智能钻杆_将引发一场井下信号传输技术革命

环　球　石　油石油科技论坛　　　　２００８年第４期国外于２０世纪７０年代初期研制成功了有线随钻测斜仪，它的出现标志着钻井井下测量从非实时测量进入了实时测量阶段。此后，相继出现了以泥浆脉冲、电磁波为信道的ＭＷＤ／ＬＷＤ。目前，第一代实时信道——电缆信道，几近淘汰；泥浆脉冲信道传输技术早已成熟，应用最为广泛；电磁波信道传输也趋成熟，主要用于欠平衡钻井和气体钻井。但泥浆脉冲和电磁波这两种无线信道传输技术都存在数据传输速率太慢的问题，不能很好

地满足现代油气勘探开发对钻井井下数据传输的新要求。智能钻杆□　西南石油大学机电学院　　岳春宏

摘　　要：本文介绍了一种新的井下信号数据传输方式，即智能钻杆传输方式。它是利用电磁感应耦合原

理实现信号在钻杆之间传输的。该遥测系统主要由智能钻杆、井下接口短节、信号放大器、顶驱转环短节等几部分组成，具有数据传输速度高、容量大、实时、双向通讯等优点，适用于常规钻井、欠平衡钻井和气体钻井，是钻井井下信号传输技术的一个重大突破。该技术今后的发展方向是进一步提高数据传输速率和耐温能力，开发一种无缆的顶驱转环短节。

关键词：智能钻杆　　信号传输

为此，国外一直在探索新的信号传输方式，包括声波传输、光纤信道和有缆钻杆。目前，声波传输和用于常规钻杆的光纤信道尚处于探索阶段。有缆钻杆分为电缆“硬连接”钻杆和电缆“软连接”钻杆两种。所谓“硬连接”就是试图通过在钻杆接头间形成电缆的硬连接（对接）进行数据传输，但实现电缆的准确对接和确保其绝缘都是非常困难的，因此这种传输方式前景不容乐观；所谓“软连接”，就是通过在钻杆接头之间实现电缆的“软连接”（感应连接）进行数据传输。３４

２００８年第４期　　　　石油科技论坛美国Ｎｏｖａｔｅｃ工程公司早在１９９７年就开始研究通过电磁感应原理实现电缆“软连接”的钻杆。２０００年初全球主要的钻杆制造商——美国Ｇｒａｎｔ　Ｐｒｅｄｉｃｏ公司参与研究这种新的数据传输方式，并与Ｎｏｖａｔｅｃ工程公司成立了一家合资公司——Ｉｎｔｅｌｌｉｓｅｒｖ公司，以推广这项他们称之为“智能钻杆”（Ｉｎｔｅｌｌｉｐｉｐｅ¨钻杆）的新技术（图１）。２００５年９月Ｇｒａｎｔ　Ｐｒｅｄｉｃｏ公司拥有Ｉｎｔｅｌｌｉｓｅｒｖ公司１００％的股份。

在有缆钻杆领域，哈里伯顿、斯伦贝谢、贝克休斯、威德福和壳牌公司均申请了专利，但目前投入商业应用的只有Ｉｎｔｅｌｌｉｓｅｒｖ公司的智能钻杆。

用同样的方法可以制成有缆的钻铤、无磁钻铤、加重钻杆、震击器、钻柱稳定器、浮箍等钻具。

２．井下接口短节

在智能钻杆遥测系统和井底实时测控系统（ＭＷＤ、ＬＷＤ、旋转导向钻井系统）之间需要安装一个井下接口短节，其作用是实现智能钻杆遥测系统和井底实时测控系统之间的信号双向高速传输。

３．信号放大器

信号通过电缆和感应环传输的过程中，其强度会有一定衰减。为维持信号强度，需要在钻柱上每隔３５０～４５０ｍ安装一个信号放大器（ＩｎｔｅｌｌｉＬｉｎｋ），长度为０．９１ｍ。它由自带的锂电池供电，电池寿命可达４０～６０天。

在信号放大器（ＩｎｔｅｌｌｉＬｉｎｋ）里还可安装传感器，以监测井筒各处的压力、温度、流量和钻柱振动等参数，使

随钻监测不仅限于井底，而且扩展到整个井筒，有助于及时诊断井漏、井涌和钻柱状况等井下情况。４．顶驱转环短节

顶驱转环短节安装在顶驱下方，相当于信号采集装置，其中的顶驱转环不随钻柱一起旋转。顶驱转环和顶驱转环短节之间也是通过感应耦合的方式实现信号传输的。顶驱转环短节将信号从钻柱电缆中拾取出来，通过电缆传入地面计算机系统，再通过卫星或互联网传输到其他地方。

岳春宏：智能钻杆——将引发一场井下信号传输技术革命

３５一、智能钻杆遥测系统概况智能钻杆遥测系统主要由智能钻杆、井下接口短节、信号放大器、顶驱转环短节等几部分组成。１．智能钻杆智能钻杆实质上是一种有缆钻杆，电缆之间通过电磁感应实现“软连接”。也就是把电缆嵌入钻杆，钻杆工具接头两端的电缆各有一个感应环；钻杆紧扣以后，两感应环并不直接接触，而是通过电磁感应原理实现信号在钻杆间的高速传输（图２）

。

环　球　石　油石油科技论坛　　　　２００８年第４期二、智能钻杆遥测系统技术优势与不足与泥浆脉冲、电磁波和声波传输方式相比，智能钻杆传输方式具有明显的优势，主要表现在：（１）数据传输速度高、容量大、实时。数据传输速率高达５．７６万位／ｓ，能实现对钻井过程的无干扰的实时监测。（２）真正实现双向通讯。通过向下传输功能和专门的井下接口短节，在不停钻的情况下就能及时遥控旋转导向钻井系统，从而提高井眼轨迹的控制精度和效率，改善井筒平滑度，提高井身质量，减少非生产时间，降低钻井综合成本。（３）适用范围广。它可用于包括欠平衡钻井、气体钻井在内的任何井下条件下的钻井数据传输。（４）实现全井筒实时监测，有利于及时预防井下复杂情况。（５）在应用智能钻杆的同时，还可将泥浆脉冲作为一种备用的传输方式，万一钻柱传输中断，无需起钻就能启用泥浆脉冲传输方式。

（６）具备高速传输和双向通讯的功能，因此它将极大地推动随钻测量、随钻测井、地质导向、随钻地层测试和随钻地震等随钻监控、评价、诊断、预测技术的进一步发展。智能钻杆遥测系统除了具有以上优势之外，其自身还有一些不足之处，例如智能钻杆的成本要比普通钻杆

高得多；不能通过这种软连接电缆为井下供电等。三、智能钻杆传输技术的成熟度及发展方向

经过多年的研究与试验，智能钻杆传输技术已于２００７年正式投入商业应用，但仍在改进和完善之中，今后的主要发展方向：一是进一步提高数据传输速率；二是提高耐温能力；三是开发一种无缆的顶驱转环短节。目前数据传输速率最高可达５．７６万位／ｓ，下一步是将数据传输速率提高到１０万位／ｓ，以更好地满足随钻成像测井等新一代随钻测井和地层评价的要求。

由于受电子元器件的耐温能力的影响，目前智能钻杆的耐温能力为１７７℃，能满足绝大部分钻井作业的需要，下一步是将其耐温能力提高到２００℃以上，以适应井下的高温环境。

目前的顶驱转环短节需要使用电缆与地面计算机系统联通，下一步是开发一种无缆装置，使顶驱和地面计算机系统之间无需电缆，实现信号的无线传输。四、前景展望

智能钻杆传输技术具有数据传输速度高、容量大、实时、双向等优点，适用于常规钻井、欠平衡钻井和气体

钻井，是钻井井下信号传输技术的一个重大突破。目前，该技术已获得了哈里伯顿、贝克休斯、斯仑贝谢和威德福等国际一流的油田技术服务公司的认可，应用前景乐

观。国内在这一领域尚属空白，具有很大的发展空间。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/76fm.html