定向井轨迹测量仪器及测量原理

第四章定向井轨迹测量仪器及测量原理

4.1 定向井轨迹测量仪器的种类

定向井轨迹轨迹测量仪器包括：

.MWD无缆随钻测量仪

.SST 有缆随钻测量仪

.ESI电子多点

.BOSS电子陀螺仪

.SRO电子陀螺仪

.Single-Shot单点测斜仪

4.2 定向井轨迹测量仪器的基本原理

下面分别介绍各主要测斜仪器的基本结构和原理

4.2.1 Measurement-While-Drilling(MWD)

MWD(Measurement While Drilling)无缆随钻测斜仪作为当今钻井作业中的五大高新技术之一，于八十年代后期在国际上广泛应用于定向井作业中。

以Sperry-Sun MWDO 为例，其基本原理是：利用重力加速度计做倾角传感器，用磁通门做方位参数传感器，用集成电路温度传感器提供井下温度参数。MWD测量仪器井下部分，在入井之前，预先按定向井工程师对所采集测量数据的要求，进行特定的模式设置，然后将其随钻具组合一并下入井内，由泥浆流动作其动力源，测量信号的输出由泥浆的脉冲波动来完成。在地面井口处安装脉冲信号接收装置--压电感应器，压力感应器将泥浆脉冲信号输进地面计算机，再由计算机对此信号进行处理，并将处理过的信息送至钻台上的司钻读数器及操作间内的操作终端，加以显示、输出，其所输出的测量结果是定向工程师可直接采用的倾角、方位、工具面值，到此完成整个测量过程。能保证此套仪器工作所需的泥浆排量为220-1200GPM，完成一组数据的传送时间为：长测量模式下：4.2分钟，短测量模式下：2.3分钟，工具面：18秒钟。

MWD的最大特点是，信号传输以泥浆脉冲形式，不需要电缆。无论井下马达钻进还是转盘钻进，都可以随钻测量。

MWD的主要技术性能：

测量精度：方位±1.5°(0-360°)

井斜±0.2°(-=189°)

工具面±2.5°(0-360°)

温度±3°

最高工作温度： 257°F(125℃)

最大压力： 15000PSI

4.2.2 SST(Survey Steering Tool)

SST的工作原理大致为：钻具组合中，弯接头上部接定向接头，弯接头与定向接头连接完毕后在定向接头内坐入斜口管鞋，并调整对准斜口管鞋键与弯接头刻线方向，到此井下部分准备完毕，下钻到测量点。地面设备在调整、连接完毕后，由电缆绞车通过悬挂在钻台上的天、地两滑轮将仪器探管通过循环头或旁通头(电缆入井的两种送入方式)送入井下，地面仪器监测定向键是否坐入斜口管鞋键内，坐入后，仪器便开始正常工作，提供工具面，倾角、方位等测量值，直至完成整个测量工作。

由于SST的信号传递需通过电缆，因此，它只能用于定向造斜或纠方位时的井迹监测。而不能象MWD一样能随钻于转盘钻进。

Sperry-Sun的SST的主要技术参数：

测量精度：方位±2°

倾角±0.5°

高边工具面±2°

磁性工具面±2°

最高工作温度： 257°F(125℃)

仪器保护筒尺寸:直径：1-3/4”

长度：9英尺

挤碎压力： 15000PSI

4.2.3 ESI(Electron Survey Instrument)介绍

ESI系统在裸眼井(钻杆中)测量的精度与高精度陀螺仪在套管中测量的精度相同。在下套管前，ESI给你确定的测量，对钻具的磁干扰进行修正，同时帮助进行定向井轨迹修正。测量数据包括：时间、深度、垂直深度、井斜、方位、修正方位、重力高边、地磁倾角、地磁场强度、探管温度、三个加速度计和三个磁通门分别测量的原始数据。

下面是Sperry-Sun的ESI系统技术指标

操作压力：13848PSI

操作温度：0～125℃

温度精度：±3℃

方位精度：±0.1°

井斜：±0.1°

地磁场强度±0.2微特斯拉

地磁倾角：±0.2°

测量间隔：10～600秒

延长时间：10～9999秒

抗压管长：12英尺

抗压管直径：1-3/4”

4.2.4 BOSS电子陀螺仪

BOSS(Borehole On-Line Survey System)陀螺是一种快速、准确的井眼轨迹测量仪，其可按用户的要求以任意的测量间距对已完成的裸眼井下入套管后的井进行轨迹测量。由于BOSS 陀螺测量过程中的任何时候，按用户的要求对不同的井段进行加密测量，同时在测量过程中不受磁性干扰，测量数据精确。

下面是Sperry-Sun的BOSS陀螺系统规范

探管工作温度：14～257°F(-10°～125℃)

机架： 32～95°F(0°～35℃)

电缆要求： 20000FT单芯电缆(3.5Ω/1000Ft)

最大起下速度：200Ft/min(60M/min)

常规起下速度：160Ft/min(50M/min)

电源要求： 110～135VAC，50～60HZ

测斜范围：倾角0～70°

方位0～360°

测斜精度：倾角±0.1°

方位F±0.5°

最大井下压力：11850PSI(考虑安全因素)

14813PSI(挤碎压力)

运行时间： 32767秒=9小时6分7秒

每次测量间距：<300英尺与5°狗腿

4.2.5 SRO电子陀螺仪

SRO(Survey Recording Orientor)电子陀螺仪是一种不受外来磁场影响的定向井轨迹测量仪器。由于它不受外来磁场干扰，因此它最适合套管开窗侧钻、丛式井中有邻井磁干扰时的定向作业。SRO还可与各尺寸的井眼及其它专门测斜要求配套，还能在任何井段获得定向井测斜数据以提供任何一部分的仔细研究。

下面是Sperry-SRO系统规范

工作温度： -20～257°F

额定压力： 15000PSI

井斜测量范围：0～70°

抗压管外径： 1-3/4”

漂移情况：

A：0度倾角，方位0度北，5分钟漂移±0.5°

B：45°倾角，方位304°北，5分钟漂移±1°

C：45°倾角，方位54°，5分钟漂移±1°

D：0～10°陀螺方位=参考方位

E：10～70°陀螺方位=参考方位-井眼方位

4.2.6 Single-Shot 单点测斜仪

单点测斜仪是最简单的一种，它利用罗盘和照相原理。单点的测量精度比较高。