２００９年１２月总第１７４期
ＷＯＲＬＤＷＥＩ．ＬＩＤＣＣＩＮＣＴＥＣＨＮＯＬＯＣＹ
Ｄｅｃ．２００９
牛绺绺
（中油测井长庆事业部陕西西安７１０２０１）
摘要：数据传输是随钻测井的重要组成部分，是随钻测并发展的瓶颈。本文对泥浆脉冲传输、电磁传输、声波传输和光纤传输分别进行介绍。并对随钻测井的数据传输的发展提出一点看法。 关键词：随钻测井；数据传输；泥浆脉冲传输；电磁传输；声波传输；光纤传输
０引言
在国外随钻测井从１９世纪３０年代就开始研究，之后产生了一些随钻测井仪器，但是由于不能实时进行数据传输，因此很大程度上阻碍了随钻测井的发展。直到１９世纪６０年代，利用泥浆脉冲传输系统才成功的完成了随钻测井。到了今天，泥浆脉冲传输技术已经很成熟了，但是，其传输速率慢，最快传输速率也在５０ｂｉｔ／ｓ以下。不能满足大量数据的传输，因此，国外几家大的测井公司又发展起了电磁传输、声波传输。而光纤传输还处于研究和试验阶段。 １随钻测井数据传输的发展
在２０世纪３０年代，Ｄａｌｌａｓ地球物理公司的Ｊ．Ｃ．Ｋａｒａｈｅｒ等研究人员利用测量电极和钻杆绝缘的办法来测量井底电极附近的电阻率，虽然测量到了一条电阻率曲线，但是其很难保证数据的传输，而且严重影响着钻井的速度。２０世纪５０年代，人们研究利用电磁波传播技术来进行随钻测井，其结果是电磁波的能量衰减快，只有在很短的距离内传输，不能满足当时测井数据传输的要求。５０年代末，Ａｐｒ发明了正泥浆脉冲遥传系统，Ａｐｒ和Ｌａｎｅｗａｌｌｓ公司共同开发和改进了该系统，于６０年代初利用正泥浆脉冲遥传进行了几口井的自然伽马和电阻率测井。２０世纪６０年代后期，Ｔｅｌｅｃｏ公司成立，开发出了泥浆脉冲遥传系统，并在测井中得到了证明，这种数据传输系统能满足当时随钻测井的需要。泥浆脉冲遥传系统的应用，极大的推动了随钻测井技术的发展。
２泥浆脉冲遥传技术
目前广泛使用的是钻井液压力脉冲传输，这是目前随钻测井仪器普遍采用的数据传输方法，它是将被测参数转变成钻井液压力脉冲，随着钻井液循环传送到地面。泥浆脉冲遥测技术的数据传输速率较低，一般为４。１６ｂｉｆｆｓ，远低于电缆测井的传输速率。通过提高信噪比和优化调制解调，新一代的泥浆脉冲遥测系统的传输速率提高到了５０ｂｉｆｆｓ。被测参数经数字化编码后，变成高（“ｌ”）、低（“０”）电信号，由它控制钻井液脉冲发生器的蘑菇头，当编码为“ｌ”时，蘑菇头上移，使流经锥形口的钻井液阻力增加，产生附加压力。当编码为“０”时，蘑菇头向下回到原位，压力降至正常。这是正脉冲传输系统。类似的还有负脉冲传输系统，连续波传输系统。钻井液压力脉冲传输的优点是经济、方便，缺点是数据传输率（每秒传送的数据位数）低。泥浆脉冲遥传系统的应用，极大的推动了随钻测井技术的发展。
作者简介：牛林林（１９７８一），男，在读硕士研究生，工程师，现在中油测井长庆事业部靖吴项目部从事技术协管工作。
国外测井技术２００９年·第６期
在国内中油测井西安仪器厂研制成功了ＭＣＱ一２型脉冲发生器，是综合国内外多种脉冲发生器系统的基础上研制的一种正脉冲泥浆发生器系统，用于随钻下井仪器与地面仪器的数据信息传输，是各种随钻仪器系统不可缺少的关键部件。
ＭＣＱ一２犁脉冲发生器主要由脉冲发生器短节和驱动器短节组成，由驱动器中的ＣＰＵ控制脉冲发生器工作。根据用户需求可配接各种随钻下井仪器，实现正脉冲信号的产生，达到传输数据的目的。其中脉冲发生器是一个机电液一体化设备，主要原理是控制小阀来驱动泥浆流，通过泥浆流的高压推动主阀向上运动，在钻杆中产生高压，形成正脉冲。
ＭＣＱ～２型脉冲发生器有８英寸、６英寸、４英寸三种规格，用户可选择使用，以满足钻井工程服务的需要。
技术指标：
脉冲发生器传输速率１—５ｂｉｔ／ｓ
最高工作温度１５０℃
最高承受压力１４０ＭＰａ
冲击４９００ｍ／ｓｚｌｍｓ半正弦波形
震动５８．８ｍ／ｓ２扫频范围５—２００Ｈｚ
泥浆含砂量＜ｌ％
排量范围７～１５从（４英寸）；１５—４７Ｕｓ（６英寸）；１５～６０Ｌ／ｓ（８英寸）
泥浆脉冲发生器外径由８５ｍｍ（４英寸）；巾１２６ｍｍ（６英寸）；耷１４０ｍｍ（８英寸）
３电磁波传输技术
电磁波传输技术没有泥浆脉冲传输技术应用广泛，重点要解决的问题包括电磁波信号的指数衰减、大地电磁波的影响、钻井中的振电效应影响以及供电问题。近年来，为提高传输率又开始试用电磁波传输技术，它是将随钻测井仪器放在非磁性钻铤内，非磁性钻铤和上部钻杆之间，有绝缘短节，以便于载有被测信息的低频电磁波向井周地层传播。在地面，作为钻机与地面电极之间的电压差被探测出来。早期的电磁波传输由于信号衰减大、传输距离短且成本高而未能商用，近年来由于技术改进已开始进入市场，其优点是不需要机械接收装置，可以双向传输，传输速率较泥浆脉冲传输速率高，能用于空气、泡沫或泥浆的欠平衡钻井，这些钻井技术限制了泥浆脉冲传输技术的使用。但是仅在较浅的井中使用的效果较好，在深井中由于电磁波信号衰减的问题没有根本性的解决，因此目前很难在深井中得到很好的应用。哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为１０Ｈｚ，在无中继器的情况下传输距离约１００００ｆｔ。
近几年推出了３个新的ＥＭ传输系统：精确钻井康谱乐公司的ＥＭＭＷＤ系统；斯伦贝谢公司的Ｅ脉冲电磁传输系统；哈里伯顿ＳｐｅｒｒｙＳｕｎ公司的电磁ＭＷＤ系统。
４声波传输牙刷加工
声波传输技术可通过增强发射声信号强度、增大钻杆声传播效率（如使用转发器）、使用特殊结构的钻头和地面设备等方法增加声传输距离。通过钻杆来传输声波或地震信号是另一种传输方法。声波遥测能显著提高数据传输速率，使随钻数据传输率提高１个数量级以上，达到几百ｂｉｔ／ｓ。声波遥测和电磁波遥测一样，不需要泥浆循环，但是，井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波噪声使探测信号非常困难。
２００７年美国桑迪亚国家实验室开发了声波遥测技术，通过钻杆的应力波快速传递信息，取代泥浆脉冲传输，声波遥测速度是泥浆脉冲速度的１０—１００倍。声波测井采用压电材料传感器和功率放大器，比泥浆脉冲装置更加可靠，但电子器件需要经受井下高温。声系统不受钻井噪声影响，也不会堵塞钻井液通道。若采用中继器，可将数据传输速率提高１０倍，该系统可用于泥浆低速循环，空气钻井和欠平衡钻井。
Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司研制成功了ＬＷＤ声波遥测（ＬＡｒＩ’）系统。这种无缆系统以早期的声波遥测系统（ＡＴＳ）为基础，使用沿钻杆传播的声波信号来实时传送ＬＷＤ／ＭＷＤ数据。在ＬＷＤ仪器串上方安装了一个井下发射器，其产生的声波沿钻杆传播到地面接收器。在某些频率下，包括管接头及ＢＨＡ产生的声波反射波在内的相长干涉可使载波信号沿钻柱向上传播而不是抑制它。在
这些载波频率（４００－２０００Ｈｚ）下，沿钻柱向上传播的信号强度只能通过无源衰减而减少。由于数据传输速率与信噪比有直接关系，为了减小环境噪声，技术人员对该系统进行了更好的设计。结果表明：在与泥浆脉冲遥测技术允许的比特误差率相同的情况下，该系统在标准钻井条件下数据传输速率能达到几百比特每秒，这比目前的泥浆
空调消声器
总第１７４期随钻测井的数据传输
脉冲数据传输速率提高了十多倍。
５光纤传输技术
利用光纤传输技术重点研究光纤测井的基础理论和应用技术问题，包括光纤光栅温度、压力增敏技术，应力、应变等多物理量同时区分测量技术，光纤光栅传感网络、信号解调及检测软件技术；井下光纤测井系统，高温（２００。Ｃ）、高压（１５０ＭＰａ）光纤传感器的制作封装技术，下井光缆、传感器系统的连接、保护、敷设技术等。这些技术的研究在国外几家大的测井公司已经取得了成功。为随钻测井光纤传输技术打下了坚实的基础。
２００５年美国圣地亚国家实验室已研制成功并试验过用于ＭＷＤ的光纤遥测系统。使用的光纤电缆很细小，成本低，可短时间使用，最后在钻井泥浆中磨损掉并被冲走。在美国天然气研究所的测试中，
光纤成功到在９１５ｍ深处。光纤遥测技术能以大约１Ｍｂｉｔ／ｓ的速率传送数据，比其它商用的随钻遥测技术快５个数量级。
srvcc虽然光纤传输技术已经有了长足的进步，但是还没有见到有关光纤传输随钻测井的应用方面的文章。光纤传输测井技术还处于研究和试验阶段。但是在不远的将来，光纤传输技术将会广泛的应用于随钻测井。光纤传输技术一旦得到广泛的应用，将会进一步推动随钻测井的发展。
目前由于数据传输速率有限，不能将所有的随钻测井数据实时传输到地面，因此，在随钻测井过程中，只是把部分的数据传输到了地面，其余的数据存储于井下仪器的存储器中，待起钻后回收数据。优点是成本低，数据保存可靠。缺点是地面不能实时得到数据，无法更好的指导钻进。对于数据量很大的随钻测井，如随钻成像测井，通常采用实时传输和井下存储相结合的办法，对关键井段采用实时传输，而其他井段采用井下存储。
６随钻测井数据传输的展望
泥浆脉冲遥传技术已经很成熟，广泛的应用于随钻测井。目前随钻测井仪器大部分采用的是泥浆脉冲遥传技术，其缺点是传输速率低，很难将大量的测井数据实时传输到地面；电磁传输和声波传输技术还不是很完善，与泥浆脉冲遥传技术相比，其传输速率有了一定程度的提高，但是电磁传输遥测技术能量衰减大，很难在深井中得到广泛的应用，井眼产生的低强度声波信号和Ｆｈ钻井设备产生的声波
噪声使探测信号非常困难。但是电磁传输和声波传输的优点是能用于空气、泡沫或欠平衡钻井。随着技术的改进，电磁传输和声波传输在随钻测井中起到积极的作用。宏大自动络筒机了
光纤传输遥测技术还不成熟，目前还没有在随钻测井中得到商业化的应用，但是随着技术的进步，光纤传输遥测技术将会在随钻测井中得到广泛的应用，其高速的数据传输能力是其他遥测系统无法比拟的。一旦光纤传输技术广泛的应用于随钻测井，随钻测井将会得到质的飞跃。因为数据能够实时的传输到地面，达到正直意义上的随钻测井。当然可能还有其他的数据传输方法还没有发现或者技术上还不成熟，但是随着科技的进步，有更多更好的数据传输方法将用于随钻测井。
７结论
数据传输是随钻测井中的一个难点，它制约着随钻测井技术的进一步发展，但是随着技术的进步，除了泥浆脉冲传输外，电磁传输和声波传输也已经应用于随钻测井，特别是在空气、泡沫和欠平衡钻井中无法应用泥浆脉冲遥测传输数据，此时只能利用电磁传输和声波传输。近年来，光纤传输技术有了很快的发展，相信在不远的将来，光纤传输技术将广泛的』、逆用于随钻测井，将大大推动随钻测井技术的发展。
参考文献：
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ｆ４】赵平、周利军，随钻测井／随钻测量和地层评价领域的新成果。国外油田工程，２００７，２３（８）：３４—３７
随钻测井的数据传输
作者：牛林林， Niu Linlin
作者单位：中油测井长庆事业部，陕西西安,710201
刊名：
国外测井技术
英文刊名：WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009，(6)
引用次数：0次
1.张辛耘.王敬农.郭彦军随钻测井技术进展和发展趋势[期刊论文]-测井技术 2006(1)
2.随钻测井技术最新进展[期刊论文]-石油仪器 2005(5)
3.李林随钻测量数据的井下短距离无线传输技术研究[期刊论文]-石油钻探技术 2007(1)
4.赵平.周利军.任洪智随钻测井/随钻测量和地层评价领域的新成果[期刊论文]-国外油田工程 2007(8)
1.期刊论文张辛耘.王敬农.郭彦军.ZHANG Xin-yun.WANG Jing-nong.GUO Yan-jun随钻测井技术进展和发展趋势-测井技术2006,30(1)
大斜度井、水平井钻井活动推动了随钻测井技术的发展，在海上钻井中几乎100%使用随钻测井.目前大多数电缆测井项目都可按随钻的方式进行，一些LWD探头的测量质量已经达到同类电缆测井仪器的
水平.随钻遥测，随钻电法、声波、核、核磁共振、随钻地震等技术近几年具有长足的发展.随钻测井资料主要应用于地质导向和地层评价.大力发展随钻测井技术是国外油田技术服务公司的一个主要关注方向.我国发展随钻测井技术要有新的思路，实现跨越式发展，才能紧跟世界石油工业先进技术的发展步伐，达到提高国内随钻测井技术水平的目的.
2.会议论文张辛耘.王敬农.郭彦军随钻测井技术进展和发展趋势2005
本文对随钻测井技术进展和发展趋势进行了阐述。大斜度井、水平井钻井活动推动了随钻测井技术的发展，在海上钻井中，几乎100％使用随钻测井。目前大多数电缆测井项目都可按随钻的方式进行，一些IWD探头的测量质量已经达到同类电缆测井仪器的水平。随钻遥测，随钻电、声、核、核磁，随钻地震等技术近几年都有长足的发展。随钻测井资料主要有两方面应用，即地质导向和地层评价。
3.期刊论文刘新平.房军.金有海.LIU Xin-ping.FANG Jun.JIN You-hai随钻测井数据传输技术应用现状及展望-测井技术2008,32(3)
介绍了随钻测井通信系统的数据传输方式、实现原理及国内外应用现状，分析了各传输方式的性能优缺点及应用局限性.对随钻测井数据传输技术的发展和攻关方向提出了展望.有线传输向双向高速率实时通讯发展，既能向井底供电又能双向传输数据的智能钻柱，解决井下面临的数据传输滞后和井下供电不足问题.目前通用的钻井液脉冲传输方式重点应转向连续波脉冲发生器，使其能根据不同的机械钻
速、不同的钻井液、不同的井深、不同的钻杆直径、不同的压力波幅值等因素使信号发生器产生不同频率，利用人工神经网络建立连续压力波变频率传输预测控制模型，以增强其环境适应能力.电磁传输及声波传输技术主要是研究解决其信号衰减问题，提高信号传输可靠性，加大测量数据的传输深度；光纤传输主要是解决由于循环压力导致光纤磨损和破损问题，同时降低开发成本.
4.学位论文蔡小庆基于周期性钻柱系统的随钻数据声波传输方法研究2009
随钻测井LWD（Logging-While-Drilling）是在钻井过程中进行井下信息实时测量和上传的现代钻井技术，LWD可以直接观测井下工程参数，及时准确的获取地层资料，对于准确评价地层和进行地层对比、地质导向及油藏描述具有重要意义。数据的最佳传输方式是LWD的研究核心，随钻数据声波传输方法具有传输率较高、开发成本低、结构简单的优点，具有很好的发展前景。由于钻柱信道的高环境噪声、有限频带、传输时延大、码间干扰严重等特点极大的影响了井下信息的可靠和高效传输。正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术是一种多载波传输，频谱利用率高，具有很好的抗干扰性能。
本文基于一维声传播模型，研究了周期性钻柱结构系统的声传播特性，给出了频散方程，分析了通带、阻带与钻柱参数的关系，利用有限元方法对钻柱系统的瞬态特性进行了数值模拟；针对钻柱系统中声传播特性，结合OFDM技术设计了随钻数据声波传输系统模型，对随钻数据声波传输系统中的关
键环节（编码解码、调制解调）进行了Matlab数值仿真，并运用数值模拟方法对相关调制与解调技术进行了验证。研究结果表明：周期性结构钻柱系统具有通阻交替的梳状滤波特性，随钻数据声波传输采用1/3编码效率的卷积编码和四进制绝对相移健控QPSK（Quadraure Phase Shift Keying）调制技术能提高数据通信的可靠性，降低系统的误码率，为随钻数据声波传输技术的进一步研究打下了基础。
5.期刊论文李林.Li Lin随钻测量数据的井下短距离无线传输技术研究-石油钻探技术2007,35(1)
在随钻测量和随钻测井技术中，近钻头传感器测量数据的传输一直是个难题，为此，提出了用电磁感应电流场建立短距离无线传输信道的方法将近钻头传感器测量数据跨井下马达传输，或遥控无法穿线缆的井下工具.分析了建立无线短传信道的原理，介绍了关键部件的设计和无线短传通信机的工作过程，以及无线短传系统的试验情况和试验结果.
6.学位论文谢波超低频数据采集系统接收机的开发研究2008
超低频通信技术是当今国际瞩目的一个新兴研究领域，在随钻测井、水下通信系统、海洋、地震监测、核废料处理及环境保护等方面具有广泛应用前景。如何采集数据
钻井过程中，井下实时信息捕获的多少直接决定了系统的性能和成本。信息捕获的越多，钻井系统的
效率越高，成本也越低。因此，作为整个测井设备纽带的随钻测井信息传输系统成为系统核心的关键技术之一。为了将随钻测井信息顺利传输到地面，我们设计了一个超低频无线数据采集系统，以实现井底与地面的通信数据传输的过程。系统方案包括发射机和接收机两部分，本文主要研究超低频无线数据采集系统中的接收部分，并根据系统的工作原理及需求提出了接收机的总体设计方案，涵盖软、硬件两部分的设计。其中，硬件设计包括天线的设计、信号处理电路、单片机系统、电源电路、串口通信电路五方面。接收机软件部分采用C语言设计，以伟福公司的WH6000为开发环境进行编译和调试。发射机初始化软件采用Visual Basic语言来设计。
最后，结合已设计的发射机和接收机的软件对超低频线圈天线和信号处理电路进行了分析与调试，并做了总结。
7.期刊论文吴仲华.孙浩玉.张世平.朱政电磁感应式随钻数据传输系统的研究-石油机械2009,37(7)
针对现有钻井液脉冲无线随钻测量技术不能满足钻井新技术发展要求的问题，对基于电磁感应式智能钻杆通信技术进行了理论及试验研究.该技术是一种利用电磁感应原理通过非接触的耦合方式进行信号传递的通信方式，非接触式耦合器是其关键部分.实验室模拟智能钻杆研究表明，对实际电感线圈建立合理的等效电路模型是其技术难点之一，而中继节的电路必须进行适当的信号调理滤除干扰噪声，同时还必须考虑电池供电带来的功率限制问题.实际应用中，还需考虑到外界的电磁干扰、系统所处的高温环境以及震动等影响因素.
8.会议论文夏宏泉.杨鸿.朱猛.祁斌.张智勇随钻测井精细解释方法及地质导向应用研究2007
随钻测井(LWD)技术以其实效性、先进性在复杂油气藏钻井中的应用日益增多。我国在电缆测井(WL)资料精细解释与应用方面有长足发展，拥有较为成熟的方法、技术和软件，而随钻测井(LWD)技术在国内处于推广应用阶段，需要在数据传输、探测性能、资料解释与评价等方面大力发展和完善。目前所测的LWD资料仍受井眼、围岩、各向异性、倾斜和侵入及传感器到钻头距离等因素的影响，且多为定性半定量粗放型解释，仍沿用直井常规测井解释模型，地质参数的实时解释与地质导向效果较差。国内这方面研究，差距较大、主要依赖于国外公司，缺少先进实用的方法、技术及软件，急需专门研究随钻测井解释方法和模型，提升我国随钻测井技术的应用水平和对外服务能力。本研究通过分析随钻测井响应机理和环境影响因素及校正图版，采用最优拟合和数值模拟的方法建立反演校正模型，对LWD资料进行必要的环境影响自动校正；在此基础上开展随钻地层岩性、物性和含流体性质的精细解释、井眼轨迹与穿越油藏关系的随钻测井分析、随钻地层压力预测等，形成了一套完善的LWD资料精细解释方法及地质导向应用技术，为现场地质导向与安全钻井提供了科学的决策依据，对进一步加快陆地和海上复杂油气藏的高效勘探与开发有着重要指导作用。
9.期刊论文周静.王慧梅.南洋.Zhou Jing.Wang Huimei.Nan Yang井下声波短传系统中的解码方法-石油仪器
2008,22(6)
在井下声波短传系统中，信源的编码由两部分组成，同步码元+信息码元.针对编码系统，文章给出了解码方法.多次实验室试验证实了解码方法的可靠性.
10.学位论文李俊钻柱声波遥测的数值模拟2008
随钻测井(LWD)在泥浆侵入地层前测量地层数据，能够更真实地反映原状地层的特征，已成为大斜度井、水平井、多分支井油臧评价的重要手段，但数据传输技术的限制极大地束缚了它的发展。本文针对LWD数据传输问题，对钻柱声波遥测进行了基本的数值模拟工作。
在不考虑钻柱内外流体以及地层的影响的前提下，将钻柱声传播问题视为具有周期性结构的钻柱纵波传播模型，数值研究了钻柱中的纵波传输特性与钻柱的各种参数(钻杆、接箍的几何尺寸和数量等)、声波频率等量之间的关系。结果表明，在理想钻杆的周期性结构中，纵波的传输特性在频域表现为通带、阻带交替出现的梳状结构，通带、阻带的位置与宽度受钻柱几何尺寸的控制。
磁带备份
根据弹性波的运动方程和本构方程，推导了柱坐标下的三维有限差分公式，编写了相应计算程序，考察了钻柱内外泥浆、井壁地层对钻柱中声传播的影响。结果表明，泥浆、地层等与钻柱构成复杂的声波导结构，导致整个声场产生更多种波动模式，但是钻柱中纵波在传播过程中受它们的影响不大，且钻柱外介质性质改变时钻柱中纵波的波速和幅度基本没有变化。
本文链接：d./Periodical_gwcjjs200906006.aspx
下载时间：2010年5月23日
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