隨鉆測井系統井下的設計
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隨鉆測井LWD(Logging WhiIe Drilling)技術(shù)是將測井儀器安裝在靠近鉆頭的部位，在地層剛鉆開(kāi)后就測量地層各種信息的一種測井方法。它通過(guò)測量地層傾角和方位、鉆頭方向、鉆壓、扭矩等，進(jìn)行鉆井定向控制，測量地層的電阻率、自然電位、自然伽馬、密度／中子、核磁、聲波時(shí)差等。LWD在鉆井的過(guò)程中測量地層巖石物理參數，并用數據遙測系統將測量結果實(shí)時(shí)送到地面進(jìn)行處理，形成地層評價(jià)。由于當前數據傳輸技術(shù)的限制，大量的數據仍存儲在井下儀器的存儲器中，起鉆后回放。其測量結果克服了井眼擴徑、泥漿入侵等一系列環(huán)境條件的影響。隨鉆測井可實(shí)時(shí)提供地層和井深信息，對地層做出快速評價(jià)，優(yōu)化井眼軌跡和地質(zhì)目標，指導鉆進(jìn)。特別是在疑難井、大斜度井、水平井中，它顯示出比電纜測井更為重要的作用。LWD系統主要由2部分組成：地面系統和井下系統。如圖1所示。
地面系統包括：上位機PC、接口卡、專(zhuān)用電纜、增效箱以及其他附屬配件。其中主機裝有LWD系統專(zhuān)用地質(zhì)導向鉆井配套軟件Insite。
井下系統包括：總線(xiàn)控制器(HCIM)、隨鉆自然伽馬測量?jì)x(DGR)、隨鉆電阻率測量?jì)x(EWR)、隨鉆中子傳感器(CNP)、隨鉆巖石密度傳感器(SLD)、工具串振動(dòng)傳感器(DDS)、探管(PCD)。
由此可見(jiàn)，LWD井下系統有大量傳感器對不同參數進(jìn)行測量，耗電量非常大。由于每次鉆井設備下井都要耗費大量人力物力，而且一旦下井，鉆井設備會(huì )在地下持續長(cháng)時(shí)間工作，而且鉆井深度可達幾千米，只能通過(guò)安裝在鉆頭附近的電池供電。隨鉆測井系統的供電由2組鋰電池(3．6 V)并聯(lián)組成，每組6節串聯(lián)，構成21 V直流電源。電池儲能是有一定限制的。例如渤海油田的B20井就是應用LWD技術(shù)，測量井段為2 102～3 073 km，連續工作5天。其他應用LWD鉆井技術(shù)的石油井也是如此，有些LWD傳感器甚至要連續在井下工作半個(gè)月之久。因此降低系統功耗就是隨鉆測井系統設計時(shí)需要考慮的一個(gè)十分重要的問(wèn)題。
1 低功耗電路設計的基本原則
對于典型系統而言，其功耗大致滿(mǎn)足：P=C×V2×f。C是電容負載，V是電源電壓，f是開(kāi)關(guān)頻率。功耗與工作電壓的平方成正比，因此工作電壓對系統的功耗影響最大，其次是工作頻率。電容負載也會(huì )有一些影響，但電容負載對設計人員而言一般是不可控的。因此設計低功耗系統，應該考慮在不影響系統性能前提下，盡可能地降低工作電壓和使用低頻率的時(shí)鐘。
對于隨鉆測井系統，由于傳感器在地下幾千米工作，溫度極高，工作空間狹小，在設計上就提出了其他一些挑戰。在高溫下，電容等器件的性能會(huì )減半，因此在進(jìn)行器件選型時(shí)，這些因素都考慮其中。
另外，動(dòng)態(tài)功耗管理也是降低功耗的有效途徑。動(dòng)態(tài)功耗管理是當前最重要的系統功耗優(yōu)化技術(shù)之一。它根據系統各模塊性能，動(dòng)態(tài)地配置系統，使系統中各功能模塊處于滿(mǎn)足性能需求所需的最低功耗狀態(tài)，從而實(shí)現節省功耗的目的。
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