随钻测量井下网络化光纤传感器及信息传输关键技术研究

Measure While Drilling（MWD）can monitor real-time ,direct and accurate oil-gas information and engineering parameter by the sensors installed beside aiguille, setup quantitative ,precise and dynamic oil reservoir model, predict potentiality of oil-gas exploration, optimize project, and improve oil-gas productivity by oil reservoir numerical simulation. Under conditions of high temperature and high pressure, the functions of measuring, transmission ,processing ,receiving and evaluation of information data acquired by optical fiber sensor would be studied in this project. optical Fiber Bragg Grating(FBG) is highly sensitive to temperature ,stress ,pressure and vibration with advantages of small cubage, wide dynamic interval , high reliability and long-distance manipulation, it is quite suitable for oil-gas information and drilling parameters detection. In automatic drilling and geosteering, the transmission of downhole information has always been a conundrum in oil-gas exploration. From the exploring points of long distance ,high precision ,multi-channel and wireless transmission mode, This project would study networked wireless optical fiber sensor(short-rod)and information process technology theoretically and experimentally，and probe the future application in automatic drilling and geosteering.

随钻测量是通过安装在钻头附近的传感器短节，对勘探及生产过程中油气信息和工程参数进行直接、实时的监测，建立定量、精细、动态的油藏模型，并通过油藏数值模拟预测油藏开发潜能，优化开发方案，提高油气采收率。项目主要研究井下高温、高压环境下，网络光纤传感器对信息的测量、传输、处理、接收以及对测量数据的分析评估。鉴于布拉格光栅（FBG）具有对温度、应力、压力及振动等参量的高灵敏度传感功能，兼有体积小、动态区间宽、可靠性高和远程操控能力强等优点，特别适合井下环境对油气信息及钻井相关参数的检测。在自动化钻井及地质导向中，井下信息的传输一直是困扰油气勘探开发的问题，本项目从长距离、高精度、多信道及信号的无线传输方式等角度，对网络化无线光纤传感器（短节）进行深入的理论和实验研究，并探讨其在随钻测量及地质导向中的实际使用。

本项目针对油气勘探过程中随钻测量使用的带网络功能的光纤温度与压力传感器和信息传输的关键技术进行了初步研究。.首先通过对光纤传感器的测量电路、信号解调电路、仪器控制电路、通信电路等进行了优化设计并进行了小型化研究，使之能够安装于长条形的井下测量工具之中；其次对井下测量工具的结构进行了设计，并使用ANSYS软件对其进行了力学性能和耐高温性能进行了分析，要求测量工具能够耐受至少100MPa的压力和120℃的井下温度，保证了仪器使用的安全。.在信息井下传输方面，项目研究了一种基于特种钻柱和非连续正交频分复用调制的应用于随钻测井的声波传输方法。该方法提出一种根据块状导频结构和 OFDM/OQAM 的系统特点推导的信道估计算法用来获取子信道的频率响应，通过采用双加速度传感器阵列接收相移声波信号抑制上行传输中地面强噪声的干扰，仿真及实测结果表明，该方案可以具有较高的传输速率（500bit/S）和可靠性。.在信号抗干扰设计方面，本课题采用有限单元分析方法对检测的温度和压力二元关系进行相互影响分析；利用小波分析和Winner参数估计等方法对钻柱振动以及各种随机噪声干扰信号进行去噪平滑处理。在仿真模拟分析基础上，获得随钻测量井下光纤光栅传感器信号处理方法。结果表明，这些方法能够在复杂的井下环境条件下能准确获取温度压力真实值。.在仪器的供电方面，由于井下往往有多台仪器，且工作时间往往较长，这样就要考虑仪器的供电容量与方式，本系统采用锂电池与泥浆发电机供电的双重方式，同时要考虑到电池的耐高温问题。.在井下光纤传感器的网络化实现方面，课题组在研究了网络化智能传感器标准—IEEE1451的基础上，将嵌入式网络技术与智能传感器技术相结合，采用以太网接口，在智能传感器的基础上实现了嵌入式Web服务器，支持HTTP/TCP/UDP/IP等通信协议，实现了现场设备与Internet的直接通信。.综合上述结果，本研究为井下网络化光纤传感器及其传输关键技术的最终实现奠定了坚实的工作基础。项目资助发表论文1篇，待发表两篇，教材3部。培养硕士生9名，其中1名已经取得硕士学位，8名在读。项目投入经费75万元，支出139,530万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费610,470万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。