無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸原理與優(yōu)缺點(diǎn)

付琦

摘 ?要：隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)步，我國對(duì)于自然資源的開發(fā)與開采量日益增長。經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及市場(chǎng)需求的刺激以及人們生存的消耗，正急速加劇著對(duì)自然資源的開采。在石油、煤炭、水利等地質(zhì)施工過程中無線隨鉆測(cè)量技術(shù)是其應(yīng)用較為普遍的重要測(cè)量技術(shù)。其主要是為準(zhǔn)確、及時(shí)的將鉆井作業(yè)時(shí)的隨鉆測(cè)量信息進(jìn)行建立的地面與井底之間的實(shí)時(shí)信息傳遞，其實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較高。本篇文章首先介紹無線隨鉆測(cè)量技術(shù)的概念與分類，并闡述無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，再結(jié)合實(shí)際談一談其具有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無線隨鉆測(cè)量;數(shù)據(jù)傳輸原理;優(yōu)缺點(diǎn)

我國的國土遼闊，蘊(yùn)含了極為豐富的礦產(chǎn)資源。就當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的推動(dòng)下可以看出，人們對(duì)于物質(zhì)生活的追求正大幅升高，尤其是對(duì)電子產(chǎn)品和生活環(huán)境的改造等方面的需求逐漸增大，這也就使得各種原材料礦產(chǎn)的開采量不斷增大，其開采施工技術(shù)也不斷提高。無線隨鉆測(cè)量技術(shù)是進(jìn)行資源開采鉆井作業(yè)時(shí)應(yīng)用較為廣泛的井下數(shù)據(jù)信息采集儀器設(shè)備，是目前較為先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用過程中有優(yōu)勢(shì)也有缺陷。從實(shí)用性方面來講，無線隨鉆測(cè)量技術(shù)要想在應(yīng)用中提高自動(dòng)化、信息化、智能化水平就需要不斷的進(jìn)行研究和分析，了解和掌握其數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硪约皟?yōu)缺點(diǎn)，如此才能夠提高技術(shù)的準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)功能和性能上的優(yōu)化。

一、無線隨鉆測(cè)量技術(shù)的概念和主要類型

（一）關(guān)于無線隨鉆測(cè)量

隨鉆測(cè)量是在正常的石油、煤炭、水利等工程施工作業(yè)當(dāng)中依靠設(shè)置在鉆頭附近的井底組合鉆具當(dāng)中的測(cè)量?jī)x器，其能夠?qū)y(cè)量獲得的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸?shù)降孛?，進(jìn)而為技術(shù)人員提供可靠的分析數(shù)據(jù)。目前發(fā)達(dá)國家在地下鉆井作業(yè)中大多采用無線隨鉆測(cè)量技術(shù)，其具有較好的實(shí)時(shí)性和可靠性，能夠在不干擾鉆井作業(yè)的情況下進(jìn)行井下鉆頭作業(yè)時(shí)的地質(zhì)數(shù)據(jù)、軌跡參數(shù)等多種數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量并形成較為完整的數(shù)據(jù)提供給技術(shù)人員進(jìn)行分析，為下一步的鉆井作業(yè)提供科學(xué)的參照數(shù)據(jù)參數(shù)[1]。其是由我國首批定向鉆井技術(shù)專家進(jìn)行研制的儀器設(shè)備，具有較好的可操作性、可靠性和適用性，并且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)也較為便利。

（二）當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的幾種無線隨鉆測(cè)量技術(shù)

按照當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛和技術(shù)性較為成熟的無線隨鉆測(cè)量技術(shù)分類主要包括：電磁無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)備、聲波無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)備以及鉆井液脈沖式無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)備[2]。這三種無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)設(shè)備都具有較高的穩(wěn)定性和信息測(cè)量準(zhǔn)確性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩噙m應(yīng)性。不同程度上提高了鉆井作業(yè)方向的有效控制。

二、幾種無線隨鉆測(cè)量設(shè)備的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)

（一）電磁無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸原理和優(yōu)缺點(diǎn)

電磁無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸是依靠電磁波為傳輸媒介進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸。其分為井下發(fā)射器和地上接收器兩部分，其原理上較為簡(jiǎn)單，主要是利用電磁波的發(fā)送實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。其具有較廣的適用范圍、信號(hào)傳輸速度快、信號(hào)可靠性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是電磁波信號(hào)傳輸屬于開放性通道，容易受到干擾而出現(xiàn)信號(hào)衰減，并且在傳輸過程中會(huì)受地層電阻干擾而在測(cè)量深度上存在限制。此外其電源的容量較為有限，而井下的渦輪發(fā)電機(jī)又無法用電池組取代。另外其接收信號(hào)傳感器的靈敏度不高，主要是因?yàn)榈貙优c地質(zhì)條件限制[3]。其抗干擾能力也較為微弱，所傳輸?shù)臏y(cè)量參數(shù)由于技術(shù)問題而無法做出參數(shù)的擴(kuò)充。

（二）聲波無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸原理和優(yōu)缺點(diǎn)

聲波隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑頌槭褂寐暡ǘㄎ蛔鳛檩d體將具有較高彈性模量的物質(zhì)作為介質(zhì)如高壓氣體、鉆具、井下流體或地層等進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸。能夠?qū)崿F(xiàn)井下與地面的雙向信號(hào)傳遞。其優(yōu)勢(shì)在于傳輸介質(zhì)較多，且傳輸通道不受鉆井液或地層特性影響等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)為鉆柱接頭之間的高發(fā)射特性會(huì)使鉆柱脈沖的影響時(shí)間持續(xù)達(dá)百毫秒，會(huì)使碼間干擾制約信號(hào)傳輸。并且在鉆井過程中會(huì)受噪音的干擾影響，聲波也會(huì)因介質(zhì)與地層障礙物的干擾出現(xiàn)衰減，電池電能無法長時(shí)間供電等[4]。

（三）鉆井液脈沖式無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸原理和優(yōu)缺點(diǎn)

在進(jìn)行鉆井作業(yè)過程中，鉆井液是實(shí)現(xiàn)井底與地面控制之間的連續(xù)介質(zhì)，隨鉆測(cè)量?jī)x器通過鉆井液能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理。其原理在于通過鉆井液的壓力波進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，鉆井液字液壓泵的壓力下能夠在鉆柱水眼內(nèi)進(jìn)行高速流動(dòng)，并對(duì)鉆井液脈沖器的葉輪產(chǎn)生扭矩作用，由此對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的特定閥門進(jìn)行相關(guān)指令的產(chǎn)生并帶動(dòng)鎖齒銷軸運(yùn)動(dòng)，將控制部分的旋轉(zhuǎn)鎖齒釋放的齒位進(jìn)行反映到鉆井液脈沖器的轉(zhuǎn)子進(jìn)而由流動(dòng)阻力通過出發(fā)鉆井亞脈沖發(fā)生器的開啟或關(guān)閉，而由此所產(chǎn)生的鉆井液壓力脈沖將數(shù)據(jù)信息信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)發(fā)松到地面。其優(yōu)點(diǎn)在于傳輸快，信號(hào)準(zhǔn)確。但缺點(diǎn)在于鉆井液是屬于壓力波的傳輸介質(zhì)，同時(shí)又是鉆井產(chǎn)物和泥沙的載體，所以技術(shù)要求較高，一旦鉆井液的含氣量小于百分之七，超出會(huì)無法檢測(cè)到正確的信號(hào)[5]。此外，其信號(hào)是依托能量傳輸，因此在收到鉆井液粘性阻力后會(huì)逐漸發(fā)生彈性變形而逐漸衰減，也會(huì)在受到鉆具設(shè)備的干擾頻率而發(fā)生信號(hào)干擾，也容易產(chǎn)生信號(hào)延遲。其傳輸容量也較低，成本則相對(duì)較高。

結(jié)束語：

結(jié)合上述文章內(nèi)容所述可以看出，這幾種無線隨鉆測(cè)量?jī)x器設(shè)備的測(cè)量傳輸方式在測(cè)量作業(yè)當(dāng)中其信息的傳輸準(zhǔn)確性以及傳輸效率仍存在一些問題和提升的空間，需要通過不斷的研究與實(shí)踐去進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。鉆井液脈沖傳輸要注意連續(xù)波信號(hào)發(fā)生器的優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新。而電磁傳輸方式則要注意對(duì)信號(hào)發(fā)生器工作頻率的改進(jìn)，要注意干擾頻率對(duì)信息分析處理的干擾和影響。聲波傳輸方式的缺點(diǎn)在于會(huì)產(chǎn)生多種干擾和電源問題，需要對(duì)干擾強(qiáng)度和聲波能量衰減以及電源等方面的問題。相關(guān)技術(shù)人員必須要結(jié)合實(shí)際作業(yè)情況和一起設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以提高井下作業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，為鉆井作業(yè)的順利開展提供平可靠的支持。

參考文獻(xiàn)

[1] ?姬玉平.電磁波無線隨鉆測(cè)量技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì)，2018，30（12）：91-95.

[2] ?李泉新. 煤礦井下復(fù)合定向鉆進(jìn)及配套泥漿脈沖無線隨鉆測(cè)量技術(shù)研究[D].煤炭科學(xué)研究總院，2018.

[3] ?張?jiān)? 隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)的近鉆頭傳輸系統(tǒng)研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2016.

[4] ?王家豪. 煤礦井下電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2015.

[5] ?李洪彪.無線隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸原理與優(yōu)缺點(diǎn)分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，34（10）：104-105.