[發明專利]基于鉆井液連續壓力波技術的井下隨鉆測量數據調制方法及裝置

無效

• 申請號: 201010244582.X
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN101949287A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 沈躍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: E21B47/18
• 分類號: E21B47/18;H04L27/20
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

一、技術領域：

本發明涉及一種油氣鉆井過程中的隨鉆測量/隨鉆測井方法及工具，特別涉及一種基于鉆井液連續壓力波技術的井下隨鉆測量數據調制方法及裝置。

二、背景技術：

井下隨鉆測量/隨鉆測井(MWD/LWD)是一種在鉆井過程中實時測量及傳輸井下信息的現代鉆井輔助技術。鉆井過程中，鉆井液從地表通過鉆柱被泵入井下，從鉆頭水眼噴出用于鉆頭的潤滑和冷卻并通過井壁與鉆柱的環型空間向上返出井口，MWD/LWD工具安裝在鉆頭上部的鉆鋌內，見附圖1。在MWD/LWD工具中，安裝在近鉆頭鉆柱中的傳感器獲得測量數據并通過鉆井液壓力信息遙測系統傳輸到地面，鉆井液信息遙測通過對鉆柱內鉆井液的壓力進行調制及壓力波在鉆柱中的傳播來傳輸井下隨鉆測量/隨鉆測井數據。鉆井液壓力信息遙測有三種信息傳輸方式，即借助鉆井液壓力的正脈沖、負脈沖和連續壓力波來傳輸井下信息，其中負壓力脈沖技術由于會對井壁造成沖蝕損害，目前已淘汰。目前國內采用鉆井液正壓力脈沖技術進行井下數據的傳輸，信息傳輸速率低，最大為3bit/s；國外已采用基于鉆井液連續壓力波技術的旋轉閥或振蕩剪切閥進行鉆井液壓力的調制與數據傳輸，使數據傳輸速率得到較大地提高，例如，Schlumberger公司采用旋轉閥的PowerPulse系統數據傳輸速率可以達到16bit/s，其中基于鉆井液連續壓力波技術進行井下隨鉆測量的數據調制方法及裝置是其核心部件。為保證連續壓力波在鉆井液信道中的傳輸效率最大，基于鉆井液連續壓力波技術的井下隨鉆測量數據調制方法及裝置產生的壓力波應呈正弦變化并作為通信載波，通過隨鉆測量數據調制載波參數(幅度、頻率、相位)實現數據的頻帶傳輸；要使旋轉閥閥口處的鉆井液壓力呈正弦變化，合理的旋轉閥的定、轉子孔口結構(形狀和尺寸)非常必要。

三、發明內容：

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種基于鉆井液連續壓力波技術的井下隨鉆測量數據調制方法及裝置。

一種基于鉆井液連續壓力波技術的井下隨鉆測量數據調制方法，其技術方案是：

(1)、正弦壓力波作為通信載波用于隨鉆測量數據的相移鍵控調制：

由電機控制的旋轉閥構成鉆井液連續壓力波信號發生器，旋轉閥由定子、轉子和轉子控制電機組成，其中定子與轉子具有相同數量的孔口和葉瓣，轉子與定子同軸并處于定子下部，定子和轉子之間存在一定的間隙形成鉆井液泄漏通道，在電機驅動轉子相對于定子恒速轉動時，轉子葉瓣對定子孔口產生周期性的遮擋，使鉆井液流動受到阻礙，在閥口處產生周期性的壓力變化形成恒定頻率的正弦壓力波，該正弦壓力波作為通信載波用于隨鉆測量數據的相移鍵控調制。

(2)數據調制：數據調制時，由調制數據構成的數字基帶信號控制旋轉閥轉速，通過在比特周期(一個比特周期由4個載波周期組成)的第一個載波周期時間內降低旋轉閥轉速，對壓力載波進行鍵控移相使載波產生相位滯后，壓力載波相位的一系列變化代表井下測量數據，通過鉆柱內壓力波的傳播將測量數據攜帶至井口，經過井口壓力傳感器的檢測與信號處理、數據解調后得到井下測量數據。

上述的定子由四個定子葉瓣和四個定子孔口組成，所述的轉子由四個轉子葉瓣和四個轉子孔口組成，定、轉子孔口呈扇形結構。轉子與定子同軸并處于定子下部，鉆井液自鉆鋌上部流入定子孔口，經過與轉子孔口形成的流體通道流向下部的鉆頭，通過鉆頭水眼排出。

一種基于鉆井液連續壓力波技術進行井下隨鉆測量的數據調制的裝置，其技術方案是：主要由定子、轉子、旋轉閥轉子軸、止推軸承、電機減速器和控制電機組成，控制電機與電機減速器的輸入軸剛性連接，電機減速器的輸出軸與旋轉閥轉子軸相連，將電機驅動轉矩傳輸給旋轉閥的轉子，驅動轉子旋轉，其中，轉子與定子同軸并處于定子下部，定子、轉子之間存在一定的間隙形成鉆井液泄漏通道；所述的定子和轉子具有相同數量的孔口和葉瓣。

上述的定子由四個定子葉瓣和四個定子孔口組成，所述的轉子由四個轉子葉瓣和四個轉子孔口組成，定、轉子孔口呈扇形結構。為減小高速鉆井液沖擊對轉子葉瓣產生的壓力和磨蝕，旋轉閥的轉子位于定子下部，由堅固的定子迎向高壓鉆井液，轉子葉瓣只在定子孔口處面臨鉆井液的沖擊。由于旋轉閥定子孔口小于轉子孔口，轉子葉瓣面積相對較小，所受的鉆井液沖擊力較小，處于最小受力狀態。