無線隨鉆測量數據傳輸原理與優缺點

付琦

摘 ?要：隨著社會的發展和經濟水平的進步，我國對于自然資源的開發與開采量日益增長。經濟建設以及市場需求的刺激以及人們生存的消耗，正急速加劇著對自然資源的開采。在石油、煤炭、水利等地質施工過程中無線隨鉆測量技術是其應用較為普遍的重要測量技術。其主要是為準確、及時的將鉆井作業時的隨鉆測量信息進行建立的地面與井底之間的實時信息傳遞，其實時性和準確性較高。本篇文章首先介紹無線隨鉆測量技術的概念與分類，并闡述無線隨鉆測量數據傳輸的原理，再結合實際談一談其具有優點與缺點。

關鍵詞：無線隨鉆測量;數據傳輸原理;優缺點

我國的國土遼闊，蘊含了極為豐富的礦產資源。就當前社會發展和科學技術的進步以及經濟市場的推動下可以看出，人們對于物質生活的追求正大幅升高，尤其是對電子產品和生活環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的開采量不斷增大，其開采施工技術也不斷提高。無線隨鉆測量技術是進行資源開采鉆井作業時應用較為廣泛的井下數據信息采集儀器設備，是目前較為先進的測量設備，但在實際應用過程中有優勢也有缺陷。從實用性方面來講，無線隨鉆測量技術要想在應用中提高自動化、信息化、智能化水平就需要不斷的進行研究和分析，了解和掌握其數據傳輸的原理以及優缺點，如此才能夠提高技術的準確性，并實現功能和性能上的優化。

一、無線隨鉆測量技術的概念和主要類型

（一）關于無線隨鉆測量

隨鉆測量是在正常的石油、煤炭、水利等工程施工作業當中依靠設置在鉆頭附近的井底組合鉆具當中的測量儀器，其能夠將測量獲得的信息數據進行實時的傳輸到地面，進而為技術人員提供可靠的分析數據。目前發達國家在地下鉆井作業中大多采用無線隨鉆測量技術，其具有較好的實時性和可靠性，能夠在不干擾鉆井作業的情況下進行井下鉆頭作業時的地質數據、軌跡參數等多種數據進行測量并形成較為完整的數據提供給技術人員進行分析，為下一步的鉆井作業提供科學的參照數據參數[1]。其是由我國首批定向鉆井技術專家進行研制的儀器設備，具有較好的可操作性、可靠性和適用性，并且操作簡單、維護也較為便利。

（二）當前應用較為普遍的幾種無線隨鉆測量技術

按照當前應用較為廣泛和技術性較為成熟的無線隨鉆測量技術分類主要包括：電磁無線隨鉆測量數據傳輸技術設備、聲波無線隨鉆測量數據傳輸技術設備以及鉆井液脈沖式無線隨鉆測量數據傳輸技術設備[2]。這三種無線隨鉆測量數據傳輸技術設備都具有較高的穩定性和信息測量準確性以及數據傳輸的多適應性。不同程度上提高了鉆井作業方向的有效控制。

二、幾種無線隨鉆測量設備的基本原理和優缺點

（一）電磁無線隨鉆測量數據傳輸原理和優缺點

電磁無線隨鉆測量數據傳輸是依靠電磁波為傳輸媒介進行信號數據的傳輸。其分為井下發射器和地上接收器兩部分，其原理上較為簡單，主要是利用電磁波的發送實現數據傳輸。其具有較廣的適用范圍、信號傳輸速度快、信號可靠性強、成本低等優點。缺點是電磁波信號傳輸屬于開放性通道，容易受到干擾而出現信號衰減，并且在傳輸過程中會受地層電阻干擾而在測量深度上存在限制。此外其電源的容量較為有限，而井下的渦輪發電機又無法用電池組取代。另外其接收信號傳感器的靈敏度不高，主要是因為地層與地質條件限制[3]。其抗干擾能力也較為微弱，所傳輸的測量參數由于技術問題而無法做出參數的擴充。

（二）聲波無線隨鉆測量數據傳輸原理和優缺點

聲波隨鉆測量數據傳輸的原理為使用聲波定位作為載體將具有較高彈性模量的物質作為介質如高壓氣體、鉆具、井下流體或地層等進行信號數據傳輸。能夠實現井下與地面的雙向信號傳遞。其優勢在于傳輸介質較多，且傳輸通道不受鉆井液或地層特性影響等優點。缺點為鉆柱接頭之間的高發射特性會使鉆柱脈沖的影響時間持續達百毫秒，會使碼間干擾制約信號傳輸。并且在鉆井過程中會受噪音的干擾影響，聲波也會因介質與地層障礙物的干擾出現衰減，電池電能無法長時間供電等[4]。

（三）鉆井液脈沖式無線隨鉆測量數據傳輸原理和優缺點

在進行鉆井作業過程中，鉆井液是實現井底與地面控制之間的連續介質，隨鉆測量儀器通過鉆井液能夠將測量數據傳輸到地面設備并實現數據分析處理。其原理在于通過鉆井液的壓力波進行數據信息傳輸，鉆井液字液壓泵的壓力下能夠在鉆柱水眼內進行高速流動，并對鉆井液脈沖器的葉輪產生扭矩作用，由此對驅動電路的特定閥門進行相關指令的產生并帶動鎖齒銷軸運動，將控制部分的旋轉鎖齒釋放的齒位進行反映到鉆井液脈沖器的轉子進而由流動阻力通過出發鉆井亞脈沖發生器的開啟或關閉，而由此所產生的鉆井液壓力脈沖將數據信息信號轉變為脈沖信號發松到地面。其優點在于傳輸快，信號準確。但缺點在于鉆井液是屬于壓力波的傳輸介質，同時又是鉆井產物和泥沙的載體，所以技術要求較高，一旦鉆井液的含氣量小于百分之七，超出會無法檢測到正確的信號[5]。此外，其信號是依托能量傳輸，因此在收到鉆井液粘性阻力后會逐漸發生彈性變形而逐漸衰減，也會在受到鉆具設備的干擾頻率而發生信號干擾，也容易產生信號延遲。其傳輸容量也較低，成本則相對較高。

結束語：

結合上述文章內容所述可以看出，這幾種無線隨鉆測量儀器設備的測量傳輸方式在測量作業當中其信息的傳輸準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踐去進行改進與優化。鉆井液脈沖傳輸要注意連續波信號發生器的優化和技術創新。而電磁傳輸方式則要注意對信號發生器工作頻率的改進，要注意干擾頻率對信息分析處理的干擾和影響。聲波傳輸方式的缺點在于會產生多種干擾和電源問題，需要對干擾強度和聲波能量衰減以及電源等方面的問題。相關技術人員必須要結合實際作業情況和一起設備的運轉狀態進行分析，不斷進行優化和改進，以提高井下作業測量數據的準確性和穩定性，為鉆井作業的順利開展提供平可靠的支持。

參考文獻

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

[2] ?李泉新. 煤礦井下復合定向鉆進及配套泥漿脈沖無線隨鉆測量技術研究[D].煤炭科學研究總院，2018.

[3] ?張云. 隨鉆測量數據的近鉆頭傳輸系統研究[D].中國石油大學（華東），2016.

[4] ?王家豪. 煤礦井下電磁波隨鉆測量系統關鍵技術研究[D].中國地質大學，2015.

[5] ?李洪彪.無線隨鉆測量數據傳輸原理與優缺點分析[J].中國石油和化工標準與質量，2014，34（10）：104-105.