随钻测井系统井下的设计
随钻测井LWD(Logging WhiIe Drilling)技术是将测井仪器安装在靠近钻头的部位，在地层刚钻开后就测量地层各种信息的一种测井方法。它通过测量地层倾角和方位、钻头方向、钻压、扭矩等，进行钻井定向控制，测量地层的电阻率、自然电位、自然伽马、密度／中子、核磁、声波时差等。LWD在钻井的过程中测量地层岩石物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理，形成地层评价。由于当前数据传输技术的限制，大量的数据仍存储在井下仪器的存储器中，起钻后回放。其测量结果克服了井眼扩径、泥浆入侵等一系列环境条件的影响。随钻测井可实时提供地层和井深信息，对地层做出快速评价，优化井眼轨迹和地质目标，指导钻进。特别是在疑难井、大斜度井、水平井中，它显示出比电缆测井更为重要的作用。LWD系统主要由2部分组成：地面系统和井下系统。如图1所示。
地面系统包括：上位机PC、接口卡、专用电缆、增效箱以及其他附属配件。其中主机装有LWD系统专用地质导向钻井配套软件Insite。
井下系统包括：总线控制器(HCIM)、随钻自然伽马测量仪(DGR)、随钻电阻率测量仪(EWR)、随钻中子传感器(CNP)、随钻岩石密度传感器(SLD)、工具串振动传感器(DDS)、探管(PCD)。
由此可见，LWD井下系统有大量传感器对不同参数进行测量，耗电量非常大。由于每次钻井设备下井都要耗费大量人力物力，而且一旦下井，钻井设备会在地下持续长时间工作，而且钻井深度可达几千米，只能通过安装在钻头附近的电池供电。随钻测井系统的供电由2组锂电池(3．6 V)并联组成，每组6节串联，构成21 V直流电源。电池储能是有一定限制的。例如渤海油田的B20井就是应用LWD技术，测量井段为2 102～3 073 km，连续工作5天。其他应用LWD钻井技术的石油井也是如此，有些LWD传感器甚至要连续在井下工作半个月之久。因此降低系统功耗就是随钻测井系统设计时需要考虑的一个十分重要的问题。
1 低功耗电路设计的基本原则
对于典型系统而言，其功耗大致满足：P=C×V2×f。C是电容负载，V是电源电压，f是开关频率。功耗与工作电压的平方成正比，因此工作电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率。电容负载也会有一些影响，但电容负载对设计人员而言一般是不可控的。因此设计低功耗系统，应该考虑在不影响系统性能前提下，尽可能地降低工作电压和使用低频率的时钟。
对于随钻测井系统，由于传感器在地下几千米工作，温度极高，工作空间狭小，在设计上就提出了其他一些挑战。在高温下，电容等器件的性能会减半，因此在进行器件选型时，这些因素都考虑其中。
另外，动态功耗管理也是降低功耗的有效途径。动态功耗管理是当前最重要的系统功耗优化技术之一。它根据系统各模块性能，动态地配置系统，使系统中各功能模块处于满足性能需求所需的最低功耗状态，从而实现节省功耗的目的。
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