測(cè)斜儀器及其測(cè)斜原理

1、測(cè)斜儀器及其測(cè)斜儀器及其測(cè)斜原理測(cè)斜原理韓志勇韓志勇測(cè)斜儀器分類(lèi)；測(cè)斜原理；MWD信號(hào)傳輸原理；測(cè)斜儀器分類(lèi)測(cè)斜儀器分類(lèi)測(cè)斜原理測(cè)斜原理液面原理液面原理1. 液面是水平的。井眼軸顯示傾液面是水平的。井眼軸顯示傾斜的。液面與井眼軸線(xiàn)的法面的斜的。液面與井眼軸線(xiàn)的法面的交角，即為井眼井斜角。交角，即為井眼井斜角。2. 氟氫酸測(cè)斜儀就是這個(gè)原理。氟氫酸測(cè)斜儀就是這個(gè)原理。3. 虹吸測(cè)斜儀也是應(yīng)用此原理。虹吸測(cè)斜儀也是應(yīng)用此原理。測(cè)斜原理測(cè)斜原理液面原理液面原理 HF液面原理測(cè)斜定向液面原理測(cè)斜定向： 齒刀上的齒尖所指方位，標(biāo)志著造斜工具的工具面方位。 測(cè)量時(shí)儀器最下面的鉛模壓在定向齒刀上，留下齒刀的

2、印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位； 同時(shí)，氟氫酸液瓶的液面傾斜方位代表著井斜方位。于是知道了工具面方位與井斜方位的關(guān)系。 需在下鉆前在裸眼內(nèi)測(cè)得井斜方位； 測(cè)斜原理測(cè)斜原理重力原理重力原理1.重錘羅盤(pán)照相重錘羅盤(pán)照相 井斜角的定義就是：重力方井斜角的定義就是：重力方向與井眼方向之間的夾角。向與井眼方向之間的夾角。所以可以利用重力原理測(cè)量所以可以利用重力原理測(cè)量井斜角。井斜角。 懸掛的重錘，總是指向重力懸掛的重錘，總是指向重力方向；方向； 羅盤(pán)面上刻有許多同心圓，羅盤(pán)面上刻有許多同心圓，代表不同的角度。代表不同的角度。 對(duì)著羅盤(pán)照相，對(duì)著羅盤(pán)照相，“十十”字標(biāo)字標(biāo)記投影到羅盤(pán)面上，可以讀記投

3、影到羅盤(pán)面上，可以讀到井斜角值。到井斜角值。 重錘懸掛長(zhǎng)度越長(zhǎng)，測(cè)量范重錘懸掛長(zhǎng)度越長(zhǎng)，測(cè)量范圍就越??；圍就越??； 巧妙設(shè)計(jì)，可測(cè)巧妙設(shè)計(jì)，可測(cè)900甚至甚至1200井斜角。井斜角。LRtg1測(cè)斜原理測(cè)斜原理重力原理重力原理重錘打孔測(cè)井斜重錘打孔測(cè)井斜重錘帶尖；重錘帶尖；時(shí)鐘控制；時(shí)鐘控制；到時(shí)間后，到時(shí)間后，由時(shí)鐘控制由時(shí)鐘控制驅(qū)動(dòng)彈簧，驅(qū)動(dòng)彈簧，推動(dòng)打孔紙推動(dòng)打孔紙板撞向重錘板撞向重錘的尖部，從的尖部，從而打孔。而打孔。由孔眼位置由孔眼位置可讀井斜角。可讀井斜角。測(cè)斜原理測(cè)斜原理重力原理重力原理3.重力加速度計(jì)重力加速度計(jì) 原理：原理： 重力元在重力作用下要重力元在重力作用下要發(fā)生位移，引

4、起電容傳發(fā)生位移，引起電容傳感器的電容發(fā)生變化，感器的電容發(fā)生變化，此變化信號(hào)通過(guò)放大以此變化信號(hào)通過(guò)放大以后，使線(xiàn)圈產(chǎn)生一定的后，使線(xiàn)圈產(chǎn)生一定的電流，該電流產(chǎn)生磁力電流，該電流產(chǎn)生磁力使重力元復(fù)位。使重力元復(fù)位。 重力元位移大小，反映重力元位移大小，反映在線(xiàn)圈給出的電壓大小。在線(xiàn)圈給出的電壓大小。 重力元的位移大小與重重力元的位移大小與重力元在空間的狀態(tài)有關(guān)。力元在空間的狀態(tài)有關(guān)。測(cè)斜原理測(cè)斜原理重力原理重力原理3.重力加速度計(jì)重力加速度計(jì) 重力元的空間狀態(tài)：重力元的空間狀態(tài)： 水平狀態(tài)，重力方向與位移方向一致，位移最大； 垂直狀態(tài)，重力方向與位移方向垂直，位移為零； 傾斜狀態(tài)，重力方向與

5、位移方向有一定夾角，位移與角度sin成正比。測(cè)斜原理測(cè)斜原理重力原理重力原理3.重力加速度計(jì)重力加速度計(jì) 重力加速度計(jì)的布重力加速度計(jì)的布置置 在測(cè)斜儀器中，在X，Y，Z三個(gè)方向上，各裝一個(gè)重力加速度計(jì)，則三個(gè)重力加速度計(jì)的測(cè)值是不同的。通過(guò)計(jì)算，可以算出重力方向與儀器軸線(xiàn)的夾角即井斜角的大小。測(cè)方位原理測(cè)方位原理磁北原理磁北原理磁北原理磁北原理 地球有個(gè)磁場(chǎng)，地球地球有個(gè)磁場(chǎng)，地球上任一點(diǎn)都受到磁場(chǎng)上任一點(diǎn)都受到磁場(chǎng)的作用，該點(diǎn)的磁力的作用，該點(diǎn)的磁力線(xiàn)方向（即磁北方向）線(xiàn)方向（即磁北方向）在一段時(shí)間內(nèi)基本上在一段時(shí)間內(nèi)基本上是不變的。測(cè)的磁力是不變的。測(cè)的磁力線(xiàn)方向與井眼方位線(xiàn)線(xiàn)方向與井眼

6、方位線(xiàn)的夾角，即是井斜方的夾角，即是井斜方位角。位角。測(cè)方位原理測(cè)方位原理重力原理重力原理1.磁羅盤(pán)磁羅盤(pán) 磁羅盤(pán)是中華民族的偉大發(fā)明。 磁羅盤(pán)始終處于水平位置，并可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，羅盤(pán)始終指出磁北極的方向。 與重錘羅盤(pán)和為一體，在測(cè)得井斜角的同時(shí)，也測(cè)出井斜方位角。測(cè)方位原理測(cè)方位原理磁北原理磁北原理1.磁羅盤(pán)磁羅盤(pán) 如果羅盤(pán)盤(pán)面上的方位標(biāo)志，與地理方位相同，則“十十”字標(biāo)字標(biāo)記落在低邊方位線(xiàn)上記落在低邊方位線(xiàn)上。而井斜角是高邊方位井斜角是高邊方位線(xiàn)與正北方位線(xiàn)的夾線(xiàn)與正北方位線(xiàn)的夾角角。所以羅盤(pán)面上的讀值與實(shí)際井斜方位相差1800。 為了叢羅盤(pán)盤(pán)面上直接讀出井斜方位，需要將將N和和S位置互換，位

7、置互換，E和和W位置互換位置互換。羅盤(pán)面方位與地理方位相反的情況羅盤(pán)面方位與地理方位相反的情況測(cè)方位原理測(cè)方位原理磁北原理磁北原理2.磁通門(mén)磁通門(mén) 磁通門(mén)結(jié)構(gòu)：磁通門(mén)結(jié)構(gòu)： 鐵心上繞著兩級(jí)線(xiàn)圈。 初級(jí)線(xiàn)圈，先正向纏繞，然后又反向纏繞。線(xiàn)圈內(nèi)通交流電，不管電流大小和變化如何，線(xiàn)圈感應(yīng)的磁場(chǎng)互相抵消為零。 次級(jí)線(xiàn)圈，僅一個(gè)方向纏繞，且不通電。在沒(méi)有地球磁場(chǎng)情況下，也不會(huì)感應(yīng)電流。 在地球磁場(chǎng)影響下，會(huì)感應(yīng)出電流來(lái)。感應(yīng)的電壓大小與該點(diǎn)處地球磁場(chǎng)強(qiáng)度大小有關(guān)，與通過(guò)磁通門(mén)的磁通量多少有關(guān)。測(cè)方位原理測(cè)方位原理磁北原理磁北原理2.磁通門(mén)磁通門(mén) 磁通門(mén)狀態(tài)磁通門(mén)狀態(tài) 磁通門(mén)與磁力線(xiàn)方向的關(guān)系狀態(tài)不同，通

8、過(guò)的磁通量多少就不同。 磁通門(mén)的布置磁通門(mén)的布置 磁通門(mén)在儀器中的三個(gè)坐標(biāo)方向布置，根據(jù)三個(gè)磁通門(mén)測(cè)得的磁通量的值，可以算出磁北方向與井眼方位的夾角，即井斜方位角。測(cè)測(cè)方位方位原理原理磁北原理磁北原理2.磁通門(mén)磁通門(mén)井斜方位角計(jì)算井斜方位角計(jì)算 第三種計(jì)算方法：第三種計(jì)算方法： 根據(jù)根據(jù)X、Y、Z三個(gè)方向上的三個(gè)方向上的三個(gè)重力加速度計(jì)的測(cè)值三個(gè)重力加速度計(jì)的測(cè)值（分別為：（分別為：GX、GY、GZ ）可）可以求得以求得X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸三個(gè)坐標(biāo)軸的正方向與重力線(xiàn)方向的三的正方向與重力線(xiàn)方向的三個(gè)夾角個(gè)夾角x、 y 、z 。 由于三個(gè)加速度計(jì)的安置方由于三個(gè)加速度計(jì)的安置方向與三個(gè)磁通門(mén)的安

9、置方向向與三個(gè)磁通門(mén)的安置方向完全相同，所以，三個(gè)磁通完全相同，所以，三個(gè)磁通門(mén)的正方向與重力線(xiàn)的夾角門(mén)的正方向與重力線(xiàn)的夾角也等于：也等于： x、 y 、z 。測(cè)方位原理測(cè)方位原理陀螺原理陀螺原理 陀螺儀結(jié)構(gòu)及原理： 高速旋轉(zhuǎn)的陀螺儀具有定向性(定軸性)。加上內(nèi)外框架，構(gòu)成“萬(wàn)向機(jī)架”。只要陀螺軸的方向不變，只要陀螺軸的方向不變，與外框架構(gòu)成一體的羅盤(pán)與外框架構(gòu)成一體的羅盤(pán)的方向也就不變。的方向也就不變。 在陀螺儀啟動(dòng)時(shí)，人為地使陀螺軸指向地理正北(不是磁北)，就可保證羅盤(pán)的N極始終指向地理正北。 如此即可以陀螺羅盤(pán)的正北作為參照方向，測(cè)量井斜方位。測(cè)方位原理測(cè)方位原理陀螺原理陀螺原理 陀螺

10、進(jìn)動(dòng)原理各種方法精度對(duì)比各種方法精度對(duì)比儀器每10000英尺測(cè)深的位移誤差儀器外徑使用的局限性磁性?xún)x器200英尺2.25英寸磁干擾及磁場(chǎng)變化自由陀螺100英尺23英寸進(jìn)動(dòng)漂移找北陀螺2030英尺1.753英寸慣性導(dǎo)航1英尺10.6英寸直徑太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜MWD原理簡(jiǎn)介原理簡(jiǎn)介組成組成 MWD(隨鉆測(cè)量系統(tǒng)) 開(kāi)始出現(xiàn)隨鉆測(cè)斜SWD(Survey While Drilling)； 后來(lái)出現(xiàn)隨鉆測(cè)量MWD(Measurement While Drilling)； 可測(cè)內(nèi)容：井斜參數(shù)(井斜角、井斜方位角)；定向參數(shù)(工具面角)；地層參數(shù)(電阻、伽碼等)；工藝參數(shù)(鉆壓、轉(zhuǎn)速等)；泥漿參數(shù)(井溫、壓力等

11、)； MWD三大組成部分： 井下測(cè)量部分：各種參數(shù)的傳感器、輸出測(cè)量信號(hào)等； 信號(hào)傳輸部分：編碼器、傳送部分、動(dòng)力部分； 地面接收部分：譯碼器、計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)、打印等； 三部分中，難度最大的時(shí)傳輸部分。MWD原理簡(jiǎn)介原理簡(jiǎn)介電纜傳輸法電纜傳輸法 電纜傳輸法的優(yōu)點(diǎn)： 信息傳輸效率高，速度快，信息量大，可進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸； 不需要井下電源，地面電源通過(guò)電纜傳導(dǎo)井下； 可以雙向通信，形成閉環(huán)控制； 不存在信息衰減問(wèn)題，沒(méi)有井深限制； 1. 電纜鉆桿：電纜鉆桿： 特制的鉆桿，電纜埋在鉆桿壁里。特殊接頭，不僅可連接鉆桿，還可連接電纜。 缺點(diǎn)：電纜鉆桿制作太復(fù)雜； 2. 有線(xiàn)隨鉆：有線(xiàn)隨鉆： 儀器和電纜從測(cè)

12、入接頭進(jìn)入鉆桿水眼，并下入到井下。缺點(diǎn)： 下入后不能接單跟； 無(wú)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)； 電纜容易磨損；等等MWD原理簡(jiǎn)介原理簡(jiǎn)介電磁波及聲波傳輸法電磁波及聲波傳輸法 電磁波傳輸法：電磁波傳輸法： 電磁波可以傳輸電視、廣播、電報(bào)等等，原理上可以傳輸井下測(cè)量信號(hào)，實(shí)際上困難很大； 主要問(wèn)題是：傳播介質(zhì)是井內(nèi)泥漿和地層巖石，信號(hào)衰減太厲害； 至今未見(jiàn)應(yīng)用； 聲波傳輸法：聲波傳輸法： 地面制造地震波，傳導(dǎo)井下后在反射回到地面，接受后可以得到地層信息，原理上也可以將井下測(cè)量信息傳導(dǎo)地面上。 但是實(shí)際上困難很大，主要問(wèn)題也是信號(hào)衰減嚴(yán)重，受到的干擾太多。 現(xiàn)在還在研究中。MWD原理簡(jiǎn)介原理簡(jiǎn)介泥漿壓力脈沖傳輸法泥漿壓力脈沖傳輸法鉆柱內(nèi)外都有泥漿，泥漿有壓力，在井下制造一個(gè)壓力脈沖，通過(guò)鉆柱內(nèi)的泥漿傳導(dǎo)地面上。在立管上可以接受到此壓力波。傳播速度14001500米/秒。正脈沖：正脈沖：平時(shí)凡爾打開(kāi)，立管壓力正常，凡爾被堵時(shí)壓力突然增高，發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。壓力增高代表“1”；壓力不增高代表“0”。負(fù)脈沖：負(fù)脈沖：平時(shí)凡爾賭注，立管壓力正常，凡爾打開(kāi)時(shí)將井內(nèi)與環(huán)空連通，相當(dāng)于循環(huán)短路，壓力突然降低，發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。主要缺點(diǎn)：