无线随钻测量数据传输原理与优缺点

付琦

摘  要：随着社会的发展和经济水平的进步，我国对于自然资源的开发与开采量日益增长。经济建设以及市场需求的刺激以及人们生存的消耗，正急速加剧着对自然资源的开采。在石油、煤炭、水利等地质施工过程中无线随钻测量技术是其应用较为普遍的重要测量技术。其主要是为准确、及时的将钻井作业时的随钻测量信息进行建立的地面与井底之间的实时信息传递，其实时性和准确性较高。本篇文章首先介绍无线随钻测量技术的概念与分类，并阐述无线随钻测量数据传输的原理，再结合实际谈一谈其具有优点与缺点。

关键词：无线随钻测量;数据传输原理;优缺点

我国的国土辽阔，蕴含了极为丰富的矿产资源。就当前社会发展和科学技术的进步以及经济市场的推动下可以看出，人们对于物质生活的追求正大幅升高，尤其是对电子产品和生活环境的改造等方面的需求逐渐增大，这也就使得各种原材料矿产的开采量不断增大，其开采施工技术也不断提高。无线随钻测量技术是进行资源开采钻井作业时应用较为广泛的井下数据信息采集仪器设备，是目前较为先进的测量设备，但在实际应用过程中有优势也有缺陷。从实用性方面来讲，无线随钻测量技术要想在应用中提高自动化、信息化、智能化水平就需要不断的进行研究和分析，了解和掌握其数据传输的原理以及优缺点，如此才能够提高技术的准确性，并实现功能和性能上的优化。

一、无线随钻测量技术的概念和主要类型

（一）关于无线随钻测量

随钻测量是在正常的石油、煤炭、水利等工程施工作业当中依靠设置在钻头附近的井底组合钻具当中的测量仪器，其能够将测量获得的信息数据进行实时的传输到地面，进而为技术人员提供可靠的分析数据。目前发达国家在地下钻井作业中大多采用无线随钻测量技术，其具有较好的实时性和可靠性，能够在不干扰钻井作业的情况下进行井下钻头作业时的地质数据、轨迹参数等多种数据进行测量并形成较为完整的数据提供给技术人员进行分析，为下一步的钻井作业提供科学的参照数据参数[1]。其是由我国首批定向钻井技术专家进行研制的仪器设备，具有较好的可操作性、可靠性和适用性，并且操作简单、维护也较为便利。

（二）当前应用较为普遍的几种无线随钻测量技术

按照当前应用较为广泛和技术性较为成熟的无线随钻测量技术分类主要包括：电磁无线随钻测量数据传输技术设备、声波无线随钻测量数据传输技术设备以及钻井液脉冲式无线随钻测量数据传输技术设备[2]。这三种无线随钻测量数据传输技术设备都具有较高的稳定性和信息测量准确性以及数据传输的多适应性。不同程度上提高了钻井作业方向的有效控制。

二、几种无线随钻测量设备的基本原理和优缺点

（一）电磁无线随钻测量数据传输原理和优缺点

电磁无线随钻测量数据传输是依靠电磁波为传输媒介进行信号数据的传输。其分为井下发射器和地上接收器两部分，其原理上较为简单，主要是利用电磁波的发送实现数据传输。其具有较广的适用范围、信号传输速度快、信号可靠性强、成本低等优点。缺点是电磁波信号传输属于开放性通道，容易受到干扰而出现信号衰减，并且在传输过程中会受地层电阻干扰而在测量深度上存在限制。此外其电源的容量较为有限，而井下的涡轮发电机又无法用电池组取代。另外其接收信号传感器的灵敏度不高，主要是因为地层与地质条件限制[3]。其抗干扰能力也较为微弱，所传输的测量参数由于技术问题而无法做出参数的扩充。

（二）声波无线随钻测量数据传输原理和优缺点

声波随钻测量数据传输的原理为使用声波定位作为载体将具有较高弹性模量的物质作为介质如高压气体、钻具、井下流体或地层等进行信号数据传输。能够实现井下与地面的双向信号传递。其优势在于传输介质较多，且传输通道不受钻井液或地层特性影响等优点。缺点为钻柱接头之间的高发射特性會使钻柱脉冲的影响时间持续达百毫秒，会使码间干扰制约信号传输。并且在钻井过程中会受噪音的干扰影响，声波也会因介质与地层障碍物的干扰出现衰减，电池电能无法长时间供电等[4]。

（三）钻井液脉冲式无线随钻测量数据传输原理和优缺点

在进行钻井作业过程中，钻井液是实现井底与地面控制之间的连续介质，随钻测量仪器通过钻井液能够将测量数据传输到地面设备并实现数据分析处理。其原理在于通过钻井液的压力波进行数据信息传输，钻井液字液压泵的压力下能够在钻柱水眼内进行高速流动，并对钻井液脉冲器的叶轮产生扭矩作用，由此对驱动电路的特定阀门进行相关指令的产生并带动锁齿销轴运动，将控制部分的旋转锁齿释放的齿位进行反映到钻井液脉冲器的转子进而由流动阻力通过出发钻井亚脉冲发生器的开启或关闭，而由此所产生的钻井液压力脉冲将数据信息信号转变为脉冲信号发松到地面。其优点在于传输快，信号准确。但缺点在于钻井液是属于压力波的传输介质，同时又是钻井产物和泥沙的载体，所以技术要求较高，一旦钻井液的含气量小于百分之七，超出会无法检测到正确的信号[5]。此外，其信号是依托能量传输，因此在收到钻井液粘性阻力后会逐渐发生弹性变形而逐渐衰减，也会在受到钻具设备的干扰频率而发生信号干扰，也容易产生信号延迟。其传输容量也较低，成本则相对较高。

结束语：

结合上述文章内容所述可以看出，这几种无线随钻测量仪器设备的测量传输方式在测量作业当中其信息的传输准确性以及传输效率仍存在一些问题和提升的空间，需要通过不断的研究与实践去进行改进与优化。钻井液脉冲传输要注意连续波信号发生器的优化和技术创新。而电磁传输方式则要注意对信号发生器工作频率的改进，要注意干扰频率对信息分析处理的干扰和影响。声波传输方式的缺点在于会产生多种干扰和电源问题，需要对干扰强度和声波能量衰减以及电源等方面的问题。相关技术人员必须要结合实际作业情况和一起设备的运转状态进行分析，不断进行优化和改进，以提高井下作业测量数据的准确性和稳定性，为钻井作业的顺利开展提供平可靠的支持。

参考文献

[1]  姬玉平.电磁波无线随钻测量技术在石油钻井中的应用[J].中国煤炭地质，2018，30（12）：91-95.

[2]  李泉新. 煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究[D].煤炭科学研究总院，2018.

[3]  张云. 随钻测量数据的近钻头传输系统研究[D].中国石油大学（华东），2016.

[4]  王家豪. 煤矿井下电磁波随钻测量系统关键技术研究[D].中国地质大学，2015.

[5]  李洪彪.无线随钻测量数据传输原理与优缺点分析[J].中国石油和化工标准与质量，2014，34（10）：104-105.