充气欠平衡钻井MWD信号衰减原因研究及应对措施

李蓉 崔龙 张建博

[摘 要]在构建井下MWD信号传输模型的基础上，提供信号传播速度及衰减系数计算方法，得出持气率直接影响信号传输强度，采用安装混气器的方式能有效解决信号衰减，保证信号接收质量的结论，为充气欠平衡钻井实践提供参考依据。

[关键词]充气欠平衡钻井；MWD；信号衰减

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0264-01

1 信号衰减主要原因

1.1 模型构建

井下MWD系统发出的信号为压力波信号，所以可根据压力波基本理论构建信号传输模型：首先，将钻井液发生的流动视作绝热无相变式一维流动，然后对虚拟质量力及气相、液相之间的阻力予以综合考虑，得出以下基本方程：

（1）

（2）

（3）

（4）

其中，、分別可表示为：

（5）

（6）

式（1）～（6）中，表示持气率；表示气相流速，单位：m/s；表示液相流速，单位：m/s；A表示流通面积，单位：m2；表示气相密度，单位：kg/m3；表示液相密度，单位：kg/m3；p表示压力，单位：Pa；表示气相和液相之间的阻力大小；表示虚拟质量力；以上两个作用力均为液相、气相之间存在的相对加速度引起的；表示流通截面中气泡投影面积，单位：m2；表示气泡体积，单位：m3；表示阻力系数；表示虚拟质量力系数，不同流型对应不同数值，需根据实际情况确定[1]。

对于密度和压力，两者具有以下相互关系：

（7）

式（7）中，表示气体声速，单位：m/s；表示液体声速，单位：m/s。

若管壁弹性会影响到压力波的实际传递，则压力和管内截面积有以下的变化关系：

（8）

式（8）中，D表示钻杆的内径，单位：m；E表示钻杆弹性模量；e表示钻杆壁厚，单位：m；为支承方式系数。……