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煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势

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煤田地质与勘探 2023年第9期51卷 10-19页

作者：郝世俊褚志伟李泉新方俊陈龙刘建林煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近... 详细信息

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近钻头随钻测量开发经验和发展路径的基础上,分析了现有技术应用于煤矿井下的局限性,依托煤矿井下现阶段随钻测量技术,提出了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究思路,探讨了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究现状,重点解决结构小型化、仪器单元化、防爆模块化、测量协同化和控制整体化的研发技术难题。在煤矿智能化建设大背景下,提出未来需要从近钻头多参数一体化测量、近钻头参数动态监测、近钻头旋转导向钻进和近钻头自适应钻进等方面入手,大力推动煤矿井下近钻头随钻测量与5G通信、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的融合发展。

关键词：煤矿井下近钻头多种参数随钻测量研究现状发展趋势

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近钻头随钻测量系统的研制与应用

钻采工艺 2023年第5期46卷 100-105页

作者：杨森姚耕耘李杰北京恒泰万博石油技术股份有限公司北京市102211

常规随钻测井系统测量点距离钻头较远,测量盲区大,无法及时准确判断钻头处倾角和地层岩性,为此,文章设计了一种具有自主知识产权的近钻头随钻测量系统,可以实时测量距离钻头1 m范围内的方位伽马和动态井斜角,同时采用了电磁波短传技术... 详细信息

常规随钻测井系统测量点距离钻头较远,测量盲区大,无法及时准确判断钻头处倾角和地层岩性,为此,文章设计了一种具有自主知识产权的近钻头随钻测量系统,可以实时测量距离钻头1 m范围内的方位伽马和动态井斜角,同时采用了电磁波短传技术将测量数据跨螺杆传输给随钻测井系统,实现钻头在储层内的精确控制。现场应用表明,该仪器传输数据稳定、连续工作时间长,在煤层气井、页岩气井、薄油层井的水平段开采中,有效提高了目的层钻遇率及钻井速度,在水平井应用中具有较好的推广应用前景。

关键词：随钻测井近钻头动态井斜角水平井

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近钻头伽马响应特征及实验分析

科学技术与工程 2022年第10期22卷 3932-3940页

作者：郑奕挺宋红喜中国石化石油工程技术研究院北京100101 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京100101

近钻头随钻伽马成像系统成为油气开发的重要技术装备,常规随钻测量安装位置距离钻头较远,系统获取的随钻数据存在较大延迟,并且无法及时判断穿行地层的上下界面和地层倾角,这影响了井身轨迹控制,从而降低了随钻决策和调整的及时性,这些... 详细信息

近钻头随钻伽马成像系统成为油气开发的重要技术装备,常规随钻测量安装位置距离钻头较远,系统获取的随钻数据存在较大延迟,并且无法及时判断穿行地层的上下界面和地层倾角,这影响了井身轨迹控制,从而降低了随钻决策和调整的及时性,这些问题一直是石油钻井领域研究的热点和焦点。讨论了近钻头伽马成像系统,分析了多种因素对伽马响应速度快慢的影响。鉴于近钻头伽马成像系统的地层测量单元和钻头距离较近,为了获得近钻头伽马传输速度高,响应快。通过研制样机和现场实验,结果表明该系统能及时和准确地获得对地层的了解,实现钻井轨迹与地质轨迹一致性较高,井身轨迹较好,这为复杂油气井的开发和利用提供了可能。

关键词：近钻头随钻测井伽马成像地质导向无线短距离传输

近钻头自发电脉冲发生器涡轮动力仿真及优化设计

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钻采工艺 2023年第6期46卷 113-119页

作者：张晓刚党晨悦何顺李盘宁王栋王立涛蒋志伟中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二钻井工程公司西北大学地质系中国石油长庆油田分公司第七采油厂中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司中国石油天然气股份公司青海油田分公司井下作业公司

激进参数钻井施工中,近钻头仪器应用越来越广,为了延长近钻头仪器井下作业时间,提高其自发电脉冲发生器涡轮发电机的性能,在有限元分析的基础上提出了结构参数优化方案。通过对不同结构参数和定子叶形的流场分析,结合实际应用效果确定... 详细信息

激进参数钻井施工中,近钻头仪器应用越来越广,为了延长近钻头仪器井下作业时间,提高其自发电脉冲发生器涡轮发电机的性能,在有限元分析的基础上提出了结构参数优化方案。通过对不同结构参数和定子叶形的流场分析,结合实际应用效果确定设计方案,并对设计方案进行二次参数结构优化。优化结果表明,涡轮发电机效率54.89%增加到68.77%,扭矩11.96增加到18.86 N·m。现场应用结果表明:在深井中涡轮发电机能够正常工作,并且转速下降到最优转速的范围内,涡轮发电机Δ排量/Δ转速平均上升27.6%,平均单趟MWD井下作业时间相比同区块延长80~100 h,效率提高28%。

关键词：近钻头涡轮发电机定子匹配优化防冲蚀

近钻头井斜动态测量重力加速度信号提取方法研究

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地球物理学报 2017年第11期60卷 4174-4183页

作者：张文秀陈文轩底青云孙云涛杨永友郑健中国科学院地质与地球物理研究所/中国科学院地球科学研究院(筹)中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029

利用加速度计进行近钻头井斜动态测量时,钻具的高速旋转,井下强振动、强冲击环境给重力加速度测量带来极大干扰,如何从干扰噪声中有效提取重力加速度信号对于提高井斜角和工具面角的测量精度至关重要.根据重力加速度径向和切向分量为周... 详细信息

利用加速度计进行近钻头井斜动态测量时,钻具的高速旋转,井下强振动、强冲击环境给重力加速度测量带来极大干扰,如何从干扰噪声中有效提取重力加速度信号对于提高井斜角和工具面角的测量精度至关重要.根据重力加速度径向和切向分量为周期性信号,轴向分量为近似直流信号,离心加速度为缓慢变化信号,振动和冲击加速度为随机信号的特征,提出一种基于互相关检测的重力加速度信号提取方法,选择径向或切向磁力计信号作为参考信号.利用相关检测方法分别对仿真数据、实验室旋转测试数据和振动测试数据进行处理,并计算了井斜角和工具面角,结果表明相关检测方法可以有效提取重力加速度信号,基于MEMS加速度计的井斜角测量精度优于0.5°,工具面角变化连续平滑,满足井斜动态测量需求.通过进一步开展实际钻井环境测试,该方法有望应用于近钻头地质导向系统或旋转导向钻井系统等需要近钻头井斜动态测量的场合.

关键词：近钻头井斜动态测量离心加速度振动和冲击信号提取

基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法

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石油钻探技术 2022年第1期50卷 38-44页

作者：宋晓健郑邦贤谭勇志黄秉亚马鸿彦董晨曦中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司天津300280

采用三轴加速度计、磁通门和速率陀螺测量系统随钻测量井眼轨迹参数时,由于旋转、振动和磁干扰等因素的影响,造成测量结果存在较大偏差,无法满足随钻地质导向的要求。为此,针对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统,建立了基于... 详细信息

采用三轴加速度计、磁通门和速率陀螺测量系统随钻测量井眼轨迹参数时,由于旋转、振动和磁干扰等因素的影响,造成测量结果存在较大偏差,无法满足随钻地质导向的要求。为此,针对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统,建立了基于四元数井眼轨迹参数测量模型,并依据状态方程和量测方程,应用3个捷联式卡尔曼滤波器和磁干扰校正系统对加速度计、磁通门信号进行滤波、校正,形成了基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法。实验室模拟试验和现场实钻表明,采用该测量方法测得的井眼轨迹参数精度大幅提高。研究表明,采用基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法可以消除旋转、振动和磁干扰对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统随钻测量结果的影响,提高该测量系统随钻测量的精度,满足随钻地质导向的要求。

关键词：近钻头井眼轨迹动态测量数学模型捷联式卡尔曼滤波

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近钻头短距离声波通信

中国石油大学学报（自然科学版） 2010年第2期34卷 62-66页

作者：李志刚管志川王以法中国石油大学石油工程学院山东东营257061

建立螺杆钻具本体的有限元模型,采用有限元法模拟计算声纵波在螺杆钻具中的传输特性,同时在实际钻具上对模拟结果进行试验验证,并选择4kHz频率的声波在螺杆钻具上进行通信试验。结果表明:螺杆钻具及其上部钻具具有较宽的通信频带,类似... 详细信息

建立螺杆钻具本体的有限元模型,采用有限元法模拟计算声纵波在螺杆钻具中的传输特性,同时在实际钻具上对模拟结果进行试验验证,并选择4kHz频率的声波在螺杆钻具上进行通信试验。结果表明:螺杆钻具及其上部钻具具有较宽的通信频带,类似于一个低通滤波器,可以利用声波实现近钻头信息的短距离传输,并可能获得较高的数据传输速率;80bits/s的数据传输速率可实现稳定通信;钻具接头处的尺寸和介质变化所引起的衰减和反射不可忽视,须通过增加隔声或消声结构减少干扰。

关键词：近钻头短距离声波通信

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螺绕环近钻头电磁波电阻率测井研究

螺绕环近钻头电磁波电阻率测井研究

作者：陈广识西安石油大学

学位级别：硕士

近钻头电磁波电阻率测井与传统随钻电磁波电阻率测井相比受泥浆侵入影响小,可以准确测量解释评价油气的地层电阻率核心参数。本文构建螺绕环近钻头电磁波电阻率测井模型,优化设计仪器参数,在两层地层中研究仪器的前向探测特性,在三层地... 详细信息

近钻头电磁波电阻率测井与传统随钻电磁波电阻率测井相比受泥浆侵入影响小,可以准确测量解释评价油气的地层电阻率核心参数。本文构建螺绕环近钻头电磁波电阻率测井模型,优化设计仪器参数,在两层地层中研究仪器的前向探测特性,在三层地层中研究仪器的响应特性,为螺绕环近钻头电磁波电阻率测井仪器的研发设计和应用分析提供理论依据。主要研究内容与成果分为以下五部分。第一部分基于COMSOL软件的螺绕环近钻头电磁波电阻率测井理论数值模拟方法研究。首先研究螺绕环近钻头电磁波电阻率测井基本原理,其次研究螺绕环激励源的等效方法,将复杂螺绕环结构等效为电流元和面磁流源,推导出两种等效源下接收位置磁场强度表达式和测量电压的计算公式,通过对比最终选择面磁流源作为等效源,并研究感应电动势转换电导率的刻度方法,最后研究面磁流源数值解的计算方法,在COMSOL软件中建立三维地层模型,通过均匀地层下面磁流源数值解和解析解一致性的比较,验证了模型的合理性和准确性,结果表明:均匀地层中,源距约为螺绕环半径10倍以上时可以利用解析解描述测井响应特性。第二部分研究螺绕环近钻头电磁波电阻率测井仪器参数设计原理。以CGDS近钻头地质导向系统为研究对象,研究钻铤电导率、磁芯、仪器工作频率、井底钻具长度、源距、井眼对螺绕环近钻头电磁波电阻率测井的影响规律,验证了现有CGDS系列仪器参数设计的合理性,又给出各参数对仪器测量信号的影响特性。第三部分研究两层地层中螺绕环近钻头电磁波电阻率测井仪器前向探测特性。在两层地层中分别计算仪器前方为电导性地层和电阻性地层两种条件下,围岩和目的层电导率对比度,仪器倾角对仪器前向探测能力的影响规律,并给出不同情况下仪器前向探测距离,最后针对直井中围岩电导率0.01S/m,目的层电导率1S/m时的测井响应进行机理分析。第四部分研究三层地层中螺绕环近钻头电磁波电阻率测井仪器纵向分辨能力。在三层地层中,研究仪器在不同厚度目的层下,围岩与目的层电导率对比度对仪器前向和侧向测量信号的影响规律,并分别给出仪器前向和侧向测量信号的最小纵向分层厚度,最后针对上、下围岩电导率1S/m,目的层电导率0.01S/m,5m厚目的层模型对仪器响应特性机理进行了分析。结果表明:围岩与目的层电导率对比度对仪器前向和侧向测量信号的纵向分层能力几乎无影响,仪器前向测量信号受围岩影响严重,分层能力较差,仪器侧向测量信号的分层能力与纽扣电极大小有关。第五部分研究水平井中螺绕环近钻头电磁波电阻率测井应用。根据实际水平井建立三层水平井模型响应数据库,设计井眼轨迹并仿真井眼轨迹的测井响应,结果表明:仪器进入界面时可以根据上下纽扣电极测井响应关系确定地层边界,揭示地质导向原理。

关键词：螺绕环近钻头随钻测井面磁流源

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近钻头旋扭冲击器结构设计与试验

石油矿场机械 2023年第2期52卷 28-33页

作者：刘义彬黄峰康建涛周灏季小娜左岳渤海钻探工程有限公司工程技术研究院河北任丘062550 渤海钻探工程有限公司井下作业分公司河北任丘062550

PDC钻头在深井高硬度、研磨性较强的地层钻进时会出现蹩钻、跳钻现象,从而导致钻头机械钻速低、进尺少、经济效益差等问题。为提高钻头机械钻速,克服深井高硬地层普遍存在的粘滑现象,开展了近钻头旋扭冲击器设计研究工作。结合流体力学... 详细信息

PDC钻头在深井高硬度、研磨性较强的地层钻进时会出现蹩钻、跳钻现象,从而导致钻头机械钻速低、进尺少、经济效益差等问题。为提高钻头机械钻速,克服深井高硬地层普遍存在的粘滑现象,开展了近钻头旋扭冲击器设计研究工作。结合流体力学对工具进行结构优化设计,通过建立三维模型,运用模拟软件对工具结构流场进行有限元仿真分析,确定了工具结构参数。试制样机开展室内及现场的性能测试,样机各项功能正常,达到设计指标,满足现场应用要求。可为后期现场应用及工具的进一步优化改进提供借鉴。

关键词：近钻头旋扭冲击器仿真分析粘滑振动冲蚀试验