电磁波测量无线传输系统在定向井中的应用

陈思博

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 电磁波测量无线传输系统的简要结构与技术特点

1.1 电磁波测量无线传输系统的简要结构

电磁波测量无线传输系统由测试仪器和绝缘外壳两大部分组成。测试仪器包括：发射天线、绝缘连杆、电磁波发射模块、锂电池组、中控及存储模块、连接模块、井斜方位模块。绝缘外壳包括：绝缘短节、无磁钻铤。其简要结构如图1所示。

图1 电磁波测量无线传输系统结构图

1.2 电磁波测量无线传输系统的技术特点

（1）电磁波信号解码能力强。为了实现甚低频μV级电磁波信号的提取，采用双极带通滤波的方式，优选了一整套高精度的阻容器件和运放电子元件[2]，实现了0.2Hz极窄带电磁波信号的滤波，在与同类的俄罗斯地面系统比对试验中，放大倍数和滤波灵敏度均高于5倍以上。

（2）发射天线高绝缘，高抗扭。发射天线要做好上下绝缘和高抗扭，在井下复杂的情况下能很稳定地发射信号，不易松扣。为此特殊设计了发射天线短节。如图2所示。

矛头的作用主要是为了打捞和悬挂芯筒，与绝缘连杆之间采用螺纹配合；紧固螺母的作用是在进口连接后使用专用工具通过其与绝缘短节内筒连接的螺纹对上天线进行锁紧；而上天线与绝缘短节内壁的台肩配合以及紧固螺母的螺纹连接来实现与外筒的电连接，同时连接销钉的六爪铜片抱紧上连杆实现与发射模块的连接，发射上天线和发射下天线之间通过绝缘连杆实现电隔离，其中发射下天线与绝缘短节内壁的台肩配合实现与外筒的电连接，绝缘连杆使用的是铜芯和外绝缘材料，相互之间丝扣连接。

图2 发射天线短节

（3）外壳绝缘能力强。外壳随钻短节需要让仪器与地层相互绝缘，使其不受磁场干扰，为此选用40CrMnMo材料，绝缘短节由4个NC50扣型的短节组成，为了保证绝缘短节的强度的同时达到将整个钻杆电隔离的目的，设计3个相同的密封绝缘带串联防止绝缘失效，绝缘主要是由内衬绝缘套、内注绝缘材料、丝扣表面绝缘涂层和外表缠绕玻璃钢布组成，实现上下钻杆的电隔离。

（4）锂电池供电开关高效智能。锂电池组在井下不能自动开启，而在井上连接时开启会大量损失电量，导致电池在井下工作时间减少，经计算，锂电池组使用率仅为66.9%，为节省锂电池电量，创新设计了一种在井下智能开关，通过压力识别循环后井下自动上电，提高锂电池组使用效率，降低仪器现场安装的风险。

图3 下套管用绝缘短节

2 现场应用方案

2.1 应用井概况

源X井、源Y井、台X井及杏X井进行了现场应用(表1)，以杏X井为例，该井总进尺1803m，井斜5.36°，方位223.559°，应用电磁波测量无线传输系统累计运转57.5h无故障，无维修等停时间。未发生任何井下复杂情况。提高钻完井工作效率约20%。

表1 电磁波测量无线传输系统应用统计

2.2 正常钻进及定向应用情况

该井于2017年12月4日0:00正式开始一开钻进，2017年12月7日14:00二开钻进结束。造斜与测斜全部使用电磁波仪器至1200m入靶，累计使用57.5h,上传数据5000余组，信号稳定，解码数据准确，传输数据迅速。

该井200m开始造斜，造斜段使用电磁波仪器，每隔5s传输一组包括井斜、方位、工具面的短测量数据、实现了定向井工具面、井斜、方位的实时监测，取代了使用单点测斜、多点测斜需要下入取出仪器读数的复杂的测斜方式，提高造斜效率，减少井队等待时间。

2.3 停泵静止应用情况

停泵时传输包括仪器温度电压、信号幅度、井斜、方位、重工面、磁工面等全测量数据，相比FEWD测量数据更可靠。

2.4 总体效果

电磁波测量无线传输系统在杏X井全井应用57.5h，实现了甚低频电磁波随钻数据上传，并且地面系统能够实时解码、显示及存储数据，静止时可持续传输信号，仪器安装简单快捷，井口操作简洁快速，可适应井队各种工况。

3 结论

（1）电磁波测量无线传输系统现场安装便捷，与钻井工具匹配良好，创新设计的井下智能供电开关，大大增加了仪器的井下工作时长。

（2）电磁波测量无线传输系统实现了甚低频电磁波随钻数据上传，并且地面系统能够实时解码、显示及存储数据,满足造斜工艺要求。

（3）电磁波测量无线传输系统先后完成了定向、造斜、随钻测量一系列作业。测得的井斜、磁方位、工具面等数据均准确无误，响应迅速，确保了井队的顺利施工。

[1] 赵志学，王振雷.ZTS-42 AP型电磁波随钻测量系统在泡沫钻井中的试验[J].石油矿场机械，2011，40（8）：78-81.

[2] 赵志学.SDC-I型随钻地层压力测试器[J].石油机械，2011,39（2）：52-54.

[3] 范业活.随钻无线传输技术分析与比较[J].测井技术,2016,8（4）：455-459.