定向井測量技術(shù)

1、第第7章章 定向井測量技術(shù)定向井測量技術(shù) 史玉才史玉才 中國石油大學(xué)（華東）中國石油大學(xué)（華東） 2006年年12月月 7-1 概述概述 7-2 螺桿鉆具螺桿鉆具 7-3 其它工具其它工具 第第7章章 定向井測量技術(shù)定向井測量技術(shù) 1 1、定向井測量的性質(zhì)、定向井測量的性質(zhì) u從物理意義上講，測量井下鉆具的工具面角為井下鉆具定向，從物理意義上講，測量井下鉆具的工具面角為井下鉆具定向， 或測量井眼的軌跡均屬于空間姿態(tài)的測量?；驕y量井眼的軌跡均屬于空間姿態(tài)的測量。 u由于石油鉆井工程的特殊性使得這一測量過程必須借助專門的由于石油鉆井工程的特殊性使得這一測量過程必須借助專門的 工具和儀器，采取間接測

2、量的方法來完成。工具和儀器，采取間接測量的方法來完成。 u使用磁性測斜儀測量井眼數(shù)據(jù)時，磁羅盤必須與地磁場相符合，使用磁性測斜儀測量井眼數(shù)據(jù)時，磁羅盤必須與地磁場相符合， 所在的鉆柱處不能有使羅盤讀數(shù)失真的局部磁場。所在的鉆柱處不能有使羅盤讀數(shù)失真的局部磁場。 7-1 概述概述 （1 1）借助于重力場測量井斜角或高邊工具面；測量元件為測角器、羅）借助于重力場測量井斜角或高邊工具面；測量元件為測角器、羅 盤重錘或重力加速度計(jì)等；測量基準(zhǔn)是鉛垂線。盤重錘或重力加速度計(jì)等；測量基準(zhǔn)是鉛垂線。 （2 2）借助于地磁場測量方位角或磁性工具面；測量元件為羅盤或磁通）借助于地磁場測量方位角或磁性工具面；測量

3、元件為羅盤或磁通 門等；測量基準(zhǔn)是磁性北極，磁性儀器測量的方位角數(shù)據(jù)必須根門等；測量基準(zhǔn)是磁性北極，磁性儀器測量的方位角數(shù)據(jù)必須根 據(jù)當(dāng)?shù)氐拇牌切拚烧姹睒O，即地理北極的數(shù)據(jù)。據(jù)當(dāng)?shù)氐拇牌切拚烧姹睒O，即地理北極的數(shù)據(jù)。 （3 3）借助于天體坐標(biāo)系測量方位角或磁性工具面；測量元件為陀螺儀。）借助于天體坐標(biāo)系測量方位角或磁性工具面；測量元件為陀螺儀。 陀螺儀為慣性測量儀器，不以地球上任何一點(diǎn)為基準(zhǔn)，下井測量陀螺儀為慣性測量儀器，不以地球上任何一點(diǎn)為基準(zhǔn)，下井測量 之前必須對陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸進(jìn)行地理北極的方位標(biāo)定。之前必須對陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸進(jìn)行地理北極的方位標(biāo)定。 2、鉆井過程中測量的方法、媒介和

4、基準(zhǔn)、鉆井過程中測量的方法、媒介和基準(zhǔn) 7-1 概述概述 （1 1）是間接測量，必須借助專用工具和儀器完成。而且根據(jù)測量儀器）是間接測量，必須借助專用工具和儀器完成。而且根據(jù)測量儀器 的數(shù)據(jù)記錄和傳輸方式的不同，鉆井測量分為實(shí)時測量和事后測量。的數(shù)據(jù)記錄和傳輸方式的不同，鉆井測量分為實(shí)時測量和事后測量。 （2 2）測量儀器的尺寸受到井眼和鉆井工具的限制，特別是下井儀器的）測量儀器的尺寸受到井眼和鉆井工具的限制，特別是下井儀器的 徑向尺寸必須能夠下入套管和鉆具內(nèi)，而且不會因儀器的下入而影響徑向尺寸必須能夠下入套管和鉆具內(nèi)，而且不會因儀器的下入而影響 泥漿的流動或產(chǎn)生過大的泥漿壓降。泥漿的流動或產(chǎn)

5、生過大的泥漿壓降。 （3 3）下井儀器受到地層和泥漿的高壓，儀器的保護(hù)筒和密封件必須能）下井儀器受到地層和泥漿的高壓，儀器的保護(hù)筒和密封件必須能 夠承受這種高壓，而且還應(yīng)具備一定的安全系數(shù)。夠承受這種高壓，而且還應(yīng)具備一定的安全系數(shù)。 3 3、鉆井過程中測量的特點(diǎn)、鉆井過程中測量的特點(diǎn) 7-1 概述概述 （4 4）由于地層的溫度隨著井深變化，下井儀器是在高于地面溫度的環(huán)）由于地層的溫度隨著井深變化，下井儀器是在高于地面溫度的環(huán) 境里工作，要求下井儀器具有良好的抗高溫性能，一般稱耐溫境里工作，要求下井儀器具有良好的抗高溫性能，一般稱耐溫 125 125 以下的儀器為常溫或常規(guī)儀器，稱耐溫以下的儀

6、器為常溫或常規(guī)儀器，稱耐溫182 182 以下的儀器以下的儀器 為高溫儀器。為高溫儀器。 （5 5）某些儀器在使用過程中要承受沖擊）某些儀器在使用過程中要承受沖擊 （如單多點(diǎn)測斜儀的投測）、（如單多點(diǎn)測斜儀的投測）、 鉆具轉(zhuǎn)動（如轉(zhuǎn)盤鉆具中的鉆具轉(zhuǎn)動（如轉(zhuǎn)盤鉆具中的 MWD MWD 儀器）、鉆頭和鉆具在鉆進(jìn)過儀器）、鉆頭和鉆具在鉆進(jìn)過 程中的振動（如程中的振動（如MWD MWD 和有線隨鉆測斜儀）等。和有線隨鉆測斜儀）等。 3、鉆井過程中測量的特點(diǎn)、鉆井過程中測量的特點(diǎn) 7-1 概述概述 4、測量儀器分類和應(yīng)用范圍、測量儀器分類和應(yīng)用范圍 7-1 概述概述 35 mm 35 mm 外徑測斜儀外

7、徑測斜儀 （常（常 規(guī)）規(guī)） 羅盤單點(diǎn)照相測斜儀羅盤單點(diǎn)照相測斜儀 25 mm 25 mm 外徑測斜儀外徑測斜儀 （高（高 溫）溫） 羅盤類羅盤類 35 mm 35 mm 外徑測斜儀外徑測斜儀 （常（常 規(guī)）規(guī)） 羅盤多點(diǎn)照相測斜儀羅盤多點(diǎn)照相測斜儀 測測 25 mm 25 mm 外徑測斜儀外徑測斜儀 （高（高 溫）溫） 有線隨鉆測斜儀有線隨鉆測斜儀 量量 電磁類電磁類 無線隨鉆測斜儀無線隨鉆測斜儀 （包括（包括: : 定向定向 MWDMWD、帶地質(zhì)參數(shù)、帶地質(zhì)參數(shù) MWDMWD） 儀儀 電子多點(diǎn)測斜儀電子多點(diǎn)測斜儀 器器 60 mm 60 mm 外徑多點(diǎn)陀螺測外徑多點(diǎn)陀螺測 斜儀斜儀 照相陀

8、螺測斜儀照相陀螺測斜儀35 mm 35 mm 外徑單點(diǎn)陀螺測外徑單點(diǎn)陀螺測 斜儀斜儀 35 mm 35 mm 外徑多點(diǎn)陀螺測外徑多點(diǎn)陀螺測 斜儀斜儀 陀螺類陀螺類 地面記錄定向陀螺測斜儀地面記錄定向陀螺測斜儀 電子陀螺測斜儀電子陀螺測斜儀框架式電子陀螺測斜儀框架式電子陀螺測斜儀 速率積分電子陀螺測斜儀速率積分電子陀螺測斜儀 4、測量儀器分類和應(yīng)用范圍、測量儀器分類和應(yīng)用范圍 7-1 概述概述 儀器類型儀器類型應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍備注備注 磁羅盤單、多點(diǎn)照相磁羅盤單、多點(diǎn)照相 測斜儀測斜儀 普通定向井，無鄰井磁干擾的叢式井。普通定向井，無鄰井磁干擾的叢式井。 35mm 35mm 外徑：適應(yīng)溫度外徑：

9、適應(yīng)溫度125125井眼；井眼； 25mm 25mm 外徑：適應(yīng)溫度外徑：適應(yīng)溫度182182井眼井眼 定向定向 測斜測斜 與與 無無 磁磁 鉆鉆 鋌鋌 配配 合合 使使 用用 有線隨鉆測斜儀有線隨鉆測斜儀 較深的定向井、無鄰井磁干擾的叢式井較深的定向井、無鄰井磁干擾的叢式井 或大斜度井、水平井或大斜度井、水平井 定向定向 無線隨鉆測斜儀無線隨鉆測斜儀 超深定向井、大斜度井、水平井或海洋超深定向井、大斜度井、水平井或海洋 鉆井鉆井 定向定向 測斜測斜 電子多點(diǎn)測斜儀電子多點(diǎn)測斜儀 精度要求較高的定向井、無鄰井磁干擾精度要求較高的定向井、無鄰井磁干擾 的叢式井、大斜度井、水平井，或海洋的叢式井、

10、大斜度井、水平井，或海洋 鉆井鉆井 定向定向 測斜測斜 照相單、多點(diǎn)陀螺測照相單、多點(diǎn)陀螺測 斜儀斜儀 已下套管的井眼中測斜，或在叢式井、已下套管的井眼中測斜，或在叢式井、 套管開窗井套管開窗井 定向定向 電子陀螺測斜儀電子陀螺測斜儀 已下套管的井眼中已下套管的井眼中測斜測斜 叢式井、套管開窗井叢式井、套管開窗井定向定向 謝謝大家！謝謝大家！ 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) u主要由井斜刻度盤、羅盤、十字?jǐn)[錘、照明和照相系統(tǒng)組成。主要由井斜刻度盤、羅盤、十字?jǐn)[錘、照明和照相系統(tǒng)組成。 羅盤的羅盤的S S極始終指北。極始終指北。 7-2磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 2

11、、工作原理、工作原理 （1 1）井斜角的測量：當(dāng)測）井斜角的測量：當(dāng)測 斜儀隨井眼傾斜時，十字?jǐn)[斜儀隨井眼傾斜時，十字?jǐn)[ 錘始終指向重力線方向，重錘始終指向重力線方向，重 力線與儀器軸線的夾角即為力線與儀器軸線的夾角即為 井斜角。由擺錘在井斜刻度井斜角。由擺錘在井斜刻度 盤底片上的位置讀取。盤底片上的位置讀取。 7-2磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 2、工作原理、工作原理 （2 2）井斜方位角的測量：擺錘所在鉛垂）井斜方位角的測量：擺錘所在鉛垂 線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛 垂面，該井斜鉛垂面與水平面的交線就是垂

12、面，該井斜鉛垂面與水平面的交線就是 井斜方位線。擺錘在羅盤面上的投影位置井斜方位線。擺錘在羅盤面上的投影位置 所在的放射線與羅盤所在的放射線與羅盤N N極之間的夾角即為極之間的夾角即為 井斜方位角。（注意：在井下，羅盤標(biāo)志井斜方位角。（注意：在井下，羅盤標(biāo)志 方位與實(shí)際地理方位相反。）方位與實(shí)際地理方位相反。） 7-2 磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理磁羅盤照相測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) u主要由加速度計(jì)、磁通門、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集或傳輸、主要由加速度計(jì)、磁通門、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集或傳輸、 數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、抗壓筒和減振器等環(huán)節(jié)組成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、抗壓筒和減振器等

13、環(huán)節(jié)組成 。 u探管是測斜儀重要組成之一，可劃分為測量頭和電子柱兩部分。測量頭探管是測斜儀重要組成之一，可劃分為測量頭和電子柱兩部分。測量頭 有引入工具面基準(zhǔn)的有引入工具面基準(zhǔn)的T形槽頭和安裝傳感器的臺體。形槽頭和安裝傳感器的臺體。臺體上安裝臺體上安裝3個加速個加速 度計(jì)和度計(jì)和3個磁通門。這個磁通門。這6個傳感器的輸入軸分別平行干臺體直角坐標(biāo)系，個傳感器的輸入軸分別平行干臺體直角坐標(biāo)系， 能測量出重力場和地磁場在探管坐標(biāo)系上的分量。利用這能測量出重力場和地磁場在探管坐標(biāo)系上的分量。利用這6個傳感器的輸個傳感器的輸 出計(jì)算鉆井所需的方向參數(shù)。出計(jì)算鉆井所需的方向參數(shù)。 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)

14、和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 2、工作原理、工作原理 （1 1）磁液懸浮加速度計(jì)：將輸入速度變成與之對應(yīng)的電壓（或電）磁液懸浮加速度計(jì)：將輸入速度變成與之對應(yīng)的電壓（或電 流）或脈沖頻率的傳感器。流）或脈沖頻率的傳感器。 磁懸浮加速度計(jì)抗沖擊能力較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、精度適中的，在鉆磁懸浮加速度計(jì)抗沖擊能力較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、精度適中的，在鉆 井測斜儀上被廣泛采用，它由敏感頭和伺服電路組成。井測斜儀上被廣泛采用，它由敏感頭和伺服電路組成。 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 2、工作原理、工作原理 （2 2）磁通門：又稱磁通計(jì)，是將輸入磁通轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)電壓的）

15、磁通門：又稱磁通計(jì)，是將輸入磁通轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)電壓的 傳感器。由一對帶骨架的繞組和外殼所組成。在骨架內(nèi)孔放置導(dǎo)傳感器。由一對帶骨架的繞組和外殼所組成。在骨架內(nèi)孔放置導(dǎo) 磁率高、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度小、磁滯回線窄的磁性材料磁率高、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度小、磁滯回線窄的磁性材料磁芯。磁芯。 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 3 3、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 設(shè)設(shè)3 3個加速度傳感器上的重力場分量分別為，個加速度傳感器上的重力場分量分別為，3 3個磁通個磁通 門傳感器上的分量分別為，此門傳感器上的分量分別為，此6 6個量經(jīng)信號處理放大、個量經(jīng)信號處理放大、 / /轉(zhuǎn)換后送到中進(jìn)行運(yùn)算，算出井

16、斜角轉(zhuǎn)換后送到中進(jìn)行運(yùn)算，算出井斜角 、重力工具面角、重力工具面角GTFGTF、 磁性工具面角磁性工具面角MTFMTF、方位角、方位角。 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 7-3 電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理電磁測斜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 （4 4）由于地層的溫度隨著井深變化，下井儀器是在高于地面溫度的環(huán)）由于地層的溫度隨著井深變化，下井儀器是在高于地面溫度的環(huán) 境里工作，要求下井儀器具有良好的抗高溫性能，一般稱耐溫境里工作，要求下井儀器具有良好的抗高溫性能，一般稱耐溫 125 125 以下的儀器為常溫或常規(guī)儀器