随钻测井仪器时钟系统的研究
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43随钻测量是钻井作业过程中不可缺少的重要技术,可以对钻遇的地层岩性进行实时监测,从而获取到准确的地层物理参数。
随钻测量多利用声波、放射线、电阻率等技术,可以对钻遇地层进行评价并进行地质导向,可为水平井、大斜度井等钻井作业方案的制定提供数据支持。
随钻测量数据是在地下储层没有受到钻井液污染前获取到的,可以更为准确地体现出地下储层岩性,该技术经过数十年的发展,已经在稳定性和准确性方面取得到很大的进步,本文主要对随钻测量系统的发展情况进行分析和探讨。
一、随钻测量系统技术发展情况1.国外随钻测量系统发展情况在上世纪三十年代,石油行业的科研人员就已经对随钻测量系统开展了大量的研究和实验,但只停留在电极测量、地下储层电阻率测量方向。
进入到五十年代,科研人员开始把电磁波技术应用到随钻测量中,但电磁波在地层中传递过程中,信号的强度会不断衰减,没有取到很好的应用效果。
在五十年代后期,正脉冲泥浆遥测传输系统已经被研发出来,在六十年代初得在钻井实验中取得了成功应用,是随钻测量系统首次进入到工业应用领域。
进入到七十年代以来,随钻测量技术得到了石油行业的重视,正弦波泥浆遥测传输系统研发成功,制定了随钻测量工业标准及可靠性标准,在钻铤部位设置发射器和接收装置,对随钻系统进行了完善,研发的自然伽马井下随钻仪也被推向市场。
进入到八十年代,很多石油公司加大对随钻测量仪器的研发力度,随钻测量仪质量和性能也在不断进步,利用导向螺杆钻具和无线随钻系统,在水平井钻井作业中取得了成功。
随着定向井、水平井等钻井作业的需求增多,随钻测量系统的应用也逐渐变多,随钻测井技术服务也得到了快速的发展,国外石油公司已经开发出自然伽马、电阻率、声波测井等技术。
最近一些年来,国外公司研发出使用寿命更长的随钻测量系统,该测量仪器可以适应井下恶劣的自然环境,可以满足钻井作业的多种需求。
国外随钻测量系统不断向着高性能、高可靠性方面发展,在硬件方面也取得很大进步,监测数据解释和软件性能方面也取得很大突破。
40技术应用与研究井下环空压力是影响钻井作业井下安全的重要因素,同时也是控压钻井过程中的不可缺少的参数。
目前,绝大多数的钻井过程中的井底环空压力是利用理论模型计算得到的,为了计算的简单方面一般建立的模型进行了简化,所以与实际情况具有较大差距,因而计算得到的环空压力只能作为一定的参考。
随钻压力测量技术(PWD)是通过安装在底部钻具上的传感器直接测量其周围的环空压力,并将其传输到地面,所以其具有很高的精度,是确定环空剖面压力,确定钻井液密度,实现控制压力钻井技术的关键。
一、随钻压力测量系统的结构及组成随钻压力测量系统主要有两部分组成:井下测量短节和地面系统。
随钻压力测量系统工作时,井下测量短节实时测量环空压力,并将测量得到的数据进行编码,然后利用脉冲发生器以泥浆压力脉冲的方式发送到地面。
地面系统通过安装在立管上的压力传感器检测压力脉冲信号,然后进行解码得到所测量的数据。
井下测量短节主要有四部分组成:发电机模块、测量传感器、数据采集与编码模块、信号发送模块。
发电机模块主要依靠钻柱内泥浆的流动冲击涡轮转子发送旋转,将机械能转换为电能,为井下所需电能的部件提供电源。
测量短节上主要安装有压力传感器、温度传感器、应变传感器。
其中压力传感器用于测量其周围环空处的泥浆压力,温度传感器测量井底环境温度,应变传感器用于测量钻头处的钻压和扭矩。
二、工作原理随钻压力测量系统工作时,首先通过安装的各传感器将钻压、扭矩、温度、环空压力等物理信号转化为电信号。
数据编码模块将采集到的电信号按照一定的规则转化为由0和1组成的二进制信号,并按其产生波形信号。
此波形信号为脉冲发生器的输入信号,在脉冲发生器的作用下将波形信号通过泥浆压力波传输到地面。
此编码方式为了能够将井下和地面井下随钻压力测量技术研究及应用张贤明 胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘 要】在钻井过程中,特别是控压钻井过程中井底环空压力与地层压力的平衡与否是影响井下安全的重要因素。
Drilog(R)随钻测井系统深度跟踪关键技术研究
邓晓清;蒋荻南;卢华涛
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2017(046)003
【摘 要】中海油服自主研发的随钻测井系统Drilog(R)已进入商业化应用阶段.从
随钻测井的深度跟踪基本原理与分布式系统架构入手,阐述了其深度跟踪子系统的
关键技术.通过公式论证,研究了大钩高度和大钩载荷的测量原理和标定方法,分析了
钩载滤波算法的优化方法.介绍了深度跟踪系统在测量手段改进、算法优化、系统
设计优化等方面的工作,总结了该系统在现场的应用成果及未来发展方向.
【总页数】5页(P18-22)
【作 者】邓晓清;蒋荻南;卢华涛
【作者单位】中海油田服务股份有限公司油井技术研究院,北京101149;中海油田
服务股份有限公司油井技术研究院,北京101149;中海油田服务股份有限公司油井
技术研究院,北京101149
【正文语种】中 文
【中图分类】TE927.601
【相关文献】
1.水平井随钻跟踪中的测井研究与实例分析 [J], 陈松;任宝生;卢异;李辉;何川;王洪
霞
2.DRILOG随钻测井系统中定向探管的测量质量分析 [J], 王兴;姜天杰;尚捷
3.DRILOG随钻测井系统中定向探管的测量质量分析 [J], 王兴;姜天杰;尚捷;
4.Drilog随钻测井系统在渤海油田的应用 [J], 岳明亮
5.差值平均深度校正法在随钻测井深度跟踪的分析 [J], 陈军
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一个随钻仪器制造执行系统
张子银;王传伟
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2018(030)003
【摘 要】随钻仪器的加工制造是一个复杂的生产过程.本系统应用制造执行系统管
理理念和工作流分析技术,可以实时监控、协同、调度、分析和预警随钻仪器制造
执行过程,并对物资需求计划给予有效的数据支持,有利于制造企业提高物料管理和
全过程质量管理水平.
【总页数】3页(P58-60)
【作 者】张子银;王传伟
【作者单位】大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413;大庆钻
探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413
【正文语种】中 文
【中图分类】TE2
【相关文献】
1.随钻测量是录井行业发展的必由之路——关于随钻录井的技术设想2.国外随钻
测量/随钻测井技术在海洋的应用∗3.用一个钻头进行随钻取心4.从部门化到系统
化:行政执行系统建设如何更强有力——基于行政执行系统模型理论的分析5.一个
新的NMR测井发展方向——T_1在随钻核磁共振测井技术中的应用
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第4卷第4期2008年12月 新疆石油天然气Xinjiang O il &Gas Vol .4No .4Dec .2008文章编号:1673—2677(2008)04—0066-03收稿日期:2008-07-15 改回日期:200811-16作者简介:徐秀杰(1956-),男,西部钻探克拉玛依钻井工艺研究院科研中心工程师。
HZ M WD 无线随钻测量与传输系统的研制与应用徐秀杰,陈若铭,罗良波,范志国(西部钻探克拉玛依钻井工艺研究院,新疆克拉玛依834000)摘 要:定向钻井需要解决的关键技术之一,就是对井眼轨迹数据的准确测量与信息的实时传输,但是,高端随钻测量技术长期以来一直由国外公司控制,中端无线随钻仪器因成本居高不下,且维修保养困难、供货周期长等问题,已成为制约我国利用该技术提高油田勘探开发效益的瓶颈,为此,我院就该技术进行了大量的理论和实验研究,解决了该技术面临的诸多技术难题,研制成功了HZ MWD 无线随钻测量与传输系统,并成功地在新疆油田的8口水平井上进行了现场应用,取得了良好的应用效果,为新一代随钻测量仪器研究奠定了坚实的基础。
关键词:无线随钻测量;传输;研制;应用;HZ MWD中图分类号:TE271 文献标识码:B 定向井、水平井可有效增加油层的裸露面积,大幅度提高单井采收率,达到提高油田开发效益的目的,因此,已成为油田开发的重要技术手段,但是,作为定向井钻井核心技术之一的高端无线随钻测量与实时传输技术长期以来一直由国外公司控制,国内少数仪器公司只能生产用于浅井的低端无线随钻仪器。
然而,重点水平井、小井眼水平井,深井水平井开发中使用的中端无线随钻仪器基本依靠进口仪器,无法满足国内定向钻井领域日益增长的对先进无线随钻仪器的需求,也给油田的高效开发带来诸多不便:(1)由于国外对我国进行技术封锁,我们很难获得高端无线随钻测量与传输技术,严重制约了我国先进无线随钻仪器的研发和应用,同时也制约了水平井技术的发展。
随钻测井技术的新认识2008-9-1分享到: QQ空间新浪微博开心网人人网摘要:随钻测井由于是实时测量,地层暴露时间短,其测量的信息比电缆测井更接近原始条件下的地层,不但可以为钻井提供精确的地质导向功能,而且可以避免电缆测井在油气识别中受钻井液侵入影响的错误,获取正确的储层地球物理参数和准确的孔隙度、饱和度等评价参数,在油气层评价中有非常独特的作用。
通过随钻测井实例,对随钻测井与电缆测井在碎屑岩中的测井效果进行了对比评价,指出前者受钻井液侵入和井眼变化的影响小,对油气层的描述更加准确,反映出来的地质信患更加丰富。
通过对几个代表性实例的分析,对随钻测井在油气勘探中的作用提出了新认识。
主题词:随钻测井;钻井;钻井液;侵入深度;技术一、引言20世纪80年代中期,专业厂商开始将电缆测井项目逐渐随钻化,形成了有真正意义的随钻测井技术,简称LWD(1099ing while drill ing)。
由于LWD包含了所有MWD(measurement while drilling)的功能及传统测井项目,所以其具备了识别岩性和地层流体性质的能力,现场可以根据实时上传的各种信息判断钻头是否钻达目的层,这就是LWD的地质导向作用[1~3]。
塔里木油田油气埋藏较深,直井开发的成本相对较高,1994年开始在油田钻水平井,已完钻水平井约占开发井的1/4,但产量超过了总产量的50%以上,经济效益非常明显。
在水平井和侧钻井的施工中,保证命中靶心和取全取准测井资料是成功完井的关键,推广MWD/LWD技术后,其施工质量大大提高。
目前,在塔里木油田MWD/LWD技术主要用在以下几方面:①在比较熟悉的地质构造中进行非直井施工时,仅采用MWD,测井采集使用钻杆传输测井技术;②在较复杂的地质构造或薄层中进行非直井施工时,采用LWD,以防止钻井设计中可能的错误,一些非常必要的测井项目可使用钻杆传输测井技术;③在一些井眼状况复杂、井下有溢流、井漏等现象的井中,无法使用电缆及钻杆传输测井时,用LWD进行划眼测井,采集最基本的测井数据;④在欠平衡条件下钻井时,采用L WD。
2013年第5期 西部探矿工程 51 随钻测井仪器时钟系统的研究 张振华 (大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413)
摘要:受泥浆脉冲上传速率的限制,随钻测井仪器采集地层的大量数据均存储在随钻测井仪器中, 必须通过时间对照,使井深与存储在仪器中的地层数据紧密关联,实现地层地质构造模型的建立。根 据随钻测井的需求,开发了基于IIC总线的随钻测井仪器时钟系统,通过MC9S08DZ60单片机对时 钟芯片PCA8565的编程开发,为井下存储数据提供时间信息,实现井下仪器的精确计时,并给出了相 应的C语言程序。对硬件电路的长时间通电运行,通过RS232串口在电脑上显示PCA8565时钟芯 片时间信息,该芯片计时精确,性能稳定可靠。 关键词:随钻测井;IIC总线;程序设计;PCA8565芯片 中图分类号:TE27文献标识码:A文章编号:1Oo4—5716(2013)O5一OO51~04
随钻测井(I wD,Logging While Drilling)是近几 年来国内迅速崛起的先进测井技术,是在钻井的过程 中,同时进行的用于评价所钻穿地层的地质和岩石物理 参数的测量,主要有电阻率、放射性、声波及核磁等随钻 测井技术口]。随钻测井能真实反映原状地层的地质特 征,提高地层评价测井数据的质量,降低作业风险和成 本。目前,大多数LWD采用泥浆脉冲上传数据,传输 数率较低,除了少数处理结果被实时传至地面,大量原 始数据和处理数据都存储在仪器中。为完成地层地质 情况的分析解释工作,需使用LWD井下存储的大量数 据,这就要求井深与仪器存储的数据必须完全对应。 LWD仪器无测量井深的能力,地面系统通过轴编码传 感器测量井深,并与测量的具体时间记录在一个文件 中。通过对照地面系统测量井深的时间和LWD仪器 存储数据的时间,完成井深和井下存储数据的映射,实 现地层地质情况的分析及相关模型的建立。 1时钟芯片的选择 在钻井的施工过程中,井下温度较高,并且电路板 的安装空间受限,需选择耐温高、封装小的芯片。因此 选择了PHII IPS公司的PCA8565实时时钟芯片。 PCA8565芯片采用小体积的TSSOP8封装,可提 供年、月、日、周、时、分、秒等时间信息,并且其内部整合 振荡电容,仅需振荡频率为32.768kHz的晶体即可工 作,具体性能指标见表1I2]。同时,该芯片上包含了16 个8位寄存器,支持外部MCU对其编程操作。该芯片
数据接口采用IIC总线接口,操作简单。 表1 PCA8565芯片性能指标 项目 指标 工作温度 供电电压 最大传输数率 功耗 输出频率
一4O℃~125℃ 1.8~5.5V 400kbit/s 1.5“W 32.768kHz、1024Hz、32Hz、1Hz
2 IIC总线简介 IIC总线是PHILIPS公司推出的一种串行总线,是 具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步 功能的高性能串行总线。IIC总线有2根信号线,一根是 数据线SDA,另一根是时钟线SCI ,如图1所示。
图1 IIC总线接口框图 IIC总线进行数据传送时,时钟信号为高电平期 间,数据线上的数据必须保持稳定,只有在时钟线上的
*收稿日期:2012—10—31修回日期:2012一¨一O1 作者简介:张振华(1979一),男(汉族),辽宁新民人,工程师,现从事随钻仪器的研发工作。 52 西部探矿工程 2013年第5期 信号为低电平期问,数据线上的高电平或低电平状态才 允许变化【3]。 IIC总线上传送的数据信号包括地址和数据。在 起始信号后必须传送一个从机的地址(7位),第8位是 数据的传送方向位,每次数据传送总是由主机产生的终 止信号结束。在总线的一次数据传送过程中,可以有以 下3种组合方式: (1)主机向从机发送数据,数据的传送方向在整个 传送过程中不变,如图2所示。
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图2主机发送数据至从机框图 (2)主机发送从机地址后,读取从机数据。在传送 过程中,改变了传送方向,起始信号和从机地址都被重 复产生一次。如图3所示。
!l 竺 l I l 竺兰l!I 竺 l!I l 竺I全 起始 R/一W心符 起始PE—W 图3主机读取从机数据框图
(3)主机在第一个字节后,立即读取从机数据。如 接;单片机+3.3V和+5V供电均能正常工作E 。 图4所示。 3硬件电路及程序设计(图5) 应用飞思卡尔公司的MC9S08DZ60单片机控制和 采集时钟芯片的数据。该单片机集成片上调试器 (BDM,Background Debug Mode),实现了片上仿真、模 拟等功能;同时具备IIC硬件接口,简化了芯片间的连
C1 ● ● ● Y2 R】
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田 [囚 工圃….圈 起始 R,W J 答 j J:
图5时钟芯片接口电路图 时钟芯片采用电池供电,确保其在井下正常工作, 实现连续、精确地计时。SCI 和SDA上加2个4.99K 的上拉电阻,保证IIC总线的正常工作。单片机通过 IIC总线接口初始化、读取时钟芯片的时间信息。此硬 件电路使用电子元器件和资源少,设计简单,便于试验 平台的搭建。 单片机程序的设计是时钟系统设计的关键。第一, 单片机要进行系统的初始化,利用内部的多功能时钟发 生器产生12MHz的内部总线时钟;第二,单片机需进 图4主机立即读取从机数据框图 r 1_ s恤lay 。l INT vss 1 ・.s6 ISCL ;.:Ⅵz● I )A Osa I ‘ ● 。 ‘ 琵 …一 C2 32 768K R2 R3 行IIC模块的初始化,使能IIC总线;第三,按照 PCA8565芯片的技术文档和IIC总线标准,初始化 PCA8565时钟芯片,读取PCA8565的当前时间信息, 发送给存储模块,连同测井数据存储在井下仪器中。以 下是单片机对时钟芯片编程操作的介绍。 3.1 IIC模块的初始化 void iic——ini(void)
t IICC2=0x00; //禁止通用呼叫
一芑吾 署 一 ~ 一
嘲 鳓 2013年第5期 西部探矿工程 53 IICA=0x0e; //MCU从地址为0x0e IICF=0x8d; //mul=4,scldiv=48 IICS=0x92; //清标志位 IICC1:0x88; //模块使能,不发应答信号,模 式为接收 ) 通过分频器寄存器IICF的初始化,SDA保持时间 为3.67gs,SCI 开始保持时间为6.67 s,SCL停止保 持时间为8.33 s。 3.2 IIC模块开始和停止 SCI 高电平期间,SDA由高向低变化表示开始信 号;SCI 高电平期间,SDA由低向高变化表示停止信 号。开始和停止信号都是由主机发出的,在开始信号产 生后,总线就处于被占用的状态;在停止信号产生后,总 线就处于空闲状态。主机模式选择位MST由0变为 1,产生开始信号,IIC开始信号程序如下: void iic_start(void) 1ICC1 l--Ox20; ) 主机模式选择位MST由1变为O,产生停止信号, IIC停止信号程序如下: void iic_stop(void) ( IICC1&一 ̄0x20: } 3.3等待应答信号和等待一个字节发送结束 每一个字节必须保证是8位长度,先传送最高位, 每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位。等 待应答信号程序如下: void iic_wait—。ack(void) { byte i; for(i一0;i<255;i++)//定义查询超时时限 255 { if((IICS&0x01)一一O)break;//等待应答信号 ) ) 等待一个字节发送结束程序如下: void iic_wait——fintx(void) { byte i; for(i=0;i%255;i++) //定义查询超时时限 ( if((IIC1S&0x02)!一0) { IIC1S J=0x02; //清IICIF标志位 break; //Nt出循环 ) ) ) 3.4读取一个字节数据 从PCA8565中读取一个字节数据,DeviceAddr为 从机地址,AccessAddr为寄存器地址,*Data(指针变 量)为读取的数据,程序如下: void iic_readl byte(byte DeviceAddr,byte Acces—
sAddr,byte*Data) { IICC1 I一0xl0; //TX=1,MCU设置 为发送模式 iic_start(); //发送开始信号
IICD—DeviceAddr&0xfe;//发送从地址,并通 知从机接收数据 iic_wait
—ack(); //等待从机应答信号
11CD==:AccessAddr; //发送访问字地址 iic_wait
_ack(); //等待从机应答信号
IICC1 l=0x04; //主机模式下,RSTA 位置1,产生重复开始信号 IICD ̄DeviceAddr}0x01;//通知从机改为发送 数据 iic_wait
_ack();
IICC1&一0xef: 为接收模式 *Data=IICD; 收数据 iic_wait_fintx();
传送完成 iic_stop();
*Data=IICD; 数据
//等待从机应答信号 //TX=0,MCU设置
//读出IICD,准备接 //等待一个字节数据 //发送停止信号 //读出接收到的一个
} 3.5写一个字节数据 向PCA8565中写一个字节数据,用于时间初始化, 程序如下: void iic—writelbyte(byte DeviceAddr,byte Ac—
cessAddr,byte Data) i IICC1 f一0xl0; //TX一1,MCU设置 为发送模式