基于载波通信原理的电磁波随钻测量技术

随钻电磁波电阻率测量技术一、引言提高服务质量，降低服务成本是工程技术服务努力追求的目标。

随钻测井相对于电缆测井具有多方面的优势：一是随钻测井资料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的，能够更真实地反映原状地层的地质特征，提高地层评价精度；二是随钻测井在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，从钻井一测井一体化服务的整体上节省成本；三是在某些大斜度井或特殊地质环境(如膨胀粘土或高压地层)钻井时，电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。

因此，随钻测井既提高了地层评价测井数据的质量，又减少了钻井时间，降低了成本。

（一）、随钻测井技术发展现代随钻测井技术大致可分为三代：90年代初以前属于第一代，提供基本的方位测量和地层评价测量，在水平井和大斜度井用作“保险”测井数据。

但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比，以及地层评价。

随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。

90年代初和中期属于第二代，方位测量、井眼成像、自动导向马达及正演模拟软件相继推出，通过地质导向精确地确定井眼轨迹。

司钻能用实时方位测量，并结合井眼成像、地层倾角和密度数据，发现目标位置。

这些进展导致了多种类型的井，尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。

从90年代中期到目前属于第三代，称为钻井测井(Logging for Drilling)，提供界定地质环境、钻井过程、采集实时信息时所要求的数据。

表1 随钻测井技术发展（二）、随钻测井的一般知识1、随钻测量MWD包括井眼几何形状（井眼尺寸、井斜、方位等）的测量，与钻井工程相关的工程参数（钻压、钻具扭矩、井眼压力、转速、环空压力等钻井参数）的测量，以及对自然伽马、电阻率的测量。

主要是测量工程数据，并具有单一性。

2、随钻测井LWD在随钻测量MWD的基础上，增加了识别岩性和孔隙性、判识储层的方法如中子、密度等，能对储层做出基本的评价。

基于电磁感应原理的随钻数据传输方式的研究【摘要】随钻仪器在工作时向地面进行信号传输所采用的方式有许多种，目前大部分已经不能满足井下大量数据传输的要求。

本文介绍一种适用于随钻仪器高速数据传输的方法，它利用钻杆接头处线圈间的电磁感应耦合原理实现信号的非接触式传输。

经过大量实验及应用效果表明，该技术以能够实现随钻仪器数据的高速双向传输。

【关键词】随钻仪器；数据传输；电磁感应耦合；非接触随钻测井系统主要包括工程参数测量和地质参数测量两部分。

前者主要是对钻井过程的井眼轨迹参数进行测量，包括井斜、钻井方位角和工具角度等[1]。

后者是对前者的补充，包括地层电阻率、孔隙度和钻具扭矩、钻压等，同时还可以提供方向参数。

随着随钻仪器采集的参数不断增加，数据量也越来越大，那么在井下和地面之间的信息通路的数据传输速率就必须要提高。

因而半个多世纪以来人们研究了各种数据传输技术，但这些传输方法各有其优缺点。

电磁波传输和声波传输方法的数据传输速率仍然不够快而且传输距离也有限；光纤传输和有线对接传输速度很快但无法避免通信线路在钻杆接头处的磨损，使得其可靠性下降；而钻杆存贮式传输技术不能实时传输数据。

怎样解决速率、可靠性和实时性三者的矛盾，成为突破信息传输的瓶颈的关键问题。

在这种背景下，国外出现一种基于电磁感应耦合原理的随钻数据传输方法，其速率可高达2Mbps[1]，此系统也称为磁感应数据传输系统。

本文深入研究了这种数据传输方法，建立磁感应传输的信道模型以及实验系统。

1.基本原理在这种方式下，数据通过钻杆传输至地面，在两个钻杆接头处采用非接触的方式进行传输。

具体做法是在钻杆两端放置磁感应线圈，钻杆连接之后，相邻两节钻杆端部线圈之间的间隙很小，允许小信号以电磁感应的方式通过。

为了提高传输效率，线圈放置在用磁性材料制作的环形槽中。

在钻杆内部，信号通过高强度的电缆传输。

另外，数字信号不能直接在电磁感应信道中传输，电磁感应传输的基本原理就是用待传输的数字信号对能够在信道中传输的载波进行调制，让载波信号的幅度、频率或相位随数字信号变化[2]。

电磁波随钻测量系统在煤层气钻井中应用分析作者：余晓辉来源：《科学与财富》2019年第09期摘要：电磁波随钻测量系统优点有很多，钻井液几乎不会对它产生影响，同时它能够保证高速的信号传输性能，并且短时间内就可以完成测量工作。

这些优点是普通无线随钻测量系统无法达到的。

本文对煤层气钻井过程中使用电磁波随钻测量系统的优势情况进行分析。

关键词：电磁波;随钻测量煤层气钻井1、前言我国的地质构造结构决定了蕴藏在我国的煤气层基本处在压力低的地层中，这个特点对我国煤层气的开采利用技术产生了些许影响。

在开发过程中，要加强对煤层的可须持发展利用的措施。

技术人员往往根据煤层气的各自特点，选取不同的钻进技术。

如空气钻、雾化钻、泡沫钻等，这些由气体或气液两掺流体的钻进技术。

但如果遇到有的地层，泥浆中空气含量已经远高于20%时，我们常规用来检测的脉冲设备就不能发挥作用了。

脉冲随钻测量系统是目前应用比较广泛的水平井开采测量系统，脉冲系统主要工作原理是由钻井液在杆内的压力变化，由此达到信号传递的功能。

脉冲系统的一个弊端就是，对相应设施要求较高，如果钻井液密度和井泵型号不匹配，都无法工作。

在测量过程中容易造成安全隐患。

上世纪80年代，工业领域引入了电磁波无线随钻测量技术。

电磁波随钻测量的原理是凭借电磁波来传递数据信息，而不使用其它媒介。

这种传递方式的优势有传输速度快，耗时短、耗费低等特点。

2、电磁波随钻测量系统设备的安装调试2.1电磁波随钻测量系统组成该系统两部分构成，一部分在井下负责测量，一部分在地上作为显示仪器。

该系统利用低频段的电磁波，利用井下部分带有的发送装置，在工作的过程中可以将井下的各部分测量数据利用电磁波信号向地面上的显示仪器上发送，地面的显示仪器带有接收装置，可以将接收到的信号进行计算，然后将计算出的数据作为控制井眼轨迹的依据。

负责发射信号的井下装置，使用专门的电池产生电能，维持工作。

一般电磁波发射频率高低会影响能耗。

随钻电磁波测井文献综述
电磁波测井是一种广泛应用于地球物理勘探领域的技术，它利
用电磁波在地下介质中传播的特性来获取地下岩石的电磁参数信息，从而推断地下岩石的性质和构造。

随钻电磁波测井是指在钻井过程
中进行电磁波测井，可以实时获取地下岩石的电磁参数信息，对地
层进行快速、准确的评价，具有较高的时效性和实用性。

在进行随钻电磁波测井方面，有许多文献综述涉及到不同方面
的研究。

首先，从技术原理方面来看，有关电磁波测井的物理原理、信号传输与接收、数据处理与解释等方面的文献综述十分丰富。

这
些综述从理论角度系统总结了电磁波测井的基本原理和方法，为研
究者提供了重要的理论参考。

其次，从应用方面来看，随钻电磁波测井在油气勘探、矿产勘探、地质灾害监测等领域都有广泛的应用，因此相关的文献综述也
涵盖了不同领域的应用案例和成果。

这些综述从实际应用的角度总
结了随钻电磁波测井技术在不同领域的应用效果和发展趋势，为相
关领域的工程技术人员提供了宝贵的经验和借鉴。

此外，随钻电磁波测井技术的发展也受到了地球物理学、电磁
学、信号处理等多个学科的影响，因此相关的文献综述还涉及了多学科交叉研究的内容，探讨了随钻电磁波测井技术与其他技术的结合与创新，为相关领域的学术研究提供了新的思路和方法。

综上所述，随钻电磁波测井文献综述涵盖了技术原理、应用案例、多学科交叉研究等多个方面的内容，为相关领域的研究者和工程技术人员提供了全面和深入的资料和参考，对该领域的发展具有重要的指导意义。

E—LINK电磁波随钻仪器工作原理及使用分析作者：韩贤军雍少武李明来源：《华东科技》2013年第04期【摘要】本文主要介绍E-LINK电磁波随钻仪器的工作原理以及在多口中短半径水平井的使用分析。

通过对电磁波无线测量技术的研究，为E-LINK今后在欠平衡钻井及其它领域的应用打下了坚实的基础。

【关键词】e-link；原理；使用分析引言电磁波随钻测量技术突破了主要靠泥浆脉冲传递信号的束缚，E-LINK电磁波随钻仪器被广泛应用于各类如油层厚度大，地质构造复杂，有断层、裂缝，高含气、易发生井漏、井涌等复杂情况，其地层电阻率在10 ohm.m到20 ohm.m之间，采用充氮泡沫封闭循环欠平衡钻井技术，也非常适合电磁波随钻仪器的应用。

1 E-LINK电磁波随钻仪器的工作原理电磁波的产生，就是因为磁可以产生电，电又产生磁，如此反复，并且向外传播，就形成了电磁波。

电磁波可以穿透包括大多数导体在内的所有介质并在这些介质中传播。

穿透深度反比于波的频率以及介质的导电系数。

电磁波随钻测量系统就是利用电磁波这种特性实现信息传输的.E-LINK电磁波随钻仪器在定向井和水平井的施工中电磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的。

但是信号的传输会受到地层电阻率大小的影响。

当地层电阻率很小时（小于1ohm.m）电磁波信号就会很容易衰减无法传到地面。

当地层电阻率很大时（大于200ohm.m）电磁波信号就会被阻隔也无法完成信号的传导。

E-LINK电磁波随钻仪器系统工作原理如下：首先探管获取井下测量数据然后将测量的数据加载到载波信号上并控制电磁波发射器发射电磁波，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射。

通过在地层或套管埋设信号接收极将电磁波信号传送至地面接收系统。

2 E-LINK电磁波随钻仪器主要性能参数E-LINK系统有两种信号传输方式可以选择。

第一种是DES模式，是一种无线接收模式。

通过插入地层的电极传递电磁波信号，后通过无线发射装置发射信号至操作间的接收天线，最终传递到接口箱和计算机解码。

专利名称：一种利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置专利类型：发明专利
发明人：赵小勇,魏春明,李宝鹏,邱林,毕丽娜,高廷正,胡秀凤
申请号：CN201610826787.6
申请日：20160919
公开号：CN106437686A
公开日：
20170222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置，包括井下装置和地面装置,井下装置包括电磁波发射天线、泥浆发电机总成、整流稳压模块、天线驱动和编码模块、定向探管短节、可调伸缩连接模块和电阻率伽马短节，地面装置包括依次连接的电磁波接收天线、数据处理仪、数据解码软件和显示设备；本发明基于泥浆发电机供电，利用电磁波信号实时传输随钻测井数据，以便实现随钻测井数据的快速上传。

本发明比传统的正脉冲泥浆信号传输速率快，不使用锂电池，更有利于保护环境，且现场组装方便，具有很大的实用意义。

申请人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司
地址：300457 天津市滨海新区经济技术开发区第二大街83号中国石油天津大厦渤海钻探工程有限公司
国籍：CN
代理机构：天津才智专利商标代理有限公司
代理人：王晓红
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APSLWD随钻测井系统原理及应用摘要：随钻测井把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融为一体，用无线短传方式把井底工程地质参数传至地面，适时做出解释与决策，实施随钻控制。

本文以APS公司生产的LWD随钻测井系统为例，介绍其工作原理、结构组成和技术特点，及其在辽河油田和吉林油田的应用效果。

关键词：随钻测井APS 应用一、引言随着随钻测井LWD（Logging While Drilling）技术的发展和应用，大斜度井和水平井技术得到进一步提高。

LWD是在钻井过程中实时测量地质工程参数和测井曲线，地质工程师可以依据获取的自然伽马、电阻率等地质参数，对地层变化情况做出及时准确的判断，精细调整钻井轨迹，指导定向施工，确保井眼轨迹命中油气层并在最佳油气层中钻进，提高油气层钻遇率，优化和完善钻井过程。

此外，在随钻测井条件下地层尚未或很少受井内泥浆滤液侵入的影响，与电缆测井相比，更容易测出原状地层的真实参数[1][2]。

APS公司生产的LWD系统可实时测量井斜、方位、工具面、环空压力、自然伽马和电阻率等地质和工程参数，采用泥浆正脉冲信号传输方式，提供实时补偿测量并消除井筒因素的影响来提高数据的精度，在各种类型的泥浆和井眼中可进行地质导向、井眼校正、孔隙压力趋势分析和测井等作业，为现场工程师和解释人员提供可靠的数据来源，是一种先进的无线随钻测量系统。

二、APS LWD随钻测井系统简介（一）随钻电磁波电阻率测井仪工作原理APS电磁波电阻率WPR（Wave Propagation Resistivity Sub）是一种双频率（400kHz和2MHz）、双源距、可进行实时补偿的随钻测井工具，其一般原理如下：从发射极发出的电磁波，通过地层到达中间的接收天线，由于地层的导电性不同，电磁波到达接收天线处出现相位差和幅度差，不同的地层出现相位差和幅度衰减不同，故可以判别地层。

WPR的4个发射天线T1、T2、T3、T4按照程序设定的方式分别发送400KHz、2MHz的电磁波信号，穿越地层后被2个接收天线R1、R2接收，如图1所示。

基于载波通信原理的电磁波随钻测量技术苏毅;齐昕;刘阳;张金光【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2013(000)002【摘要】为了提高电磁波随钻测量中数据传输速率，增加信号遥测深度，解决钻杆寿命低、可靠性差和电磁信号散射严重等问题，提出了基于载波通信原理的随钻测量技术。

该技术利用载波原理，通过耦合变压器将电磁波信号耦合到钻杆上，利用钻杆和大地构成导波系统，从而实现井上与井下的数据传输。

通过分析电磁波在地层和钻杆中的传输特性，得到钻杆中的传输线波动方程，并给出系统的总体构成及设计方案。

采用LM1893作为载波模块，研制出井下发射机和井上接收机系统，并对系统进行了优化设计。

结果表明，利用载波技术将电磁波加载至钻杆，通过钻杆-大地构成的传输信道，能够把井下测量参数传输到地面，同时还可把地面设置参数及指令发送到井下，实现地面与井下的双向通信。

图7参11【总页数】6页(P226-231)【作者】苏毅;齐昕;刘阳;张金光【作者单位】北京科技大学机械工程学院;北京科技大学机械工程学院;北京科技大学机械工程学院;山西潞安环保能源开发股份有限公司地质处【正文语种】中文【中图分类】TE631【相关文献】1.电磁波无线随钻测量技术在石油钻井中的应用 [J], Ji Yuping2.春风油田薄层水平井随钻电磁波电阻率测量技术 [J], 孙荣华;崔海林;赵秀风3.基于随钻电磁波传输的接收系统研究 [J], 赖章军;孙向阳4.电磁波随钻测量技术取得新进展 [J], 高炳堂5.试论欠平衡钻井中应用电磁波随钻测量技术的若干问题 [J], 李田军;鄢泰宁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。