量时间序列生成均正常。轨迹修正设计后，继续按新轨迹钻进。,,1.在井深1644m处，进行偏差矢量计算，并给出相关参数，如图4所示偏差距离62.57米，偏差方向247.73度；导向力大小等级100％，导向力方向为250度；指令编号为62；泵排量操控时间序列为30s90s30s90s60s。,2.在井深1663m处，进行偏差矢量计算，并给出相关参数，如图5所示偏差距离62.07，偏差方向246.12度；导向力大小等级100％，导向力方向为250度；指令编号为62；泵排量操控时间序列为30s90s30s90s60s。,,3.在井深1674m处，进行偏差矢量计算，并给出相关参数，如图6所示偏差距离为61.7米，方向为245.81度；导向力大小等级100％，导向力方向为250度；指令编号为62；泵排量操控时间序列为30s90s30s90s60s。,,,,5、三维轨迹营12－斜225的设计轨迹与实钻轨迹。,12－斜225井三维轨迹视图,,井号营12-斜225剖面型式园弧－斜直－园弧,小结,MRSS是基于CU的机电仪一体化旋转导向工具。地面监控系统配置有导向预测软件及偏差矢量法计算井眼轨迹偏差及调整控制软件。开发了“三降三升”变泥浆排量信息下传方式和变泥浆脉宽控制指令二进制编码方法。MRSS测控功能由地面监控指令，CU的控制轴，BU的控制阀（执行机构）三个核心部分实现闭环测控。,四、垂直钻井技术,在高陡构造等易斜地层难以打直，常规工具技术不管用，而深井超深井、海上上部大直径井段又严格要求井斜小于30。要主动防斜技术而PD.Auotrak等也满足不了要求。近年推出了PowerVPV、Vertitrak等垂钻工具。国内胜利油田承担的“863”机械式自动垂直钻井工具（适用于311mm井径）（石油学报V29-5）苏义脑等，CNPC”九五“项目基于不旋转导向套有四个伸缩块的自动垂直钻井工具的设计（参VDS原理）石油学报V22-4）XPU-SDI正研发以MRSS为依托的“一筒两芯”旋转导向垂直钻井系统。,工作原理,技术特点（1）采用机械结构控制，无电子装置→适应范围广，钻井成本低；（2）直接与钻头相连→有利于提高钻头纠斜效率；（3）重力信号式井斜测控机构、盘阀式液压导向机构→反应灵敏、可靠性高；（4）旋转推靠导向钻井方式→有利于提高井身质量和钻井效率；（5）整套工具强度不低于钻具的设计强度。,121/4″机械式自动垂直钻井工具的性能参数,,侧向推靠力试验,随着钻头压降的增大，侧向推靠力逐渐增大，当钻头压降为5MPa时，工具侧向推靠力已达2吨以上，满足钻井纠斜和防斜的需要。,川东雷北1井试验井段钻井数据,川东北地区高陡构造PowerV系统使用效果对比,五、发展（结束语）5.1RST旋转导向钻井系统突出的优点,井下闭环带来高质量的井眼轨迹，可消除滑移模式，打出更平滑的井眼。避免螺旋状井眼和井眼弯曲（HoleSpiralingWellboreTortuosity）旋转导向避免滑动钻进,降低磨阻,净化井眼。可防止岩屑堆积与轴向震动（CuttingBuildupAxialShock）特殊钻井需要，如高难度大位移井、设计师井等具有复杂结构的特殊井。井深超过1万米，扩大勘探开发面积，节省平台和投资油藏导航“ReservoirNavigation”，即在复杂油藏中导向钻井。调整工具面不耗费时间，钻速是滑动导向的一倍。继续发展完善旋转导向（推靠式与指向式的理论，研制，应用，比较）钻井工具及其系统,运用近钻头的测量技术,井眼光滑避免弯曲的原理,波浪形井眼中的高点和低点易聚集气和水，从而阻碍生产,,de,高难度大位移井需要,,,,,,,,,,,,,N,方位300,Eastm,2780,0,0,-1500,1000,0,2250,TVDm,130oTurn,GullfaksWellA-42,de,方位177,井斜变化率、方位变化率调整,三维多目标井（蛇形井）,5.2继续发展完善旋转导向钻井系统,继续发展完善旋转导向钻井系统，并把旋转导向与地质导向结合起来研制二者集成的地质－旋转导向闭环钻井集成系统。2000年胜利院士行活动时我就提出过这一想法。形象地说是“在边喊向我（目标地层）开炮同时开炮”井轨必将有效控制准确入靶。,（上行测量信息通道）,,,,,,闭环钻井测量-控制-通讯-信息流程图,（下行测量信息通道）,,,,随钻井下信息集成系统原理图,地面,5.3研发基于电子钻柱的由地面供电，不要井下电池与涡轮发电机的智能导向闭环钻井系统，并尽量采用数字技术、微电子技术微机电技术（如智能机器人）。国内外已经有人着手研究并称电控RST是超级RST。5.4本领域博士研究生可研究的方向与内容有①不同原理不同特征不同用途某一系列旋转导向钻井工具及其闭环系统的优化升级创新理论与设计应用研究；②地质导向工具及系统的理论创新技术研究；,③旋转导向与地质导向和随钻测井的集成系统的理论与创新技术研究；④自主制导闭环钻井系统的理论与创新技术研究；⑤基于电子钻柱的智能旋转导向闭环钻井与地质导向和随钻测控集成系统的理论方案与创新技术的研究；⑥智能化，信息化导向钻井技术相应软件的研究。⑦地面指令下传（及井下信息上传）方式的理论与应用研究。,其他相关研究前沿方向①复杂地质条件和难开采剩余油区钻井类型机井身轨道的设计与井身轨迹的时实跟踪控制；②MRC/ERC的优点及挑战性（SPE85307，97514等）；③复杂地质条件下水平井分支井钻井完井技术（达到TAML五六级标准）以及采油增产修井技术研究。,欢迎攻博欢迎合作,