湯鳳林，趙榮欣，周 欣，段隆臣，Чихоткин В.Ф.

（1.上海市建筑科學研究院有限公司，上海 200032；2.中國地質(zhì)大學（武漢）工程學院，湖北 武漢 430074；3.湖北省地震局，湖北 武漢 430064）

1 概述

鉆探工程中，特別是在復雜地質(zhì)條件下的深部分支孔定向鉆進中，為了提高鉆探效率、保證鉆孔質(zhì)量、提高技術(shù)經(jīng)濟指標，需要及時掌握孔底實時位置（孔深）、頂角、方位角，以及造斜器具在孔底的安裝角度等，為此需要使用遙測系統(tǒng)［1-20］。遙測系統(tǒng)一般包括有：最大限度接近孔底的一組傳感器，動力供給裝置，從孔底到地面信息的獲得、傳送和接收系統(tǒng)，處理所得信息以便解決檢測、控制鉆進過程的計算機所需的信息系統(tǒng)等。

為了從孔底向地面?zhèn)魉托畔ⅲ枰煌穆?lián)系通道。聯(lián)系通道有多種，有聲波聯(lián)系通道、水力聯(lián)系通道、電磁（無桿）聯(lián)系通道、有桿聯(lián)系通道、組合聯(lián)系通道等。但是目前使用較多的是水力聯(lián)系通道和電磁聯(lián)系通道以及二者的組合［1-2］。

水力聯(lián)系通道中，利用的是活閥運動產(chǎn)生的鉆井液壓力脈沖。水力脈沖傳感器裝在鉆桿柱內(nèi)部。水力脈沖壓力與時間的關(guān)系P=f（t），見圖1?；铋y壓向鉆桿柱內(nèi)正向沖洗液，產(chǎn)生壓力正脈沖，用代碼1 表示，表示壓力提高（見圖1a），如果鉆井液定期通過活閥進入鉆桿外空間，則產(chǎn)生負脈沖，用代碼0表示，表示壓力降低（見圖1b）［7-9］。

圖1 水力脈沖壓力與時間的關(guān)系P=f(t)通道信號代碼Fig.1 Hydraulic pulse pressure as a function of time P=f(t)and code of communication signal

也可使用依靠改變壓力脈沖相位傳送信息的回轉(zhuǎn)型脈沖發(fā)生器（見圖2）。壓力脈沖是靠具有一定轉(zhuǎn)速的葉片回轉(zhuǎn)得到的，相位轉(zhuǎn)換是利用葉片2 向左或向右回轉(zhuǎn)得到的。葉片向某個方面轉(zhuǎn)動，導致脈沖相位產(chǎn)生一定位移，即向1 或0 移動。

圖2 回轉(zhuǎn)型脈沖發(fā)生器Fig.2 Rotary type pulse generator

遙測系統(tǒng)電磁聯(lián)系通道原理如圖3 所示。信號從位于孔底遙測系統(tǒng)中的鉆桿柱下方無磁分隔管的信號源出來。電磁波通過巖石把信號傳送給接地天線，被信號處理系統(tǒng)吸收，由計算機進行處理。

圖3 遙測系統(tǒng)電磁聯(lián)系通道工作原理Fig.3 Working principle of the electro?magnetic link route in the remote measurement system

2 鉆進用信息-工藝-自動導航系統(tǒng)

俄羅斯“領(lǐng)航員”遙測系統(tǒng)科研所的科研人員把信息、工藝、自動導航結(jié)合起來，開發(fā)出了鉆進用信息-工藝-自動導航系統(tǒng)，見圖 4［7-9］。

圖4 鉆進用信息-工藝-自動導航系統(tǒng)示意Fig.4 Automatic information?procedure?navigation system for drilling

鉆進自動導航系統(tǒng)包括位于鉆桿柱中的孔底動力機、孔底遙測系統(tǒng)、動力源、水泵及其驅(qū)動裝置。泵與接收容器連接，容器中置有沖洗液水平傳感器。在水泵的泵送線上，置有壓力傳感器、流量傳感器、密度傳感器和檢測有無氣體包裹物存在的傳感器。在泵送線上還裝有控制閥。天線上接有接收裝置，其出口端與計算機的入口端連接。計算機的第2 個入口端接有轉(zhuǎn)換組件。

絞車包括絞車傳動裝置。絞車上置有鉆桿柱長度傳感器。大鉤指重表裝在鋼絲繩索上。鉆桿柱通過轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤包括有造斜裝置定向用的轉(zhuǎn)盤驅(qū)動裝置。

在鉆桿柱的上部，置有防噴器及其驅(qū)動裝置。在鉆桿柱外部空間中，置有氣體分析器、軸載傳感器、扭矩傳感器和水力渦輪傳感器。傳動組件和測斜部件置于孔底遙測系統(tǒng)的殼體內(nèi)。計算機出口端接有監(jiān)視器、打印機，通過連接件接有司鉆操縱臺和調(diào)解解調(diào)器（通常稱之為“貓”）。調(diào)解解調(diào)器沿著電話線通過調(diào)解解調(diào)器與遠方計算機連接。計算機的出口與控制部件連接?？刂撇考c水泵的傳動裝置、絞車傳動裝置、轉(zhuǎn)盤傳動裝置、防噴器傳動裝置和控制閥連接。在動力源的上方，也可裝置脈沖發(fā)生器獲得組件，以便按水力聯(lián)系通道傳送信息。

計算機裝有信息、工藝的程序軟件，包括操作系統(tǒng)程序、信息處理程序、制定技術(shù)解決問題措施程序和控制程序。

轉(zhuǎn)換組件包括模擬-數(shù)字處理器（按傳感器的數(shù)量分別為АЦП50—АЦП58）、控制器、本組件的“貓”和動力供給部件。

本自動導航系統(tǒng)的工作原理如下。

鉆進時，水泵沿著泵送線路向渦輪鉆具供給沖洗液，驅(qū)動渦輪鉆具工作。從測斜部件來的測斜參數(shù)和從軸載傳感器、扭矩傳感器和水力渦輪轉(zhuǎn)數(shù)傳感器來的孔底參數(shù)，通過傳動組件，以電磁波形式傳給天線、接收裝置進入計算機。從地上工藝傳感器來的信號，傳給轉(zhuǎn)換組件的入口和計算機的入口，進行轉(zhuǎn)換、處理，同時傳給監(jiān)視器和司鉆操縱臺，必要時傳給打印機。在監(jiān)視器屏幕上，可把信息快速、高質(zhì)量、清楚地傳給物探人員，部分信息以數(shù)字-模擬方式傳到司鉆操縱臺上，而且可以利用置于附近的光極管，以模擬方式提供測斜資料。

轉(zhuǎn)換組件把從所有地上傳感器來的資料，轉(zhuǎn)換為計算機可以使用的信號。裝置在孔底遙測系統(tǒng)殼體內(nèi)的傳感器，通過傳動組件把信息傳送給地表天線、接收裝置，繼而傳給計算機。

利用處理從工藝傳感器傳來信息用的軟件，可以處理從傳感器來的全部信息，首先向監(jiān)視器屏幕提供數(shù)字形式，然后提供表格、圖件、曲線等形式的形象化資料，計算并給出通過數(shù)學轉(zhuǎn)換測得的參數(shù)，例如鉆孔偏離設(shè)計軌道得到的資料。利用技術(shù)措施制定軟件，對信息進行比較復雜的邏輯轉(zhuǎn)換和數(shù)學轉(zhuǎn)換?？刂栖浖υ撓到y(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)直接給出控制信號，以便提出與鉆進過程控制方面有關(guān)的建議。執(zhí)行機構(gòu)包括水泵傳動裝置、絞車傳動裝置、轉(zhuǎn)盤傳動裝置和防噴器傳動裝置。發(fā)生事故情況下，也可發(fā)出（聲和光）警告信號。本組件也可以保證通過對水泵傳動裝置、絞車傳動裝置、轉(zhuǎn)盤傳動裝置和防噴器傳動裝置施加作用而使鉆進過程完全自動化。而且，控制施加的每一個作用，都可以是單獨實現(xiàn)的，也可以是任何組合形式實現(xiàn)的。

使沖洗液產(chǎn)生水力脈沖的脈沖發(fā)生器，可以保證把有關(guān)孔斜參數(shù)和孔底工藝參數(shù)的信息沿著水力聯(lián)系通道傳送。同時，可以使用2 個聯(lián)系通道之一的水力聯(lián)系通道或電磁聯(lián)系通道來復制得到的信息，以提高系統(tǒng)的可靠性。

本系統(tǒng)還可以保證把信息傳送到遠方的計算機，以便實現(xiàn)不僅可以對一個井場進行控制，還可以對周圍井場乃至整個油田進行控制。

自動導航系統(tǒng)包括的遙測系統(tǒng)，用于確定鉆柱下部裝置的空間定位和確定鉆進過程優(yōu)化需要的孔底參數(shù)。遙測系統(tǒng)中的孔內(nèi)儀器，可以保證對孔底造斜器進行定向，也可以向地面連續(xù)傳送和指示無磁異常地質(zhì)介質(zhì)中渦輪鉆進過程中的鉆孔方位角、頂角的信息。

自動導航系統(tǒng)中的遙測系統(tǒng)工作過程：沖洗液帶動流通式發(fā)電機渦輪，產(chǎn)生供給孔內(nèi)儀器電子部件的電能。來自傳感器的信息被轉(zhuǎn)換成代碼系列，根據(jù)鉆進條件和有關(guān)相應(yīng)的組件，按照電磁聯(lián)系通道或水力聯(lián)系通道進行傳送。在地表上，電磁信號被距鉆場30～50 m 的天線接收，水力脈沖信號被安裝在水泵泵送線上的傳感器轉(zhuǎn)換器接收。在接收裝置中，接收到的信號被譯碼，進入計算機處理。

在遙測系統(tǒng)中的孔內(nèi)部分中，有微型組件結(jié)構(gòu)。遙測系統(tǒng)的功能取決于其所包含微型組件的組成，微型組件又取決于工藝需要。

遙測系統(tǒng)主要性能參數(shù)如下［7-9］：

測 量 范 圍 及 精 度 ：頂 角 0°～180°（±0.1°～0.15°），方位角0°～360（°±1°～2°），造斜器安裝角0°～360（°±1°～2°）。

孔內(nèi)儀器安裝尺寸：直徑≯172 mm，長度3000 mm。.

孔內(nèi)儀器供電發(fā)電機性能：頻率2000±500 Hz，電壓18～70 V。

地表儀器供電源性能（交流）：頻率50 Hz，電壓220～240 V。

工作參數(shù)：孔底工作溫度＜125 ℃，沖洗液流量7～60 L/s，最大靜壓100 MPa，發(fā)電機壽命≮200 h，沖洗液含砂量＜3%，抗振穩(wěn)定性＜12 g，抗沖擊強度＜1000 g。

使用帶有電磁聯(lián)系通道和水力聯(lián)系通道的孔底遙測系統(tǒng)，可以測量鉆進過程中的導航參數(shù)和地球物理參數(shù)，包括鉆井液不能循環(huán)時的參數(shù)，在鉆具提升時記錄有關(guān)信息。

孔底遙測系統(tǒng)測量的參數(shù)有：頂角，方位角，造斜器相對終點平面的位置，電阻率測井KC（使用電磁聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)時），自然極化測井ПС（使用電磁聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)時），振動測井ВК，發(fā)電機回轉(zhuǎn)頻率，孔底溫度，輻射功率等。

帶有電磁聯(lián)系通道的孔底遙測系統(tǒng)，安裝在孔底動力機的上方，由孔底部分（電子儀器，動力機，接長管，電分離管）和地面儀表（司鉆操縱臺，天線，接收裝置）組成。

帶有水力聯(lián)系通道的孔底遙測系統(tǒng)，包括有孔底部分（孔內(nèi)儀器，動力機，接長管，動力外殼，脈沖發(fā)生器）和地面儀表（管匯壓力傳感器，接收裝置）。地表天線或管匯壓力傳感器接收的信號，進入接收裝置，在此進行放大、濾波和解碼。然后，信息進入操作員計算機，以用戶方便的任何形式，例如以記錄參數(shù)的磁帶和圖像的形式儲存起來。

孔底遙測系統(tǒng)是用奧氏體級無磁鋼和Д16Т 合金制造的。按照孔底遙測系統(tǒng)通過條件，鉆孔彎曲極限強度為1°/m。

在鉆進過程中，孔內(nèi)儀器（見圖5）可以測量導航參數(shù)和地球物理參數(shù)，把含有所得信息解碼的電性參數(shù)，傳給周圍巖石。

圖5 孔底遙測系統(tǒng)孔內(nèi)部分Fig.5 Downhole components of the downhole remote measurement system

使用水力聯(lián)系通道的孔底遙測系統(tǒng)時，孔內(nèi)儀器可以測量并利用脈沖發(fā)生器形成壓力脈沖，壓力脈沖沿著鉆桿內(nèi)沖洗液傳播，被管匯壓力傳感器接收。

利用遙測系統(tǒng)軟件可以對信息進行交換、編輯，把測得資料與孔深聯(lián)系起來，在監(jiān)測器上以數(shù)字和曲線形式實現(xiàn)信息的可視化（見圖6）［7-9］。

圖6 孔底遙測系統(tǒng)司鉆操縱臺顯示器Fig.6 Display of the downhole remote measurement system at the driller console

孔底遙測系統(tǒng)孔內(nèi)儀表的供電發(fā)動機，屬于帶有電磁聯(lián)系通道和水力聯(lián)系通道的孔底遙測系統(tǒng)的組成部分，用來向孔內(nèi)儀表供電。這種發(fā)電機的技術(shù)參數(shù)見表 1［7-9］。

表1 孔內(nèi)發(fā)動機技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of the generator in the borehole

孔內(nèi)發(fā)動機不僅可以用作“薩馬爾水平線”科學生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的水力聯(lián)系通道遙測系統(tǒng)，而且可以代替水力聯(lián)系通道遙測系統(tǒng)的鋰電池部件。有些孔底遙測系統(tǒng)不使用孔內(nèi)發(fā)動機供電，而是使用獨立的電池（見圖7）。在這種情況下，孔內(nèi)儀器的供電問題就與沖洗液的參數(shù)和性能沒有關(guān)系了。該電池的性能參數(shù)見表2。

表2 孔內(nèi)遙測系統(tǒng)發(fā)電機電池性能Table 2 Characteristics of the generator battery for the borehole remote measurement system

圖7 孔底遙測系統(tǒng)使用的各種連接形式的電池Fig.7 Batteries with various connections for the downhole remote measurement system

對高溫、高振和大沖擊載荷條件下使用的外殼有嚴格的要求，故把蓄電池置于玻璃塑料外殼內(nèi)。電池間用絕緣膏隔開。這種保護的電池，可以在各種復雜條件下安全使用。

3 “伏爾加”設(shè)備程序組件

本系統(tǒng)中的“伏爾加”設(shè)備程序組件，用于自動檢測鉆進過程，進行地質(zhì)-工藝研究和地球物理研究，以便有效控制鉆進過程，保證無事故和安全鉆進。從地面儀表和孔底遙測系統(tǒng)來的地質(zhì)-工藝信息，進入采集和初步處理數(shù)據(jù)的檢測器，然后傳送給鉆場操作員計算機。對所有得到和進來的信息，用專用程序組件進行處理，并實時利用聯(lián)系通道送到數(shù)據(jù)服務(wù)器保存，可為大量用戶服務(wù)。利用“伏爾加”組件，可以實時觀測鉆進過程，甚至可以在遠離鉆場的地方，用從孔內(nèi)得到的全部客觀信息，控制鉆進過程，迅速采取優(yōu)化鉆進措施?？梢越@孔事故情況和未預(yù)見復雜情況的數(shù)據(jù)庫，在專家評價基礎(chǔ)上給出準備好的管理決策，從而使工藝錯誤最小化，提高鉆探技術(shù)經(jīng)濟指標，減少鉆場高水平管理人員的開支。

孔底遙測系統(tǒng)的優(yōu)點是：利用統(tǒng)一規(guī)格化的結(jié)構(gòu)，可以通過改變動力外殼，使用不同直徑（90～240 mm）鉆桿柱；結(jié)構(gòu)不長且靈活，可以在全角變化率大（1°/m）時進行鉆進，并可降低鉆柱下部組合裝置被卡的危險性；可以在沖洗液循環(huán)或停止循環(huán)的鉆進過程中，測量導航參數(shù)和地球物理參數(shù)；可以不用從孔底提升遙測系統(tǒng)來進行控制測量方式和從地表傳送信息；可以在提升鉆具時測量和記錄信息并保存到硬盤上；遙測系統(tǒng)可以在靜壓100 MPa、周圍環(huán)境125 ℃和沖洗液流量廣泛范圍內(nèi)進行工作；遙測系統(tǒng)可以在使用充氣沖洗液、空氣等負壓條件下使用；可以利用水力聯(lián)系通道進行工作，為此只要把現(xiàn)在遙測系統(tǒng)中使用的脈沖發(fā)生器稍作改進即可。

“伏爾加”組件可以測量的參數(shù)有：大鉤載荷，沖洗液泵壓，鉆頭在孔底的深度，管鉗擰卸扭矩，鉆頭載荷，轉(zhuǎn)盤扭矩，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，泵沖次，造斜楔（造斜工具）頂角、方位角，沖洗液溫度，沖洗液進、出時流量，造斜器位置（造斜器相對鉆孔終點平面的位置或鉆孔方位角），沖洗液池內(nèi)的液面高度，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，沖洗液導電率，孔底溫度，沖洗液入口密度，電阻測井KC，自然極化測井ПК，振動測井ВК，伽馬測井ГК等。

4 科爾維特（Корвет）孔底遙測系統(tǒng)［7-9］

俄羅斯地質(zhì)集團公司生產(chǎn)的水力聯(lián)系通道科爾維特（Корвет）孔底遙測系統(tǒng)，用于在鉆進過程中進行測量，以便控制鉆孔鉆進方向和鉆孔剖面地質(zhì)分層。科爾維特系統(tǒng)包括有遙測探頭、地面儀表（見圖8）和控制鉆孔方向的操作員指示盤（見圖9）。圖9中操作員指示盤上標出的數(shù)據(jù)是：鉆孔方位角實時數(shù)值 247°，鉆孔頂角 45°，鉆孔深度1568 m。

圖8 科爾維特孔底遙測系統(tǒng)外貌Fig.8 Appearance of downhole remote measure system“Korvet”

圖9 科爾維特孔底遙測系統(tǒng)操作員指示盤Fig.9 “Korvet”display for the operator

水力聯(lián)系通道系統(tǒng)中使用了美國APS 公司生產(chǎn)的壓力正脈沖回轉(zhuǎn)型脈沖器APS。APS 是防止沖洗液漏失的最穩(wěn)定的脈沖器之一。

科爾維特孔底遙測系統(tǒng)的裝置見圖10。

圖10 科爾維特孔底遙測系統(tǒng)組件Fig.10 Downhole components of“Korvet”

利用科爾維特孔底遙測系統(tǒng)儀表和軟件，可以連續(xù)提供鉆孔鉆進中的頂角、方位角和造斜器安裝角度的實時數(shù)值。圖11 示出了造斜器安裝角讀數(shù)系統(tǒng)的圖像和表格資料，用指標和數(shù)字表示了鉆孔方向變化過程中造斜器實時數(shù)值，當前是從202°變到 249°的情況［7-9］。

圖11 從計算機顯示器得出的遙測信息Fig.11 Remote measured information read from the computer monitor

頂角、方位角實時數(shù)值和造斜器安裝角的實時圖示數(shù)值為 202°、247°、248°、245°和 249°

圖12 為科爾維特孔底遙測系統(tǒng)得到的鉆孔鉆進圖像資料。該圖表示的是孔筒三維坐標圖像和相應(yīng)垂直平面和水平平面的投影，以及孔底的方向。

圖12 科爾維特遙測系統(tǒng)得到的鉆孔鉆進圖像資料Fig.12 Borehole drilling graphic data from“Korvet”

5 Orienteer MWD 系統(tǒng)［7-9］

Orienteer MWD 系統(tǒng)是格爾斯（ГЕРС）［俄羅斯，特維里（Тверь）市］公司研發(fā)的，用于對孔斜、管理進行研究并可對所有類型資料進行采集的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是把孔內(nèi)水力負脈沖組件和地表信息記錄、鉆孔鉆進管理測量系統(tǒng)集成起來的一個系統(tǒng)（СИРИУС），可以對斜孔、水平孔進行現(xiàn)代化高水平鉆進進行指導的系統(tǒng)。利用這種系統(tǒng)可以測量孔斜參數(shù)（頂角、方位角、造斜器轉(zhuǎn)動角度）和鉆進過程中的其它控制參數(shù)，從而可以高質(zhì)量、高速度完成斜孔和水平孔的鉆進工作。

此系統(tǒng)包括孔內(nèi)儀器部分和地表測量部分?？變?nèi)部分見圖13。

圖13 Orienteer MWD 系統(tǒng)孔內(nèi)儀器部分Fig.13 Down hole components of Orienteer MWD system

無磁接頭（Be-Cu）是連通接頭，用于連接Ge?olink 螺紋組件和客戶螺紋組件，包含有適用于直徑88.9 mm Geolink 限制件軸套的軸頸。無磁加重鉆桿是超薄加重鉆桿，用鈹（Be）銅合金制成。連接器和矛頭是Orienteer 儀器的連接件，可以保證各個組件之間的數(shù)據(jù)交換和供給電源，還可以使無磁加重鉆桿內(nèi)儀器工作穩(wěn)定。伽馬電子組件可以記錄被破碎巖石的自然放射性情況，將其實時發(fā)送給SEA 測斜儀，把信息保存在孔內(nèi)記憶裝置中，以便后續(xù)地表可視化使用。伽馬組件供電組件包含有鋰-亞硫酸基氯化物電池，為伽馬探測器和電子控制儀表提供電源。計算用測斜儀含有3 個測斜用坐標計算用測斜儀（測斜儀和磁力儀）傳感器，可以在0°～180°全程范圍內(nèi)研究孔斜和控制情況。電源包括鋰-亞硫酸基氯化物電池，可以給傳感器和傳送器供電。信號轉(zhuǎn)換器的APC 可以形成電脈沖，傳給傳送器，以便傳送利用水力聯(lián)系通道記錄的數(shù)據(jù)。無磁接頭（Be-Cu）是連通接頭。直徑89 mm 超薄傳送接頭可以形成負壓序列脈沖，以便把孔內(nèi)得到的資料傳送到地表。傳送接頭與外殼是一個整體。

地表組件包括：安裝在壓送線上的壓力傳感器SPP；安裝在孔底遙測系統(tǒng)工作站上的系統(tǒng)接口部件SIB；安裝在孔底遙測系統(tǒng)工作站上的臺式計算機Geolink。

Orienteer MWD 系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)采集保存系統(tǒng)包括有：安裝在泵送線上的壓力傳感器；安裝在絞車軸上的絞車轉(zhuǎn)數(shù)傳感器；安裝在滑車鋼絲繩死端上的鋼絲繩拉力傳感器；安裝在鉆場內(nèi)的孔深測量部件；安裝在鉆場內(nèi)的分配部件；安裝在轉(zhuǎn)盤臺上的司鉆指示板；安裝在泵送線上的流量測試器；安裝在工作站內(nèi)的地面監(jiān)測部件；安裝在工作站內(nèi)的臺式計算機；安裝在工作站內(nèi)的便攜式計算機，用以目視檢測鉆進參數(shù)；安裝在工作站內(nèi)的便攜式打印機，用以印刷形式傳送信息；安裝在工作站內(nèi)的GPRS 或衛(wèi)星終端，可以以電子或音響方式實時傳送信息。

Orienteer MWD 系統(tǒng)工作站進行如下工作。

標準傳送器可以依次記錄沖洗液壓力降低情況，以便把孔內(nèi)得到的數(shù)據(jù)傳到地表。這種脈沖是因為內(nèi)閥的開和關(guān)產(chǎn)生的，內(nèi)閥短時開通，可以使少量沖洗液從鉆桿柱內(nèi)部向外部空間流動。所以，鉆桿柱內(nèi)部產(chǎn)生的壓力少量變化，可以作為壓送線上的壓力少許降低被地表記錄下來，稱之為負壓脈沖。

地面系統(tǒng)由為從孔內(nèi)儀器得到、識別和處理孔內(nèi)測斜測量所得數(shù)據(jù)傳到地表所需的傳感器和設(shè)備組成。從孔內(nèi)組件得到的信號，通過壓送線上的壓力傳感器，進入系統(tǒng)接口部件，在此從壓力曲線中自動提取信號，濾波，傳送到臺式計算機。把得到的信號解碼為造斜器、頂角、方位角、溫度和孔底設(shè)備狀態(tài)用的測得數(shù)值。測得的數(shù)值記錄在數(shù)據(jù)庫中，實時輸送給鉆井工程師屏幕上和司鉆指示板上。得到的數(shù)據(jù)也可通過國際版VIDS.0 形式傳送給地質(zhì)部門和管理部門。

6 納迪爾（Надир）柔桿聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)［7-9］

俄羅斯地球物理科研生產(chǎn)公司研發(fā)的柔桿聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)——“納迪爾”，是用于水平井（段）鉆進用的遙測系統(tǒng)，如圖4 所示。利用白俄羅斯費德公司生產(chǎn)的連續(xù)油桿（coiled tubing）M40 型鉆機，可以鉆進深度達2000 m 的鉆孔。柔桿直徑60.3 mm，孔底動力機直徑95 mm，定向器直徑92 mm。偏離遙測系統(tǒng)最大角度為30＇。利用裝在鉆桿內(nèi)部的3 根7 股鎧裝電纜作為“納迪爾”系統(tǒng)的聯(lián)系通道。

遙測系統(tǒng)置于無磁管內(nèi)，利用直徑90 mm 的輕合金鉆桿（ЛБТ）作為無磁管。

圖14 “納迪爾”連續(xù)油管鉆進用柔桿聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)示意Fig.14 Downhole remote measurement system“Nadir”for coiled?tube drilling

“納迪爾”系統(tǒng)用來測量使用連續(xù)油管鉆進時的頂角、方位角、遙測系統(tǒng)外殼位置、巖石自然放射性、螺桿動力機上方的沖洗液壓力，以及軸載和管外壓力等。

“納迪爾”系統(tǒng)包括有：

ОРБИ 型測斜組件，用來測量頂角、方位角、測斜系統(tǒng)外殼相對終點平面的位置（精度為1.5°）；

伽馬測井和內(nèi)部壓力表組件，用以測量巖石的自然放射性和孔底動力機前面沖洗液的壓力；

軸載和管外壓力組件，用以測量軸載和管外壓力；

伸縮式矛頭；

地表處理組件，可以保證遙測系統(tǒng)的供電、接受來自孔內(nèi)儀器的數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行處理和可視化處理和對得到的數(shù)據(jù)的記錄。

所有孔內(nèi)儀器的外徑均為36 mm，總長度5.5 m，可以將其裝置在1 根輕合金鉆桿內(nèi)。同時，環(huán)狀最小間隙為17.5 mm，可使沖洗液的水力動力阻力最小。

測得的內(nèi)外壓力差為2.5～4.1 MPa，是孔底動力機和鉆頭上的壓力降，據(jù)此可以判斷鉆進過程。

伽馬測井通道用來判斷鉆進地層和地球物理研究結(jié)果的相關(guān)程度。必要時，遙測系統(tǒng)可以用其它地球物理組件補充。

此外，測量組件是用柔性扶正器連接起來的，柔性扶正器同時還可抵消徑向和軸向載荷。除了頂角和方位角是在鉆進過程停止時測量的以外，被測量的參數(shù)都是在鉆進過程中連續(xù)傳送的。

孔內(nèi)測量組件是使用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)或國外進口的抗振、抗沖擊和可靠性高的材料制成的。

軟件程序包括有以下組件：記錄和初步處理測斜、地球物理和工藝參數(shù)組件；實時可視、矯正鉆孔軌跡組件；地球物理參數(shù)實時可視化組件；工藝參數(shù)實時可視化組件；繪制鉆孔設(shè)定軌跡組件；同時生成各個鉆孔積累數(shù)據(jù)庫及其可視化組件。

利用“納迪爾”系統(tǒng)可以指導用連續(xù)油管鉆機進行鉆進，實時得到地質(zhì)工藝信息和地球物理信息，對鉆進工藝進行有效控制。

7 討論與建議

（1）地質(zhì)鉆探中，由于地層條件和工藝技術(shù)因素的影響，實際的鉆孔軌跡往往偏離設(shè)計的鉆孔軌跡。因此，必須采取糾偏措施。

（2）為了提高鉆探效率、保證鉆孔質(zhì)量、提高技術(shù)經(jīng)濟指標，需要及時掌握孔底實時位置（孔深）、頂角、方位角以及造斜器具在孔底的安裝角度等，為此需要使用遙測系統(tǒng)。

（3）俄羅斯“領(lǐng)航員”遙測系統(tǒng)科研所的科研人員，把信息、工藝、自動導航結(jié)合起來，開發(fā)出了鉆進用信息-工藝-自動導航系統(tǒng)，可以指導受控鉆孔鉆進的順利進行，是個創(chuàng)新技術(shù)，值得我們研究、探討和確認其科學性和有效性。

（4）俄羅斯地質(zhì)集團公司生產(chǎn)的水力聯(lián)系通道科爾維特（Корвет）孔底遙測系統(tǒng)，用于在鉆進過程中進行測量，以便控制鉆孔鉆進方向和鉆孔剖面地質(zhì)分層。利用科爾維特孔底遙測系統(tǒng)儀表和軟件，可以連續(xù)提供鉆孔鉆進中的頂角、方位角和造斜器安裝角度的實時數(shù)值。

（5）格爾斯（ГЕРС）〔俄羅斯特維里（Тверь）市〕公司研發(fā)的Orienteer MWD 系統(tǒng)，用于對孔斜、管理進行研究并可對所有類型資料進行采集。這種系統(tǒng)是可以對斜孔、水平孔進行現(xiàn)代化高水平鉆進進行指導的系統(tǒng)。利用這種系統(tǒng)可以測量孔斜參數(shù)（頂角、方位角、造斜器轉(zhuǎn)動角度）和鉆進過程中的其它控制參數(shù)，從而可以高質(zhì)量、高速度完成斜孔和水平孔的鉆進工作。

（6）俄羅斯地球物理科研生產(chǎn)公司研發(fā)的柔桿聯(lián)系通道孔底遙測系統(tǒng)“納迪爾”，是用于水平井（段）鉆進用的遙測系統(tǒng)。利用白俄羅斯費德公司生產(chǎn)的連續(xù)油桿（coiled tubing）M40 型鉆機，可以鉆進深度達2000 m 的鉆孔。

（7）這些孔底遙測系統(tǒng)在俄羅斯相關(guān)條件下鉆進中都進行了試驗與應(yīng)用，取得了一定的效果，或許對我國有關(guān)單位和部門有一定的參考價值，值得借鑒。