定向井测量技术

（2）测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制，特别是下井仪 器的径向尺寸必须能够下入套管和钻具内，而且不会因仪器 的下入而影响泥浆的流动或产生过大的泥浆压降。
（3）下井仪器受到地层和泥浆的高压，仪器的保护筒和密封件必 须能够承受这种高压，而且还应具备一定的安全系数。
§7-1 概述
2、钻井过程中测量的特点
主要由井斜刻度盘、罗盘、十字摆 锤、照明和照相系统组成。罗盘的S 极始终指北。
§7-2 电磁测斜仪的结构及原理
1、结构
主要由加速度计、磁通门、模拟数字转换、数据采集或传输、 数据处理、数据显示、抗压筒和减振器等环节组成 。
探管是测斜仪重要组成之一，可划分为测量头和电子柱两部 分。测量头有引入工具面基准的T形槽头和安装传感器的台体。 台体上安装3个加速度计和3个磁通门。利用6个传感器的输出 计算钻井所需的方向参数。
应
超深定向井、大斜度井、水平井或海洋 定向
钻井
测斜
配 合 使
精度要求较高的定向井、无邻井磁干扰 的丛式井、大斜度井、水平井，或海洋 钻井
定向 测斜
用
用 范
照相单、多点陀螺测 斜仪
已下套管的井眼中测斜，或在丛式井、 套管开窗井
定向
围
已下套管的井眼中
测斜
电子陀螺测斜仪
丛式井、套管开窗井
定向
磁罗盘照相测斜仪的结构和工作原理
磁工具面角（MTF）：磁北极与ｙ轴夹角。
MTFarctanH(x ) Hy
工具面 0°
定向减震接头
工 具 面
270°
工 具 面 90°
工具面 180°
引鞋体
§7-2 电磁测斜仪
3、数据处理
(3)方位角：在水平面上从北极按顺时针旋转到ｚ轴的夹角。
§7-2 电磁测斜仪
2、测量元件
(1)加速度计：将输入速度变成与之对应的电压（或电流）或脉
冲频率的传感器 磁悬浮加速度计： 结构：由敏感头和伺服电路组成。 工作原理： 优点：抗冲击能力较强、结构简单、精度适中。
重力加速度计
重力加速度计的布置
✓ 在X，Y，Z三个方向上各装 一个重力加速度计，则三个 重力加速度计的测值是不同 的。通过计算，可以算出重 力方向与仪器轴线的夹角即 井斜角的大小。
仪│
│
│
└─电子多点测斜仪
器│
┌─Φ60 mm 外径多点陀螺测斜仪
│
┌─照相陀螺测斜仪───┼─Φ35 mm 外径单点陀螺测斜仪
│
│
└─Φ35 mm 外径多点陀螺测斜仪
└─陀螺类─ ┤
┌─地面记录定向陀螺测斜仪
└─电子陀螺测斜仪 ──┼─框架式电子陀螺测斜仪
└─速率积分电子陀螺测斜仪
§7-1 概述
§7-2 电磁测斜仪
3、数据处理
(1)井斜角：在铅垂面内的直三角形 中，井斜角是从铅垂线到Ｚ轴 （仪器轴）的夹角。
arctangx2 g2y
gz
§7-2 电磁测斜仪
3、数据处理
(2)工具面角 重力工具面角（GTF）：沿井眼向下看时， 由重力矢量所确定的高边和y轴（工具面基 准轴）之间的夹角。
GTFarctang(x ) gy
（4）地温随着井深变化，要求下井仪器具有良好的抗高温性能。 常温（常规仪器）：耐温125℃ 以下； 高温仪器：耐温182℃ 以下。
（5）某些仪器在使用过程中要承受冲击 （如单多点测斜仪的投 测）、钻具转动（如转盘钻进的 MWD 仪器）、钻头和钻具 在钻进过程中的振动（如MWD 和有线随钻测斜仪）等。
本章内容
§7-1 定向井测量概述 §7-2 电磁测斜仪的结构及原理 §7-3 有线随钻测斜仪 §7-4 无线随钻测斜仪(MWD) §7-5 陀螺测斜仪*
§7-1 定向井测量概述
从物理意义上讲，测量井下钻具的工具面角为井下钻具 定向，或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。
石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门 的工具和仪器，采取间接测量的方法来完成。
§7-1 概述
3、测量仪器分类和应用范围
┌─Φ35 mm 外径测斜仪（常规）
┌─罗盘单点照相测斜仪─┤
│
└─Φ25 mm 外径测斜仪（高温）
┌─罗盘类─ ┤
│
│
┌─Φ35 mm 外径测斜仪（常规）
│
└─罗盘多点照相测斜仪─┤
测│
└─Φ25 mm 外径测斜仪（高温）
│
┌─有线随钻测斜仪
量│
│
┼─电磁类─ ┼─无线随钻测斜仪 （ 定向 MWD、带地质参数 MWD）
（3）借助天体坐标系测量方位角或磁性工具面；测量元件为陀螺 仪。陀螺仪为惯性测量仪器，不以地球上任何一点为基准， 下井之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定
（注：新型陀螺仪自动找北，不必地面标定）。
§7-1 概述
2、钻井过程中测量的特点
（1）必须借助专用工具和仪器进行间接测量。根据测量仪器的数 据记录和传输方式不同，钻井测量分为实时测量和事后测量。
§7-1 概述
1、钻井过程中测量的方法、媒介和基准
（1）借助重力场测量井斜角或高边工具面；测量元件为测角器、 罗盘重锤或重力加速度计等；测量基准是铅垂线。
（2）借助地磁场测量方位角或磁性工具面；测量元件为罗盘或磁 通门等；测量基准是磁性北极，磁性仪器测量的方位角数据 必须根据当地的磁偏角修正成真北极（地理北极）的数据。
仪器类型
应用范围
备注
3、
测 量
磁罗盘单、多点照相 测斜仪
普通定向井，无邻井磁干扰的丛式井。 Φ35mm 外径：适应温度<125℃井眼； Φ25mm 外径：适应温度<182℃井眼
定向 测斜
与 无
仪
有线随钻测斜仪
器
较深的定向井、无邻井磁干扰的丛式井 或大斜度井、水平井
定向
磁 钻
铤
分
无线随钻测斜仪
类
和
电子多点测斜仪
§7-2 电磁测斜仪
2、测量元件
(2)磁通门：又称磁通计，将输入磁通转换成与之对应电压的传感
器。由一对带骨架的绕组和外壳所组成。在骨架内孔放置导磁 率高、饱和磁感应强度小、磁滞回线窄的磁性材料——磁芯。
磁通门
磁通门的布置 ✓ 沿仪器的三个坐标轴 方向布置，根据三个 磁通门测得的磁通量 的值，可以算出磁北 方向与井眼方位的夹 角，即井斜方位角。
§7-2 电磁测斜仪
探管座标系及传感器的配置
INC, AZ, TF的定义
Baidu Nhomakorabea
§7-2 电磁测斜仪
3、数据处理
传感器输出的原始测量数据
3个加速度计：ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ 3个磁通门：Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ
测斜仪输出的计算参数： 井眼参数：井斜角α、方位角Φ； 工具面参数：重力工具面角GTF、磁性工具面角MTF。