钻井液脉冲发生器研究现状分析

２０１０年第３９卷　第１Ｏ期第８页　石油矿场机械　ＯＩＬ　ＦＩＥＬＤ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　

文章编号：１００１－３４８２（２０１０）１０—０００８—０４　

泥浆脉冲发生器研究现状　

肖俊远，王智明，刘建领　

（吉林大学机械学院，长春１３００２５）　

摘要：介绍了泥浆脉冲发生器的基本类型，分析了国内外研究现状，解释了连续波泥浆脉冲发生器　

发生机理，定性探讨了转子扭矩的影响因素，给出了转子优化设计原则。　关键词：随钻测井，泥浆脉冲发生器，转子，扭矩，优化设计　

中图分类号：ＴＥ９２７．６　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　Ｍｕｄ　Ｐｕｌｓｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

ＸＩＡＯ　Ｊｕｎ～ｙｕａｎ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｒｕｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｊｉａｎ—ｌｉｎｇ　（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｍｕｄ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｄ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｍｕｄ—ｗａｖｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｐａｔｈｏｇｅｎ—　

ｅｓｉｓ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ，ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｔｏｒｑｕｅ　ｗａｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＭＷＤ；ｍｕｄ～ｗａｖｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｒｏｔｏｒ；ｔｏｒｑｕｅ；ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　

随着石油工业的发展，对测井技术的需求越来　

越高。测井技术的准确性取决于获得井下信息的真　实性和快速性，其关键技术是井下信息传输的载体、　传输工具、传输速率及其在地面的信号接收、信号处　

30技术应用与研究

随着钻井技术的不断发展，随钻测量技术已发展到随钻测井技术，而随钻测井技术的关键是井下仪器所测数据的实时传输和传输速率等问题，随着测井项目的增多，所测数据也越来越多，地面为了及时接收到井下数据，就对数据的传输速率提出了更高的要求。目前信号传输的介质主要有三种：泥浆脉冲、电磁波、声波，其中电磁波传输方式由于其信号衰减严重，所以其使用受到很大限制；声波传输方式仍然处于试验阶段，还不具备广泛商业应用的价值；泥浆脉冲传输方式是目前商业化应用最为广泛的一种方式。泥浆脉冲传输方式根据其工作原理可分为正脉冲、负脉冲、连续波三种形式。负脉冲由于能量消耗较大结构较为复杂，所以逐步被淘汰；正脉冲具有结构简单便于维护保养，信号稳定等优势，但是传输速率较低，一般在0.5～5.0bit/s，这种方式是目前应用最为广泛的；连续波传输方式传输速率高，但是结构复杂，信号处理也具有一定难度，所以只有少数几家具有该研发能力。一、正脉冲发生器工作原理及研究现状1.正脉冲发生器的原理正脉冲主要是依靠节流控制阀，当井下仪器开始工作时，钻井液通过仪器的截面积发生变化，从而引起钻柱内泥浆压力的波动，地面设备检测到压力波后，开始解码。2.国外研究现状正脉冲发生器的理论研究已非常成熟，实际产品也广泛应用。美国哈里伯顿公司的MWD无线随钻测量仪器是目前世界技术最成熟、性能最稳定的；斯伦贝谢公司的Slim型正脉冲具有可打捞、操作简单、性能稳定的优势。3.国内研究现状国内的各大石油公司也已经具有了自主知识产权的正脉冲发生器，技术也基本成熟，性能稳定。中石油研究院在2003年研发了CGMWD无线随钻测量系统，并进行了现场试验取得了成功。大港油田于2004年研发成功了国内第一套涡轮发电方式的正脉冲无线随钻测斜仪HM-MWD。胜利油田研发了由锂电池供电的电子测量短节，并利用美国APS公司的旋转阀脉冲发生器，组成了一套新型MWD系统，并进行了现场试验。北京海蓝科技公司研发的无线随钻测量仪YST系统也是一种正脉冲式，也是依靠泥浆压力波将信号传输到地面，该系统具有结构简单、维护保养方面，可打捞等优势，其供电系统是依靠安装的锂电池。中石化钻井技术公司借鉴哈里伯顿公司的DWD系统研发了具有自主知识产权的SDM随钻测量系统，并取得了现场应用的成功，该系统基本与SPERRY-SUN公司的无线随钻测量系统一致，均采用涡轮发电。二、连续波信号发生器工作原理及研究现状1.工作原理连续波脉冲发生器主要有转子和定子组成，在定子和转子上都安装有一定数量的叶片，当仪器工作时转子发生旋转，导致其上面的叶片和定子上的叶片之间的相对位置发生变化，这样就导致泥浆的流道面积发生变化，进而引起钻柱内泥浆压力的波动，形成正弦压力波信号。2.研究现状连续波信号发生器的结构复杂，信号容易受到干扰，所以其具有一定的研发难度。目前只有三家石油公司拥有该项技术，一是美国斯伦贝谢公司研发的Pulse系统，二是APS公司研发的RotaryPulser，三是贝克休斯公司的摆动剪切阀式信号发生器，它们均已成功应用于现场服务，并具有很高的商业价值。斯伦贝谢公司的PowerPluseTM可以达到24Hz的信号放射频率，信号传输速率可以达到12bit/s。贝克休斯的摆动剪切阀式信号发生器可根据井深的不同而采用不同的传输速率。其在现场试验过程中，井深达到915米时信号传输速率可以达到41bit/s，而在现场施工时在井深3000米时信号传输速率可高达31bit/s，在井深6400米的时候信号传输速率可以达到21bit/s，在井深达到11000米时其信号传输速率还可以保障到3bit/s。国内研发的无线随钻测量仪器基本都是正脉冲形式，对于具有高传输速率的连续波脉冲发生器还处于理论研究和模仿研制的初始阶段。与国外先进的技术相对比而言，我国的无线随钻测量技术还处于引进和消化的初级阶段。目前我们比较成熟技术只有正脉冲传输方式，其传输速率最高才能达到5bit/s。三、无线随钻测量仪的发展趋势（1）随钻近钻头测量是井眼轨迹控制的利器，同时也能够提高钻穿目的油层的准确度。（2）随钻测量仪器的可靠稳定性。随着钻井条件的日益恶化，井下仪器面临着高温、高压、振动等各种不利条件，怎么克服这些不利因素保障仪器的正常工作将是今后的重点。（3）测量数据的传输速率。井下仪器测量的参数越来越多，就要求其能将所测数据及时上传，同时地面综合性系统也要求大量数据的支持，所以今后数据传输效率的提升将会引起人们的关注。四、结论随着钻井技术的发展，随钻测量技术也在不断发展，井下所测数据也越来越多，因此数据传输速率是制约随钻测量技术发展的一个关键因素。目前对于应用最为广泛的正脉冲发生器，其传输速率很难有更高的提升；而连续波发生器具有高速的传输效率，所以将会是钻井液脉冲发生器发展的方向，或者有其他更加高效的传输方式来替代泥浆脉冲方式。参考文献：[1]张春华,刘广华.随钻测量系统技术发展现状及建议[J].钻采工艺,2010,33(1):23-25[2]刘志申.随钻测量技术现状及展望[J].自动化应用,2018, (34):45-50钻井液脉冲发生器研究现状分析呼延龙 胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘　要】无线随钻测量技术随着钻井技术的发展也不断的实现突破，其信号传输速率是制约无线随钻测量技术的关键因素。本文对目前使用最为广泛的泥浆脉冲发生器进行研究分析，首先根据其工作原理对其进行了分类讨论，然后针对正脉冲发生器和连续波信号发生器进行了原理分析，并对目前的研究现状进行了描述，指出今后随钻测量仪的发展方向。 【关键词】脉冲发生器；正脉冲；连续波；研究现状

石油天然气学报（江汉石油学院学报）　２００８年２月第３０卷第１期　Ｊ０ｕｍａＩ　ｏｆ　０ｉｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪＰＩ）　Ｆｅｂ．２００８　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ・１　

负脉冲ＭＷＤ的原理及其在可泡沫钻井液中的应用　

立新（　薯　裹　４。３。０。０　４）　

挛　涛，张艳梅　＜胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营２５７０１　７）　

宋远贵　（四川石油管理局川西钻探公司，四ＪＩＩ成都６１００１５）　

［摘要］简要介绍了负脉冲无线随钻测量仪ＭＷＤ系统的基本结构和原理，提出负脉冲ＭＷＤ系统能够在　

泡沫钻井液中使用的主要观点。通过在胜利油田草古１００一平５水平井中的使用，证明了在泡沫钻井液中　

使用负脉冲　ＭＷＤ系统是可行的。　

［美键词］无线随钻测量；负脉冲法；泡沫钻井液　

［中豳分类号］ＴＥ９２７　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１０００—９７５２（２００８）０１—０３６２—０２　

近年来，欠平衡钻井技术迅速发展，其主要优越性是：减轻地层伤害，提高油井的产能；增加钻　

逮，降低钻井成本；及时发现地质异常情况和识别产层；油气投放市场快。而采用可循环泡沫钻井液体　

袭是实施欠平衡钻井删－一　－￣－　用．方法。另外，水平井技术已被实践证明，能有效提高油田的采收率。二　

者襁结合，欠平衡水平井钻井技术就应运而生。要实施欠平衡水平井钻井，如何保证目前使用的无线随　

锚测斜仪在可循环泡沫钻井液中的正常使用，成为实施该项技术的一个关键。笔者就此展开讨论。　

１熊脉冲ＭＷＤ的结构及原理　

负脉冲ＭＷＤ无线随钻测量系统主要包括地面接收处理系统、井下仪器以及钻井液脉冲遥测系统。　

蜿面接收处理系统主要由立　

管压力传感器ＳＰＰ、泵冲传感器　

ＰＵＭＰ、地面接口箱ＳＩＢ、司钻　

阅读器ＲＦＤ、便携计算机和应用　

软件等设备组成。井下仪器包括　

脉冲发生器ＴＸ，驱动短节ＡＰＣ，　

电池短节ＰＳＡ，测量短节ＳＥＡ。　

钻井液脉冲遥测系统为负脉　

冲系统。　

脉动扭转冲击装置结构设计及动力仿真

蒋龙;樊军;安辉

【摘 要】针对传统石油钻井工具在深井、硬质地层中钻进效率低,钻井成本高,粘滑振动现象严重等缺点,设计了一种新型脉动扭转冲击钻井工具.该脉动扭转冲击钻井工具由冲击装置和换向装置组成,利用Pro/E建立了脉动扭转冲击装置的分析模型并利用XFLOW分析内部流场及压力分布,设置不同工作状态下的边界条件,得到该工具不同工作状态下的压力分布云图和出口平均压力曲线.仿真结果表明,冲击锤的周向运动由两侧的压差驱动;压降参数与美国的Torkbuster基本相同,性能具有相关性;出口平均压力变化小,可以稳定工作,为脉动扭转冲击装置内部结构设计及性能优化提供参考依据.

【期刊名称】《机械设计与制造》

【年(卷),期】2015(000)012

【总页数】4页(P12-15)

【关键词】脉动扭转冲击装置;结构设计;XFLOW;动力仿真

【作 者】蒋龙;樊军;安辉

【作者单位】新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047

【正文语种】中 文

【中图分类】TH16;TE924 摘.：针对传统石油钻井工具在深井、硬质地层中钻进效率低，钻井成本高，粘滑振动现象严重等缺点，设计了一种新型脉动扭转冲击钻井工具。该脉动扭转冲击钻井工具由冲击装置和换向装置组成，利用Pro/E建立了脉动扭转冲击装置的分析模型并利用XFLOW分析内部流场及压力分布，设置不同工作状态下的边界条件，得到该工具不同工作状态下的压力分布云图和出口平均压力曲线。仿真结果表明，冲击锤的周向运动由两侧的压差驱动；压降参数与美国的Torkbuster基本相同，性能具有相关性；出口平均压力变化小，可以稳定工作，为脉动扭转冲击装置内部结构设计及性能优化提供参考依据。

石油行业在我国的支柱产业中具有非常重要的地位，为我国的经济建设提供了不可替代的战略能源。随着对油井的开发，深井和超深井的数量越来越多，所遇到的硬地层的比例越来越大，常规的旋转钻井方法的破岩效果和钻井效率也越来越低。常用的方法是在钻头的上方添加一个液动冲击器并使配套相应的钻头[1-2]，但是在遇到硬质地层时，由于破碎岩石的扭矩不足增加粘滑振动现象，钻头损坏严重甚至失效[3]。扭转冲击钻进是一种新的钻进方法，可以有效的解决井下的粘滑振动现象，提高钻井效率[4-5]。最早商用的是美国Ulterra公司研制的采用涡轮驱动的Torkbuster扭力冲击发生器[6]；国内对扭力冲击器的研究也取得了很大的突破，胜利油田研究院和中国石油大学（华东）联合研制的SLTIT扭转冲击器[7]，西南石油大学研制的蜗杆驱动的扭转冲击钻具[8]，在一定程度上缓解了井下钻进过程中的粘滑振动现象，提高了钻井效率，但是由于钻井工具中的易损元件较多，内部流道复杂而冲蚀严重，钻井工具寿命较短，在国内钻井中的应用并不广泛。脉冲扭转冲击装置是一种径向的井下冲击辅助工具，易损件较少，可以有效解决井下钻井粘滑振动难题。脉动扭转冲击装置[9]是依靠冲击锤两侧流体的压差推动其实现正反转，提供一定频率的脉冲动力并直接传至钻头。通过对设计脉动扭转冲击装置模型建模，对整体和关键零部件进行设计，利用CFD软件对内部流场进行动力学仿真分析[10-11]，为脉动扭转冲击工具的结构改进与性能优化提供参考依据。