开 启 泥 浆 泵
负 脉 冲 生 成 器
令
负 脉 冲
正 常 钻
MWD监控测井斜、方位、 关 地面可视化监测井眼轨迹 闭
泥
生进
浆
成
泵
器
令 开负 启脉 泥冲 浆生 泵成
器
令
T
负
脉
冲
生
成
器
工作方式1使得迭加后的压力波形复杂，给解码带来一定 的困难，有误码，会发生失控。因此，最好采用工作方式2， 在地面将井下MWD关闭，然后再进行控制指令的下传，即采 用工作方式2为最优控制指令的下传方式。
工作方式2
MWD正 脉 冲
下传变排量负脉冲
Pi
开/关泥浆泵
1MPa 正常压力P
(75~80%)Q的 P
持续 作业
约 1min 打 开 下 传
三降三升 第一次 下传指令
关 闭 下 传
约 1min 打
关
开
闭
下 三降三升 下
传 第二次下传指令 传
指
指
指
指
P=0
下循 关
钻环 闭
到 井 底
洗 井
泥 浆 泵
令
Pi
1MPa 正常压力P
工作方式1
MWD正 脉 冲 下传变排量负脉冲 综合迭加脉冲
(75~80%)Q的 P
打
关开闭Fra bibliotek下三降三升
下
传 第一次下传指令 传
几天几夜 持续作业
打
关
开 下 传
三降三升 第二次下传指令
闭 下 传
指
指
令
令
指
指
令
令
T
负
下 钻 到 井 底
循 环 洗 井
脉 冲 生 成
正 常
负 脉 冲
钻生
示 示描
法 面 距 离 扫 描
最
控
近 偏轨 制
距 差迹 指
离 分修 令
扫 析正 生
描
成
➢ 防碰计算模块 旋转导向钻井地面监控系统的一个重要组成
部分就是对邻井关系的描述。无论是定向井、丛 式井等钻井施工中都需要充分考虑邻井的相互关 系。在钻进过程中，我们要时刻关注实钻井眼轨 迹与设计井眼轨迹的吻合程度及其变化的趋势， 保证中靶。同时还要充分计算与周围邻井的相互 关系，以避免井与井的相碰。在钻井作业过程中， 我们需要了解已钻轨迹的形状，以便判断其发展 趋势，及时采取措施，进行轨迹控制，这就要求 直观形象地显示井眼轨迹。因此，在地面监控软 件系统中开发了防碰计算模块用于进行邻井相互 关系统的描述。
MRSS地面监控系统软件
地面监控系统是MRSS的指挥中心，其主要完成 监测井下工具的工作状态和轨迹的变化趋势，按照几 何导向或地质导向的要求给出控制指令，遥控井下工 具按预定的轨迹钻进，能够根据旋转导向钻井的要求 进行轨迹的修正设计，能够直观形象的显示井眼轨迹。 本文基于Windows平台，采用Visual Basic作为软件 开发工具，开发地面监控软件系统。该系统在导入设 计数据和实时采集MWD上传的实钻数据的基础上， 进行了设计井眼和实钻井眼的轨迹描述、轨迹偏差分 析计算和轨迹修正设计，进而计算出MRSS轨迹控制 参数及相应的下传控制指令，并实现井眼轨迹三维可 视化和防碰计算。
信号直接输入井下微处 理器，指令信息字的解 调由软件完成，检测出 地面信号下传系统下传 的控制指令编码后，通 过查询EPROM，即可知 道指令编码所代表的导 向力的大小和方向，则 导向工具的控制机构即 可控制执行机构按指令 要求去执行，实施工具 面角和导向力的调整 ， 这样就完成下传指令的 执行过程。
邻井间相互关系的描述形式主要有水平距离 扫描、最近距离扫描、法面距离扫描三种。
➢ 轨迹控制模块
旋转导向钻井过程中，轨迹控制模块是完成实时接收来自井下上传 的实钻井眼轨迹数据，并与设计井眼轨迹数据进行偏差矢量计算。计算 出轨迹控制指令参数，即导向力的方向和大小，以指令编码的方式下传 给井下工具。
➢ MRSS地面监控软件系统
监控系统软件的设计采用模块化设计的思想，通过对需求的具
体的调研分析，确定整个系统要实现的功能模块如下图所示：
地面监控系统
系统维护模块 数据操作模块 轨迹显示模块 邻井关系描述模块 轨迹控制模块
用 户 管 理
数 据 库 管 理
轨 三水 数数 数迹维平 据据 据剖轨距 添修 删面迹离 加改 除显显扫
根据上述过程，我们设计出两种不同的工作 方式，并绘出相应脉冲压力波示意图。工作方式 1：井下MWD在地面不能控制其开／关或控制失 效时，我们采用工作方式1，用下传指令的“三 降三升”负脉冲压制MWD的正脉冲。MWD的正 脉冲与正常压力的压力差约为1 MPa，“三降三 升”的脉冲压力波远大于1 MPa，因此可以用下 传指令的脉冲压力波压制住MWD的上传压力波。
进成
负 M地 W面D可监视控化测监井测斜井、眼方轨位迹、脉冲生
成
负 脉 冲 生 成
器
器
器
器
工作方式2：当需要下传指令时，通过短起 泵关闭MWD。然后再开泵，同时打开负脉冲生 成器下传指令。“三降三升”脉冲完成后，压力 稳定在正常压力时MWD将再启动。如下图所示， 井下MWD可以通过短起泵，即关闭泵约1分钟后， 再开启泥浆泵。此时，便可将井下MWD关闭。 等待MWD停止工作后，再打开地面的负脉冲生 成器，生成“三降三升”脉冲排量波，下传地面 控制指令。
地面监控计算机 负脉冲产生装置
涡轮发电机
控
制 电压的采集判断
机
构 井下微处理器
导向执行机构 钻头
MRSS系统下传指令与MWD上传联用
MRSS下传指令的原理是有序变排量的负钻井液脉冲压力波， 即“三降三升”。地面生成的下传指令载波脉冲信号通过钻柱内 的钻井液向下传到井下工具，而井下的实钻数据也是由井下 MWD通过钻柱内的钻井液向上传送。因此，上传与下传两个压 力脉冲互相干扰，使波形复杂，最好能分时传输。 通常下传指令需要经过以下几个步骤： ❖ (1) MRST工具下到井底后，一般要循环泥浆通井、洗井等等。 等循环正常后，地面监控系统生成下传指令，启动负脉冲生成器 生成“三降三升”钻井液负脉冲波向下发指令，把井下工具面对 好，调好造斜力大小； ❖ (2) 关闭负脉冲生成器，停止下传指令。正常钻进，MWD信 息上传（延迟时间数秒，延迟距离30 m左右）； ❖ (3) 正常钻进，MWD监测井斜、方位，接单根停泵／开泵造 成波形不连续、复杂。 ❖ (4) 根据设计井眼轨迹和偏差矢量法，在需要时通过下传指令， 调控工具面角和造斜力的大小。
➢井下信号的接收与解释
下传指令接收与解释过程
地面计算机发出的指令经由负脉冲发生装置 完成信号的产生与发送，井下控制机构中发电机 的涡轮转速受钻井液脉冲信号影响，把液流信号 转化为电信号，输出电压电流产生低频扰动，在 电压电流输出端加滤波电路，然后由判决电路恢 复地面发送的基带信号，判决电路输出的脉冲