隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

薛牟奇 朱維（中海油田服務(wù)股份有限公司 深圳 518067）

隨鉆測(cè)井技術(shù)是19世紀(jì)30才開(kāi)始進(jìn)入研究階段的一項(xiàng)測(cè)井技術(shù)，但是該技術(shù)一直存在無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜毕?。到?9世紀(jì)60年代，泥漿脈沖傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)才進(jìn)一步推動(dòng)了隨鉆測(cè)井技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，現(xiàn)場(chǎng)采用的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有泥漿脈沖傳輸技術(shù)、電磁波傳輸技術(shù)、聲波傳輸技術(shù)以及光纖傳輸技術(shù)等。本文就幾種常見(jiàn)的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其今后的發(fā)展進(jìn)行了合理展望，希望對(duì)隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)的進(jìn)一步研究有一定的參考價(jià)值。

一、隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.泥漿脈沖傳輸技術(shù)

泥漿脈沖傳輸技術(shù)是最早的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，發(fā)起于19世紀(jì)60年代。當(dāng)前，泥漿脈沖傳輸技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是其傳輸速率比較慢，因此無(wú)法滿足大量數(shù)據(jù)的傳輸需求。當(dāng)前使用最廣泛的的就是鉆井液壓力脈沖傳輸技術(shù)，也是當(dāng)前隨鉆測(cè)井儀器普遍采用的數(shù)據(jù)傳輸方法。鉆井液壓力脈沖傳輸技術(shù)還可以細(xì)分為正脈沖、負(fù)脈沖和連續(xù)波三種類型。但是正脈沖和負(fù)脈沖傳輸方式的傳輸速率較低，并且沒(méi)有很好的抗干擾能力，容易受到外界環(huán)境的影響造成數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)偏差從而造成誤碼。相對(duì)而言，連續(xù)波方式傳輸速率高，并且抗干擾能力強(qiáng)。目前，由于負(fù)脈沖信號(hào)發(fā)生器由于污染環(huán)境，信號(hào)傳輸速率小，耗能大等原因已經(jīng)被淘汰，正脈沖傳輸技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，因此有比較廣泛的應(yīng)用，如Halliburton公司的HDS1 High Speed Directional Survey系統(tǒng)就是使用的該技術(shù)。而連續(xù)波傳輸技術(shù)還在緊張的研究與開(kāi)發(fā)當(dāng)中，其目標(biāo)是將傳輸速率達(dá)到20-30bit/s。

2.電磁波傳輸技術(shù)

相對(duì)而言，電磁波傳輸技術(shù)的應(yīng)用范圍要比泥漿脈沖傳輸技術(shù)小，主要由于電磁波傳輸技術(shù)還面臨幾大難題，如電磁波信號(hào)的指數(shù)衰減問(wèn)題、大地電磁波干擾問(wèn)題、鉆井中的振電效應(yīng)干擾以及供電問(wèn)題等。近幾年，為了能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率，逐漸開(kāi)始試用電磁波傳輸技術(shù)。該技術(shù)中，將隨鉆測(cè)井儀放入非磁性鉆鋌內(nèi)，在非磁性鉆鋌和上部鉆桿之間加入絕緣短節(jié)，從而有利于一些帶有信息的低頻電波能夠向井周圍的地層傳播。之后由地面儀器將鉆機(jī)與地面電極之間的電壓差測(cè)出。最先進(jìn)的電磁傳輸技術(shù)已經(jīng)不需要機(jī)械接受裝置，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，其傳輸速率要高于泥漿脈沖的傳輸速率。但是，電磁波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在一些深井中效果并不是很好，發(fā)射的電磁波信號(hào)會(huì)隨著井深的加深而衰減，因此電磁波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的推廣受到一定的限制。目前，俄羅斯在電磁數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)上相對(duì)領(lǐng)先，技術(shù)也比較成熟，而國(guó)內(nèi)該方面的技術(shù)還比較缺乏，還主要處于研究與開(kāi)發(fā)階段。

3.聲波傳輸技術(shù)

聲波傳輸技術(shù)主要是利用聲波或者地震波經(jīng)過(guò)鉆桿或者地層將信號(hào)傳輸出去的一種傳輸方式。該技術(shù)將聲波無(wú)線傳輸發(fā)射系統(tǒng)和測(cè)試儀器隨著鉆桿或者抽油泵下井中，通過(guò)測(cè)試儀器將井下的各個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，之后進(jìn)行編碼，暫存，再通過(guò)發(fā)射聲波振動(dòng)信號(hào)將信息傳遞到地面。聲波遙測(cè)技術(shù)具有操作方法簡(jiǎn)單，投資低，但是聲波傳輸技術(shù)也存在聲波衰減的問(wèn)題，因此容易受到環(huán)境的影響，使用范圍非常有限。2007年美國(guó)的桑迪亞實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)了聲波遙測(cè)技術(shù)，其聲波遙測(cè)速度是泥漿脈沖速度的10-100倍，如果利用中繼器，還能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸速率提高10倍左右，能夠在泥漿低速循環(huán)，空氣鉆井和欠平衡鉆井中使用。

4.光纖傳輸方式

光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中也存在許多沒(méi)有解決的實(shí)際問(wèn)題，如光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)解調(diào)以及檢測(cè)軟件技術(shù)等，因此該項(xiàng)技術(shù)還不成熟，還沒(méi)有在隨鉆測(cè)井中得到商業(yè)化的應(yīng)用。該技術(shù)主要是通過(guò)將具有簡(jiǎn)單保護(hù)層的練劍光纖放入到井眼當(dāng)中，要使得光纖既能夠從地面沿軸向井下循環(huán)，又能夠從底部鉆具組合反循環(huán)到地面。該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外幾家大的測(cè)井公司已經(jīng)取得了一定的成果，如美國(guó)圣地亞實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成果的開(kāi)發(fā)出用于MWD的光纖遙測(cè)系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)使用的光纖電纜很細(xì)小，并且成本較低，能夠在短時(shí)間使用，最后再鉆井泥漿中經(jīng)過(guò)磨損之后沖走。相信不久的將來(lái)，光纖傳輸技術(shù)一定會(huì)廣泛的應(yīng)用于隨鉆測(cè)井技術(shù)當(dāng)中，一旦光纖傳輸技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，必將進(jìn)一步推動(dòng)隨鉆測(cè)井技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

二、隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)展望

當(dāng)前，已經(jīng)成熟并且廣泛應(yīng)用的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要是泥漿脈沖遙傳技術(shù)，電磁傳輸和聲傳輸技術(shù)還不是很完善，使用范圍相當(dāng)有限，但是這兩項(xiàng)技術(shù)在傳輸速率上存在明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，進(jìn)一步研究與開(kāi)發(fā)電磁傳輸和聲傳輸技術(shù)，解決二者中存在的易受干擾的缺陷還會(huì)是今后研究的熱點(diǎn)課題。另外，光纖傳輸技術(shù)還不成熟，但是顯現(xiàn)出很多明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，繼續(xù)加大力度研發(fā)光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，也將是為隨著測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)帶來(lái)質(zhì)的飛躍的必然途徑。當(dāng)然，除了這些技術(shù)之外，隨著科學(xué)的進(jìn)步，一定會(huì)有更多的技術(shù)將會(huì)逐漸被推進(jìn)市場(chǎng)，更多更好的數(shù)據(jù)傳輸方法將用于隨鉆測(cè)井。

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[2]李林,隨鉆測(cè).數(shù)據(jù)的井下短距離無(wú)線傳愉技術(shù)研究[J]，石油鉆探技術(shù)，2007,35(1):45-48.

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