机械式无线随钻测斜仪正脉冲发生器研究耿岩+唐鸣宇摘要：测斜仪是石油钻井工程中测量井斜的工具，测斜质量的好坏直接决定着钻井质量。为此，开展了对机械式无线随钻测斜仪的研究，针对机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井中存在着信号衰减、脉冲强度不够等问题，重点对机械式无线随钻测斜仪脉冲发生装置进行了研究分析，通过理论推导算出泥浆传输压力和速度公式，分析泥浆脉冲发生机理。同时，采用计算流体力学的方法，利用Fluent对脉冲发生装置内部流场进行数值模拟，通过模拟分析，总结出影响压力脉冲强度的参数。模拟结果表明，改进后的压力脉冲效果明显，这对于提升信号稳定性、减少衰减具有一定的实际意义。关键词：脉冲发生装置；机械式无线随钻测斜仪；Fluent；数值模拟；泥浆：TB：Adoi：10.19311/jki.1672-3198.2017.18.0881前言测斜技术分为有线随钻和无线随钻技术，目前，多数测斜仪大都采用无线随钻测斜方式。对于井斜问题是钻井工程中不可避免的“误差”。如何最小化的克服井斜问题，是钻井工程中首当其冲的问题，这就要求研发更精密的测斜工具、研究测斜方法和创建系统的测斜理论。随着钻探技术的成熟，出现了定向井、分支井、水平井、大位移井等特殊工艺井，应运而生的是各种测斜仪器。世界各国都已经普遍使用无线随钻测斜仪。该仪器最大好处可以测量井斜角和方位角，同时，可以完成某些井下信息（地质参数、井眼轨迹等）的记录。这就为钻井工程奠定了可靠的基础。无线随钻技术能够满足直井、水平井、大位移井、分支井等井的井斜测量，目前，国际钻井作业中大部分都采用无线随钻测斜仪，该仪器脉冲发生装置的核心部分是由电子元件组成的探管，其抗高压和高温的能力差，当井温超过125℃时，测斜仪基本失去作用，在井底停止工作。为满足高温、高压井的需求，国内外展开了对机械式无线随钻测斜仪的研究，机械式无线随钻测斜仪全部采用金属元件，该仪器密封系统采用耐高温、高压橡胶密封元件，最大抗高压可达到160MPa，抗高温可达到225℃，达到高温、高压等特殊井的测斜要求。机械式无线随钻测斜仪对于监测井斜，减少成本，提高效益具有长远的意义。2机械式无线随钻测斜仪结构分析机械式无线随钻测斜仪用于井下测量，其结构主要由井底测量装置和地上接受脉冲信号装置组成。井底测量装置是整个机械式无线随钻测斜仪的主要部分，由脉冲发生装置、行程放大装置、壳体、测量井斜装置和阻尼装置等部分构成。本文主要研究的是无线随钻测斜仪脉冲发生装置的机理及对脉冲发生装置的优化计算及改进，现重点阐述脉冲发生装置。3脉冲发生装置研究3.1脉冲发生装置脉冲发生装置主要由脉冲筒、脉冲杆和蘑菇头组成。脉冲发生装置用于发射脉冲压力波。蘑菇头和脉冲杆可以在脉冲筒内往复运动，当蘑菇头受泥浆的压力而向下运动到脉冲筒中过流孔隙的位置时，蘑菇头和过流孔隙的内径基本吻合，泥浆通道被堵塞，产生一个较强的压力，当蘑菇头通过过流孔隙进入脉冲筒腔体内，泥浆流道恢复，压力恢复正常。脉冲发生装置正是由于引起泥浆的过流面积的变化而引起压力的波动，达到产生压力波的目的。3.2信号传输方式的研究对于无线随钻测斜信号的传输方式无不外乎泥浆脉冲、声波、电磁波和光纤的传输方式。泥浆脉冲发生装置是随钻测量和测井中产生压力脉冲的装置，是发送井底信息不可或缺的部分。当前，对于泥浆脉冲传输的传输方式可分为正脉冲、负脉冲和连续波脉冲三种传输方式。正脉冲发射传输是目前泥浆脉冲传输应用最广的技术，该技术相对成熟而且具有广阔的市场。正脉冲传输速度范围在0.5～3Bit/s，速度相对比较低。负脉冲由于能对井壁的稳定性产生一定的影响，而且对于仪器的装配和现场操作都存在着问题，因此在应用方面远远落后于正脉冲传输。连续波脉冲传输速率可以达到6～12Bit/s，由于连续波泥浆脉冲器比正脉冲发生装置传输速率高得多，是一项较为有前途的技术。正脉冲发生装置的结构多种多样，但其脉冲发射信号的原理却基本是一致的。当泥浆流经正脉冲发生装置时，由于正脉冲发生装置结构的原因，脉冲发生装置的调节阀向上运动，阻碍了泥浆正常流动，从而改变了泥浆在正脉冲发生装置中...