石油鉆井設(shè)備與工具-王鎮(zhèn)全 5第四節(jié)

1、第四節(jié)第四節(jié) 隨鉆測(cè)斜儀隨鉆測(cè)斜儀 如果井眼軌道不是按照預(yù)定的方向前進(jìn)時(shí)，就必須如果井眼軌道不是按照預(yù)定的方向前進(jìn)時(shí)，就必須 下入彎接頭重新定向，使井眼回到設(shè)計(jì)的軌道上來(lái)。在海下入彎接頭重新定向，使井眼回到設(shè)計(jì)的軌道上來(lái)。在海 上平臺(tái)，利用傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)斜儀頻繁的測(cè)量和重新定向是上平臺(tái)，利用傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)斜儀頻繁的測(cè)量和重新定向是 非常費(fèi)時(shí)和昂貴的。如果在鉆井過(guò)程中，將安裝在下部鉆非常費(fèi)時(shí)和昂貴的。如果在鉆井過(guò)程中，將安裝在下部鉆 具組合上的測(cè)斜儀器檢測(cè)的數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)傳送到地具組合上的測(cè)斜儀器檢測(cè)的數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)傳送到地 面，那么可更加精確地控制井眼軌跡，同時(shí)節(jié)約測(cè)斜時(shí)間。面，那么可更加

2、精確地控制井眼軌跡，同時(shí)節(jié)約測(cè)斜時(shí)間。 這種測(cè)量?jī)x器通常稱為隨鉆測(cè)斜儀。這種測(cè)量?jī)x器通常稱為隨鉆測(cè)斜儀。 根據(jù)測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和測(cè)量參數(shù)的傳輸方式可分根據(jù)測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和測(cè)量參數(shù)的傳輸方式可分 為有線隨鉆測(cè)斜儀和無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀為有線隨鉆測(cè)斜儀和無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀 一、有線隨鉆測(cè)斜儀一、有線隨鉆測(cè)斜儀 利用導(dǎo)線與井下電子檢測(cè)器連接，使電子測(cè)利用導(dǎo)線與井下電子檢測(cè)器連接，使電子測(cè) 斜儀的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面，這種測(cè)量?jī)x器通常斜儀的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面，這種測(cè)量?jī)x器通常 稱為有線隨鉆測(cè)斜儀。稱為有線隨鉆測(cè)斜儀。 這種儀器檢測(cè)器座在彎接頭上面的定向接頭這種儀器檢測(cè)器座在彎接頭上面的定向接頭 上。檢測(cè)器內(nèi)

3、有電子傳感器上。檢測(cè)器內(nèi)有電子傳感器( (與單多點(diǎn)一致與單多點(diǎn)一致) )來(lái)測(cè)來(lái)測(cè) 量井斜角、方位角和工具面角。測(cè)量結(jié)果通過(guò)導(dǎo)量井斜角、方位角和工具面角。測(cè)量結(jié)果通過(guò)導(dǎo) 線從儀器傳到地面，由計(jì)算機(jī)分析信號(hào)，并顯示線從儀器傳到地面，由計(jì)算機(jī)分析信號(hào)，并顯示 出所測(cè)角度的數(shù)量。出所測(cè)角度的數(shù)量。 1、有線隨鉆側(cè)斜儀的特點(diǎn) 與單、多點(diǎn)測(cè)斜儀相比，這種儀器有如下優(yōu)點(diǎn)與單、多點(diǎn)測(cè)斜儀相比，這種儀器有如下優(yōu)點(diǎn): : (1) (1)由于不需要由測(cè)量和檢查方向引起的大量由于不需要由測(cè)量和檢查方向引起的大量 起下鋼絲繩作業(yè)，所以節(jié)省了輔助鉆進(jìn)時(shí)間起下鋼絲繩作業(yè)，所以節(jié)省了輔助鉆進(jìn)時(shí)間; ; (2) (2)由于連續(xù)

4、監(jiān)視，減少了井眼偏離設(shè)計(jì)軌道由于連續(xù)監(jiān)視，減少了井眼偏離設(shè)計(jì)軌道 的危險(xiǎn)，也就減少了扭方位的次數(shù)的危險(xiǎn)，也就減少了扭方位的次數(shù); ; (3) (3)由于控制得好，井眼軌道平緩，狗腿度小由于控制得好，井眼軌道平緩，狗腿度小; ; (4) (4)可以在鉆進(jìn)時(shí)監(jiān)測(cè)工具面指向，從而計(jì)算可以在鉆進(jìn)時(shí)監(jiān)測(cè)工具面指向，從而計(jì)算 反扭矩。反扭矩。 有有 線線 隨隨 鉆鉆 測(cè)測(cè) 斜斜 儀儀 示示 意意 圖圖 2 2、有線隨鉆測(cè)斜儀的總成、有線隨鉆測(cè)斜儀的總成 有線隨鉆測(cè)斜儀主要由井下測(cè)量系統(tǒng)，有線隨鉆測(cè)斜儀主要由井下測(cè)量系統(tǒng)， 地面信號(hào)接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)，信號(hào)傳地面信號(hào)接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)，信號(hào)傳 輸電纜及其

5、密封裝備三部分組成輸電纜及其密封裝備三部分組成 。 1 1、井下測(cè)量系統(tǒng)、井下測(cè)量系統(tǒng) 1 1）探管總成）探管總成 探管是測(cè)量井眼各種參數(shù)的心臟。它主要由探管是測(cè)量井眼各種參數(shù)的心臟。它主要由 磁力計(jì)、重力加速度計(jì)等測(cè)量原器件和電子線路磁力計(jì)、重力加速度計(jì)等測(cè)量原器件和電子線路 組成。電子線路把井下測(cè)量的井眼參數(shù)轉(zhuǎn)變成電組成。電子線路把井下測(cè)量的井眼參數(shù)轉(zhuǎn)變成電 信號(hào)，通過(guò)單芯電纜傳輸給地面儀器。信號(hào)，通過(guò)單芯電纜傳輸給地面儀器。 2 2）儀器外筒總成）儀器外筒總成 主要由電纜頭總成、外筒扶正短節(jié)、上連接主要由電纜頭總成、外筒扶正短節(jié)、上連接 器、儀器筒、下連接器、加長(zhǎng)桿、定向鞋組成。器、儀器

6、筒、下連接器、加長(zhǎng)桿、定向鞋組成。 3 3）地面接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)）地面接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng) 井下儀器把井眼參數(shù)以電信號(hào)的形式井下儀器把井眼參數(shù)以電信號(hào)的形式 傳輸給地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)把接收到傳輸給地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)把接收到 的各種井眼參數(shù)的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、的各種井眼參數(shù)的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、 譯碼處理，分別以數(shù)字形式直觀顯示在面譯碼處理，分別以數(shù)字形式直觀顯示在面 板顯示屏、地面司鉆讀出器和輸入打印機(jī)，板顯示屏、地面司鉆讀出器和輸入打印機(jī)， 把測(cè)量的井眼參數(shù)打印出來(lái)。把測(cè)量的井眼參數(shù)打印出來(lái)。 4 4）信號(hào)傳輸電纜及其密封裝置）信號(hào)傳輸電纜及其密封裝置 第一種方法：第一種方法：

7、 主要由單芯電纜、電纜車、主要由單芯電纜、電纜車、 高壓循環(huán)頭高壓循環(huán)頭( (或電纜旁通接頭或電纜旁通接頭) )、液壓管線及手壓、液壓管線及手壓 泵組成。高壓循環(huán)頭有利于保護(hù)電纜，但每次接泵組成。高壓循環(huán)頭有利于保護(hù)電纜，但每次接 單根都要把井下儀器提到鉆柱最上面一根鉆桿內(nèi)，單根都要把井下儀器提到鉆柱最上面一根鉆桿內(nèi)， 接上單根后再下到井底座鍵。接上單根后再下到井底座鍵。 第二種方法：在鉆桿上加旁通接頭。接單根第二種方法：在鉆桿上加旁通接頭。接單根 不需要起下電纜。但應(yīng)注意保護(hù)井口電纜，防止不需要起下電纜。但應(yīng)注意保護(hù)井口電纜，防止 打扭、擠壞電纜。打扭、擠壞電纜。 3、有線隨鉆測(cè)斜儀的不足之

8、處：、有線隨鉆測(cè)斜儀的不足之處： （1 1）只能在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的時(shí)使用，只能用）只能在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的時(shí)使用，只能用 于使用動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)的井段。于使用動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)的井段。 （2 2）因?yàn)榉轿粋鞲衅魇谴帕x，需使用無(wú)）因?yàn)榉轿粋鞲衅魇谴帕x，需使用無(wú) 磁鉆鋌。在套管附近測(cè)量結(jié)果不可靠。磁鉆鋌。在套管附近測(cè)量結(jié)果不可靠。 （3 3）在電纜通過(guò)高壓循環(huán)頭的情況下，在）在電纜通過(guò)高壓循環(huán)頭的情況下，在 接換單根或立柱時(shí)，須起下儀器。接換單根或立柱時(shí)，須起下儀器。 二、二、 無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀 因?yàn)橛芯€隨鉆測(cè)斜儀有導(dǎo)線直接與計(jì)因?yàn)橛芯€隨鉆測(cè)斜儀有導(dǎo)線直接與計(jì) 算機(jī)相連，鉆柱不能旋轉(zhuǎn)，只能用于井下算機(jī)

9、相連，鉆柱不能旋轉(zhuǎn)，只能用于井下 動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)的情況，限制了其應(yīng)用范圍。動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)的情況，限制了其應(yīng)用范圍。 為克服這些缺陷，人們研究了無(wú)線傳輸信為克服這些缺陷，人們研究了無(wú)線傳輸信 號(hào)方法，開(kāi)發(fā)出無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀。號(hào)方法，開(kāi)發(fā)出無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀。 1 1、 無(wú)線傳輸信號(hào)的方法無(wú)線傳輸信號(hào)的方法 從從19301930年至今，人們研究了年至今，人們研究了3 3種不同的種不同的 井下和地面之間的無(wú)線遙測(cè)傳輸系統(tǒng)：井下和地面之間的無(wú)線遙測(cè)傳輸系統(tǒng)： (1)(1)電磁發(fā)射電磁發(fā)射; ; (2) (2)聲波聲波; ; (3) (3)鉆井液壓力脈沖。鉆井液壓力脈沖。 1 1） 電磁發(fā)射電磁發(fā)射 自從自從40

10、40年代以來(lái)，有幾家公司一直研年代以來(lái)，有幾家公司一直研 究利用電磁波究利用電磁波 ( (無(wú)線電波無(wú)線電波) )穿過(guò)地殼傳遞信穿過(guò)地殼傳遞信 號(hào)的可能性。安裝在號(hào)的可能性。安裝在BHABHA上的電波發(fā)送器產(chǎn)上的電波發(fā)送器產(chǎn) 生可調(diào)制信號(hào)，以二進(jìn)制碼形成發(fā)送所需生可調(diào)制信號(hào)，以二進(jìn)制碼形成發(fā)送所需 數(shù)據(jù)。地面上通過(guò)安裝在井場(chǎng)附近的天線數(shù)據(jù)。地面上通過(guò)安裝在井場(chǎng)附近的天線 接收這些信號(hào)接收這些信號(hào) 。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖：。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖： 由于電磁信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減問(wèn)由于電磁信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減問(wèn) 題，只有低頻電磁波可以有效地傳輸，而題，只有低頻電磁波可以有效地傳輸，而 這些有時(shí)很難與鉆機(jī)上電動(dòng)

11、設(shè)備振動(dòng)發(fā)出這些有時(shí)很難與鉆機(jī)上電動(dòng)設(shè)備振動(dòng)發(fā)出 的頻率區(qū)分開(kāi)來(lái)的頻率區(qū)分開(kāi)來(lái) 。 2 2） 聲波法聲波法 利用聲波在鉆桿中的傳播建立信號(hào)傳遞利用聲波在鉆桿中的傳播建立信號(hào)傳遞 通道的方法。通道的方法。 由于鉆井作業(yè)中的背景噪聲很大，須在由于鉆井作業(yè)中的背景噪聲很大，須在 井下安裝大功率的聲波發(fā)生器。同時(shí)聲波井下安裝大功率的聲波發(fā)生器。同時(shí)聲波 沿鉆桿的衰減也使得在地面上采集信號(hào)很沿鉆桿的衰減也使得在地面上采集信號(hào)很 困難。需沿鉆柱每間隔一段安裝一個(gè)中繼困難。需沿鉆柱每間隔一段安裝一個(gè)中繼 器放大信號(hào)。器放大信號(hào)。 3 3） 鉆井液脈沖遙測(cè)鉆井液脈沖遙測(cè) 原理：利用井下脈沖發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)原理：

12、利用井下脈沖發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù) 脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)通過(guò)鉆井液傳到脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)通過(guò)鉆井液傳到 地面，在地面接收到這些信號(hào)后，通過(guò)對(duì)地面，在地面接收到這些信號(hào)后，通過(guò)對(duì) 信息進(jìn)行譯碼，得到井下的測(cè)量數(shù)據(jù)。信息進(jìn)行譯碼，得到井下的測(cè)量數(shù)據(jù)。 井下脈沖發(fā)生器主要有兩種：正脈沖井下脈沖發(fā)生器主要有兩種：正脈沖 系統(tǒng)和負(fù)脈沖系統(tǒng)，分別介紹其基本原理系統(tǒng)和負(fù)脈沖系統(tǒng)，分別介紹其基本原理 如下：如下： 負(fù)脈沖系統(tǒng) 負(fù)脈沖系統(tǒng)負(fù)脈沖系統(tǒng) 特點(diǎn)：鉆井液脈沖遙測(cè)比其它方法的優(yōu)特點(diǎn)：鉆井液脈沖遙測(cè)比其它方法的優(yōu) 越之處在于它比較簡(jiǎn)單，信號(hào)傳輸迅捷準(zhǔn)越之處在于它比較簡(jiǎn)單，信號(hào)傳輸迅捷準(zhǔn) 確。其壓力脈沖以大約確

13、。其壓力脈沖以大約12001200一一1500m/s1500m/s的速的速 度通過(guò)鉆井液柱。度通過(guò)鉆井液柱。 2 2、無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀的基本構(gòu)成、無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀的基本構(gòu)成 主要部件有主要部件有: : (1)(1)操作系統(tǒng)的動(dòng)力源操作系統(tǒng)的動(dòng)力源; ; (2)(2)測(cè)量所需信息的傳感器測(cè)量所需信息的傳感器; ; (3)(3)以代碼的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)送器；以代碼的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)送器； (4)(4)協(xié)調(diào)工具各種功能的微處理機(jī)或控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)工具各種功能的微處理機(jī)或控制系統(tǒng)。 地面設(shè)備主要有地面設(shè)備主要有: : (1) (1)檢測(cè)壓力變化并將其轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)的檢測(cè)壓力變化并將其轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)的 立管壓力