科创中国

行业领域

电子信息技术,高新技术改造传统产业

需求背景

    在石油、矿产、水利、交通等钻探领域，常规定向钻进技术（“几何”定向钻）是在螺杆马达和随钻测量系统（MWD）的配合下，按照预先设计轨迹进行钻进作业，但无法根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹。为解决该瓶颈技术，必须研究可实现“边钻边探”的随钻测井（LWD）技术。通过“定向钻+MWD+LWD”技术可实时做到钻探轨迹测量和地质信息精准探测，最终实现“地质导向钻探”。

定向钻探+MWD技术和装备相对成熟，暂无研发需求，作为LWD技术之一的随钻方位电磁波电阻率测井技术是由传统电磁波测井技术演变而来，旨在实现对井下地层电阻率的高精度测量。传统电磁波测井受限于仪器体积和复杂操作等因素，在随钻测井应用中存在一定的局限性。而随钻方位电磁波电阻率测井技术通过仪器的向下钻进和旋转，能够实现对地层电阻率的多角度、快速、连续测量，具有较高的分辨能力和时效性。目前该项核心技术与装备主要集中在石油勘探与开发领域，在矿山开采领域的技术相对落后。因而随钻方位电磁波电阻率测井技术在矿产和工程的勘探与开发中具有广阔的应用前景。首先，随钻测井技术可以提供更准确的地层电阻率信息，有助于减少勘探风险，提高勘探效率。其次，随钻测井技术的实时性能使得勘探人员能够及时了解地层变化情况，为决策提供及时有效的支持。再次，随钻测井技术能够对井下地层进行高分辨率成像，有助于油气资源，矿产和工程的精细勘探与管理。

综上所述，随钻方位电磁波电阻率测井仪器与系统开发项目，对于导向钻探技术提升、推进钻探事业发展具有重大研究和实用意义。

需解决的主要技术难题

1.随钻方位电磁波发射-接收系统技术研究

随钻方位电磁波电阻率测井仪由钻铤及线圈模型、发射模块、接收模块和控制电路构成。当仪器工作时，由发射电路向发射线圈输出特定工作频率（2MHz、400KHz）的正弦信号，经过介质衰减后，在接收线圈处感应到的两路电压信号被采集并传输到接收电路中，由接收电路对被测信号进行处理，提取出两路信号的幅值比和相位差。

2.井下电源、电子电路开发

依据各个电路模块的电源需求，可以同时提供多个电压等级的交流或直流输出，并具备电源保护功能。电子电路主要包括电源管理、收发控制模块、数据处理模块、滤波器、放大器、A/D转换等。

3.嵌入式软件开发

通过嵌入式软件开发，实现采集参数的置入、原始数据初步整理、数据编码等。

4.仪器结构设计

采用钻铤式结构，将收发线圈、电源管理模块、电路板及其他传感器等安装在钻铤外壁刻槽内，并采用盖板封闭。仪器结构具有抗压、抗扭、耐磨、防水等特点。

5.数据实时处理算法及监测界面开发

随钻方位电磁波测量系统需进行实时数据处理，同时需开发相应软件进行实时监测，确保更真实、更及时、更准确的指导地质导向钻探。

期望实现的主要技术目标

1.关键技术

（1）随钻电磁波电阻率测量系统小型化的天线结构；

（2）随钻电磁波电阻率测量系统的数字信号处理器的优化；

（3）系统抗干扰设计，包括电源电路抗干干扰处理、信号线抗干扰处理、信号采集系统抗干扰处理等。

（4）可靠性和维护性

随钻电磁波电阻率测量系统需要在现场环境长时间运行，其可靠性和维护性也是重要考虑因素。例如材料选择、机械结构设计及电路设计等，对随钻电磁波电阻率测量系统的使用寿命和可靠性性有直接影响。同时，便于维护的设计也能够后续更换。

2.产品技术主要指标如下：

（1）探管方式：钻铤式

（2）收发结构：双发双收

（3）工作频率：400KHz、2MHz

（4）量程：***~5000Ω·m

（5）精度：3%

（6）垂向分辨率：***

（7）采样间隔：5s、10s、15s、20s、25s可调

（8）探管外径/内径：95 mm /22 mm

（9）探管长度：<***

（10）扣型：27/8 REG

（11）数据传输/供电方：有线式

（12）适用环境温度：-40~80℃

（13）强度（抗压、屈服）：>100MPa

（14）抗震：>20G

（15）抗冲击：>1000G

（16）提供全套研发技术资料，申报发明专利1件，实用型2件（受理）、发表高质量论文3篇（投稿）。

需求解析

解析单位：陕西省西咸新区 解析时间：2023-10-27

李卫斌

西安电子科技大学

教授

综合评价

随钻方位电磁波电阻率测井仪可在地层中提前预测电阻率界面，及时调整钻井轨迹以钻遇储层甜点，在大斜度井、水平井油藏勘探开发中得到了日益广泛的应用。随钻方位电磁波电阻率仪器（DWPR）,从电磁全分量测量设计理念出发，采用倾斜发射线圈-倾斜接收线圈的双斜正交方位测量结构进行地层边界探测和评价。新结构的边界探测能力优于现有商业同类仪器，最大探深可达6.8米，各向异性成像可以直观的反应地层电阻率各向异性。渤海油田35口井的应用表明，实时地层边界反演结果符合地质油藏认识，有效提高了水平井钻进，大幅提高了储层钻遇率。

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