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【能源情报按：我们正在筹办新年茶话会，请点击原文链接查看详情。 文/王丽忱 朱桂清 甄鉴，中石油经济技术研究院 渤海钻探 随着大斜度井、水平井及海上钻井的日渐发展，随钻测井技术应用越来越广泛，与常规电缆测井方法不同，随钻测井的主要优势在于其数据传输的实时性，实时准确的数据传输可为井下资料的现场分析、处理和解释提供有力保障，有助于及时有效地进行地层评价，更新地层模型，优化井眼轨迹和完井设计，进而提高油气勘探与开发的效率和效益。 数据传输技术是随钻测井的核心技术，越来越多的公司和机构开始不断对其改进和完善。目前应用较多的随钻测井数据传输技术主要包括泥浆脉冲传输、电磁传输、声波传输及有线钻杆传输等。 近年来，各大服务公司纷纷推出了新型随钻测井数据传输系统，随钻测井的数据传输效率不断提升，进行实时地层评价和地质导向更有利。 1 随钻测井数据传输技术概况 早在 1930 年前后，随钻测井技术及仪器就已出现，但由于无法实现实时数据传输，其效用大大削减。之后，以钻井液为传输介质的泥浆脉冲传输系统改变了这一局面，但受脉冲扩散、泥浆特性等条件限制，传输速率较低，数据传输量不够理想，且在泡沫或空气钻井中无法应用。为此，国外测井公司和研究机构开始研发通过电磁、声波等介质进行随钻测井数据传输的方法。与泥浆脉冲传输相比，电磁传输和声波传输的传输速度得到一定提高，但在信号衰减、噪声干扰等方面亦存在一定缺陷，制约了它们在复杂作业环境下的应用效果。 除以上无线传输方式外，电缆传输和钻杆传输等有线传输方法同样可在随钻测井过程中进行数据传输，电缆传输方法通过在钻杆内部置入电导线，采用铠装电缆进行数据传输，具有抗机械破坏、抗腐蚀等特点；钻杆传输方法主要是将连续导体附于钻杆内部，并在钻铤内安装传感器，再利用电缆将钻杆下端与钻铤连接起来，通过感应或传感器等方式实现数据传输。 总体来看，无线传输方式的主要特点是结构比较简单，技术成本相对较低，但数据传输速率较低，传输数据量有限，抗干扰能力较差；有线传输方式优势明显，其传输速率高（最高可达 1～2Mbit/s），可实现双向传输，但仪器设计较复杂，成本较高。不同传输方式的具体特性对比见表 1。
2 随钻测井数据传输技术新进展 2.1 泥浆脉冲传输 作为 LWD/MWD 领域应用最广泛的无线传输方法，泥浆脉冲传输技术通过泥浆流进行数据传输，无需绝缘电缆和特殊钻杆，作业成本大幅降低，但因其具有较低的带宽，一定程度地限制了实时传输至地表的数据量，同时，受脉冲、调速等因素影响，其数据传输速率也较慢。另外，由于数据压缩率决定着测井资料（特别是成像测井）的分辨率，泥浆脉冲传输技术的低带宽特征对井壁图像准确传输也造成很大影响，大大降低了实时数据的价值。因此，为获取准确图像，必须选用合适的数据压缩率，将带宽调整至最佳。 贝克休斯公司开发出一款新型泥浆脉冲传输模拟工具，目前正处于测试阶段。该模拟工具根据邻井数据或模拟存储数据建立的参数集，对预期的实时图像和数据质量进行模拟，同时采用灵活的压缩算法匹配特定应用需求，允许用户对成像测井作业进行合理规划，最大限度地完成实时成像数据传输，进而有效提升数据传输速率，实时监测钻井作业性能，提升地质导向效果，实现遥传效果最优化。 在深井、超深井的随钻数据传输过程中，受井深距离影响，泥浆脉冲信号在传输至地表时会出现信号衰减，降低了数据质量。为应对这一问题，斯伦贝谢公司开发出新一代 MWD 数据传输平台DigiScope（图 1），该平台工作频率为 0.25～24Hz，可提供最大 36bit/s 的数据传输速率，较常规传输速率提高了 6 倍，通过采用新型调制算法，并将 DigiScope 技术与新型数据压缩平台 Orion Ⅱ结合，使数据传输速率提升至 140bit/s。此外，采用加工后的微粉化重晶石钻井液进行钻井作业，可将 MWD 信号强度提升一个数量级。DigiScope 数据传输平台具体性能参数见表 2。 2.2 电磁传输 在一些采用空气、泡沫等可压缩钻井液的陆上钻井和欠平衡钻井中，泥浆脉冲传输技术无法应用，电磁传输技术则不受此情况限制。电磁传输技术利用底部钻具组合中的井下发射器来发射电磁波，电磁波可穿透岩层，将钻井和测井数据传输至地面，同时允许底部钻具组合与地表进行双向通信，其数据传输速率与常规泥浆脉冲传输速率近似，约为 6～15bit/s。电磁传输技术对泥浆类型无特定限制，但其作业范围和传输效果受信号衰减影响较大，深度、地层电阻率和传输频率等因素也会限制信号的穿透能力。 近期，为解决常规电磁遥传系统信号随井深加深导致电磁信号衰减的问题，威德福公司推出了一款新型电磁遥传天线系统 EM Casing Link（图 2），该仪器主要由一根 0.5in 的绝缘同轴电缆构成，其信号接收器位于井下，信号通过套管管柱外的绝缘电缆传送到地面收发器，降低了高阻岩层对电磁信号传输的不利影响，从而保障了电磁信号强度，并可通过提高信噪比来扩大作业深度范围。
在美国 Texas 州一口水平井中，作业者 Corlena 石油公司将 EM Casing Link 下入适宜电磁遥传的深度，应用电磁脉冲系统进行测量，在不影响抽空作业的同时进行 MWD 数据传输，最终数据传输率达 100%，数据可靠性高于泥浆脉冲传输，同时缩短了钻井时间，降低了作业成本。 2.3 声波传输 声波传输技术主要是利用钻杆将钻井和测井数据传输至地表，不受泥浆类型、流速和水深等因素影响，适用于空气钻井和海上钻井，在高噪声钻井环境下可替代泥浆脉冲传输和电磁传输系统。 经过多次现场试验，一款新型声波传输系统 XACT AT 正式投入商业应用，适用于多种钻井环境，利于快速作业决策，降低钻井风险，提升钻井效率。 XACT AT 系统由声波发射器、收发器、处理控制模块及传感器模块等部分构成（图 3），利用多个带有孔眼、接箍的中继器，可在任意深度进行约 30bit/s 的高效数据传输。为优化信号强度和传输速度，该系统还可根据井斜调整中继器间距，在小角度井段通常为 5000～6000ft，在高角度和水平井段为 2000～3000ft。受井深、测量剖面及仪器数量等因素影响，数据传输至地面约需 10～40s，在地面利用一个小型加速度计装置对声波数据进行解码，而后传输至井场。
2.4 有线钻杆 自国民油井华高 NOV 公司的 Intelliserv 有线钻杆系统商业化问世以来，已在不同国家和地区的 120 余口井中得到应用，包括海上钻井、直井、斜井及水平井等多种钻井环境。该系统主要由接口装置、电子部件、有线钻杆、钻柱及顶驱旋转接头等部分构成，其中接口装置用来连接 LWD/MWD仪器，进行双向数据通信；电子部件用于信号增强，可测量压力和温度数据；有线钻杆是该系统的核心，通过感应线圈进行高速通信，线圈连接到一个固定在管柱接头的高速高强度数据电缆，无需直接接触即可感应钻杆下部信号；顶驱旋转接头可替代保护接头，使系统在旋转和驻停状态之间灵活切换。 Intelliserv 系统可提供 57kbit/s 的高速高质量实时数据传输，通过对井径、扭矩、压力、温度、应变及应力、振动率等参数进行测量，可准确实现井壁稳定性评价，精确布井，同时有助于井眼振动管控、环压监测、井下仪器控制及地层压力测试等多方面分析评价。此外，系统具备的高速双向数据传输功能，还可以：快速更新地层模型以降低作业风险；加快井眼轨迹调整，对仪器状态和性能进行实时监测，提高钻井效率；通过降低非生产时间来提升项目的经济性。 在挪威 Visund 油气田的应用中，利用 Intelliserv 系统的高频信号传输特点，将全井眼井径数据实时传输至地面，不仅帮助作业者确定扩眼器是否工作正常，还通过实时监测避免了为调整旋转导向系统或调查扩眼情况造成的不必要起钻，为作业公司节省了 2d 时间。 据报道，第二代 Intelliserv 系统现已开展现场试验，最高传输速率可达 2Mbit/s。在一项针对由 12 种工具组成的 200ft 长的底部钻具组合测试中，其数据传输率可达到 240kbit/s。 3 结论与认识 （1）泥浆脉冲传输未来发展的主要目标是实现更高的数据传输速率,提高工作可靠性及增强环境适应能力，尽可能使其在不同机械钻速、不同泥浆类型、不同井深、不同钻杆直径等因素下，得到最佳传输效果。 （2）电磁传输及声波传输技术需要解决信号衰减和噪声干扰等问题，同时提高信号传输可靠性，加大测量数据的传输深度，有效降低作业成本。 （3）有线钻杆传输继续向双向高速率实时通信的方向发展，通过不断的改进和完善，进一步预防作业风险，提高钻井效率，减少非作业时间。 |
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