陶鑫

【摘 要】無線脈沖隨鉆測斜儀是以鉆井液作為信號傳輸介質，使井下探管所測數(shù)據(jù)能夠以壓力脈沖形式在鉆桿內部傳輸?shù)降孛?。在脈沖信號傳輸?shù)倪^程中，將會受到噪聲的影響，噪聲來源有鉆井泵活塞運動、井下動力鉆具、鉆頭切削等。本文將對這些噪聲的來源及特性進行分析，從而提出避免脈沖信號被干擾的辦法。

【關鍵詞】泥漿脈沖；傳輸；噪聲

無線脈沖隨鉆測斜儀是以鉆井液作為信號傳輸介質，使井下探管所測數(shù)據(jù)能夠以壓力脈沖的形式在鉆桿內部傳輸?shù)降孛妫酀{脈沖信號傳輸過程容易受到鉆井泵活塞運動、井下動力鉆具、鉆頭切削等噪聲的影響，其頻率越接近于脈沖信號的頻率，就越容易對地面信號的解碼產(chǎn)生影響，因此對鉆井液的性能、鉆進參數(shù)及鉆井設備的要求較高。

1.泥漿脈沖信號的產(chǎn)生及傳輸

鉆井液壓力脈沖傳輸是將被測參數(shù)轉變成鉆井液壓力脈沖，由鉆桿內部自井底傳輸?shù)降孛?，國內基于泥漿脈沖傳輸信號的MWD有正、負脈沖等類型。以國產(chǎn)海藍YST-48R為例，當井下定向探管的流量開關判斷停泵后，定向探管開始測量停泵數(shù)據(jù)，當流量開關判斷開泵后，定向探管將測量的數(shù)據(jù)變成電信號，發(fā)送到脈沖發(fā)生器，由它控制儀器脈沖發(fā)生器的伺服閥閥頭。當伺服閥閥頭不工作時，由于鉆井液在循環(huán)套和限流環(huán)的斜坡處產(chǎn)生反沖，將驅動頭總成最下端的主閥頭頂起，閥筒內彈簧被壓緊，這時鉆井液可順利通過限流環(huán)。當伺服閥閥頭向上提起時，泥漿將流入驅動頭總成的內孔，使驅動頭總成內外壓力平衡，閥筒內彈簧釋放，使在主閥頭與限流環(huán)處泥漿的過流面積減小，這樣就產(chǎn)生一個正的鉆井液壓力脈沖，類似的還有負脈沖傳輸系統(tǒng)、連續(xù)波傳輸系統(tǒng)。

2.影響鉆井液脈沖信號傳輸?shù)囊蛩?/p>

最影響鉆井液脈沖無線隨鉆儀器信號傳輸?shù)氖莻鬏斀橘|不穩(wěn)定，壓力脈沖在鉆井液中傳輸衰減嚴重，且易受到外界噪聲干擾。若要在地面成功捕捉到脈沖信號，就要盡量提高壓力脈沖的初始信號強度，降低外界噪聲干擾，控制噪聲頻率，提高信號傳輸信噪比。

（1）井深對脈沖信號的影響：泥漿脈沖信號傳輸過程是自身壓能與動能的轉化，傳輸路徑越長，丟失能量越多，最終被接收到的信號就越弱。對海藍YST-48R儀器而言，傳輸?shù)念l率范圍為0.5-1Hz，在井較深時可選擇0.5Hz作為信號傳輸頻率，以提高信噪比。

（2）鉆井液中的雜物造成的衰減：鉆井液中有雜物，當累積到一定程度時，會使泵壓不穩(wěn)定，干擾儀器脈沖信號傳輸，還會堵塞脈沖發(fā)生器閥筒內腔，使驅動總成內的主導桿不能做滿行程運動，從而降低初始脈沖的幅度，降低信噪比，甚至造成信號丟失。在施工過程中，必須使用鉆桿濾清器，以防止此類事情發(fā)生。

（3）鉆井液含氣量對信號傳輸?shù)挠绊懀恒@井液的含氣量對壓力脈沖的傳輸有直接影響，含氣量達到7%時會對壓力脈沖產(chǎn)生較大的衰減，甚至使地面無法接收到脈沖信號，因此要處理好泥漿，降低泥漿中的含氣量。

（4）鉆井泵空氣包的影響：由于鉆井泵凡爾的往復運動使泥漿流動呈周期性變化，所以立管處的壓力也是正弦周期性變化?？諝獍挠猛揪褪菧p少壓力變化和機械震動，使泥漿流動平穩(wěn)，同時也會影響井下脈沖發(fā)生器傳上來的壓力脈沖信號，造成對泥漿脈沖信號的干擾。為避免這狀況，空氣包充壓壓力應為立管壓力的1/4～l/3。同時，單泵鉆進時，其它泵應被隔離。

（5）壓力傳感器的安裝對信號的影響：壓力傳感器的安裝位置對于在低的信噪比情況下也很關鍵，應安裝在主管線上，距離方鉆桿越近越好，避免安裝在管線末端、閥門和其它傳感器附近；壓力傳感器應水平安裝，以免混入空氣和泥漿結餅堵塞壓力傳感器。

3.噪聲對脈沖信號傳輸?shù)挠绊?/p>

由于鉆井施工中有許多噪聲，要想減少噪聲強度，就要清楚噪聲產(chǎn)生的根源，同時了解脈沖信號和噪聲的頻率特性，進而采取相應措施消除、壓制噪聲，以獲取高信噪比。

（1）鉆井泵噪聲的特性：一般情況鉆井泵工作良好時，在立管上產(chǎn)生的噪聲，一是較弱的泵沖程噪聲，可忽略不計；二是較強的凡爾往復運動噪聲。泵工作不正常時，若發(fā)現(xiàn)異常雜波，應及時排除泵的故障。另外若用兩個三缸泵，應使沖程大小一致，若工作在不同的沖程速率，將產(chǎn)生一個和脈沖信號頻率接近的、嚴重的活塞運動噪聲干擾。

（2）扭矩噪聲的特性及采取的降噪措施：堅硬巖層、高陡構造、PDC鉆頭、穩(wěn)定器都有可能產(chǎn)生扭矩噪聲，如果鉆頭的剪切力是主要的扭矩噪聲源，提起鉆具時噪聲將消失。如果穩(wěn)定器是主要的噪聲源時，只有停止轉盤轉動，噪聲才會消失。當扭矩噪聲嚴重干擾脈沖信號接收時，應改變鉆進參數(shù)，使扭矩噪聲頻率遠離泥漿脈沖信號頻率，以排除噪聲干擾，或者改變儀器脈寬，提高信號傳輸頻率。

（3）螺桿噪聲及采取的降噪措施：一般情況下螺桿失速可能造成脈沖信號錯誤，從而造成地面解碼失敗。當?shù)貙蛹釉阢@頭上的阻力大于螺桿所能產(chǎn)生的最大扭矩力時，螺桿將停轉，這時地面立管壓力將突然升高，淹沒了壓力脈沖信號或者產(chǎn)生錯誤的脈沖波形，導致地面解碼錯誤，所以鉆進時應平穩(wěn)加壓。

（4）活動鉆具產(chǎn)生的噪聲：活動鉆具過于猛烈，將會在鉆具內產(chǎn)生一個較強的壓力波動，從而造成泥漿脈沖信號丟失，一般情況下活動鉆具時要輕提慢放，使泥漿信號能有效傳輸。

（5）電磁干擾噪聲：一般出現(xiàn)在使用電磁波傳輸井下信號的無線隨鉆儀器中，可以不考慮它，除非有損壞，造成局部無法屏蔽，影響信號在電纜中的傳輸，因此對有破損的電纜應進行修復或盡量使用全新無傷的電纜。

4.實例分析

（1）孤東6-斜20井：該井為一口大斜度定向井，采用國產(chǎn)YST-48R正脈沖無線隨鉆儀進行隨鉆測量，應用大慶Ⅱ-130鉆機施工，設備性能較差，在鉆至1200m時，發(fā)現(xiàn)儀器波形明顯變小，且由“單峰型”變?yōu)椤半p峰型”，儀器不能進行數(shù)字解碼。起鉆更換脈沖發(fā)生器后，在井口測試波形仍然為“雙峰型”。排除儀器因素后，在檢查鉆井設備時發(fā)現(xiàn)空氣包有破損，更換新的空氣包并且調整好壓力后，儀器恢復正常工作。

（2）陳氣12-斜30：該井為一口小井眼氣井，采用國產(chǎn)YST-48R無線隨鉆儀進行隨鉆測量，在鉆至467m時發(fā)現(xiàn)泵壓突然下降，儀器信號減弱，檢查時發(fā)現(xiàn)，循環(huán)罐內鉆井液含氣量已達50%，加入消泡劑處理鉆井液4h后，泵壓、儀器信號恢復正常。

（3）蘇6-13-5H：該井為一口水平氣井，二開為復合型井眼，定向段井眼尺寸215.9mm，采用YST-48R進行隨鉆測量，在鉆至2800m時，因甲方要求提高鉆井液粘度及比重，加入4t鈉土后發(fā)現(xiàn)儀器信號雜亂，地面無法正常解碼，經(jīng)檢查為加入藥品未充分攪拌就進入鉆桿，造成泥漿性能突變，循環(huán)3h后信號恢復正常。

5.結束語

在無線隨鉆現(xiàn)場施工中，提高信號傳輸?shù)男旁氡仁浅晒Λ@取隨鉆參數(shù)的關鍵，在整個過程中應注意影響信噪比的各種因素，并采取措施提高信噪比，保證施工的順利進行；在儀器使用過程中，既要保證儀器本身的保養(yǎng)、組裝和配件的組合，還要把鉆井液性能，設備運行情況、鉆井參數(shù)結合起來。因此，保證泥漿脈沖無線隨鉆儀器的正常使用，使井下數(shù)據(jù)快速、準確的傳輸?shù)降孛妫瑸槎ㄏ蚴┕ぬ峁┍Ｕ稀?/p>

【參考文獻】

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