定向井技术分公司仪器讲座

三、有线随钻仪器
三、有线随钻测量仪器
有线随钻测斜仪是一种磁性测斜仪 , 它可在钻 井施工中实时地测量井斜角、方位角、工具面角钻 井工程参数以及温度、总磁场、总加速度、磁倾角
、电压等辅助参数，这些数据是通过铠装电缆传送
的地面设备。这种仪器的最大弱点是在随钻过程中 只能进行滑动钻进，不能进行旋转钻进。
准。框架在转动机构驱动下可
绕旋转轴在0-180°范围内旋转。 定位装置保证框架旋转到0°和 180°二个位置上锁紧定位。
四、陀螺测量仪器
• 三只石英挠性加速度表敏感轴（输入轴）组成的正交坐标系OXaYaZa同探头坐标O-XYZ对准。
• 挠性陀螺敏感轴Xg,Yg分别同探头坐标系X,Y轴对准，转子轴Zg
框架式陀螺仪的原理模型
和方位。
四、陀螺测量仪器
陀螺仪的三性：
定轴性：当陀螺转子高速旋转,具有较大动量矩H时，
如果转子不复外力矩的作用,转子轴相对惯性空间不变。 进动性：外力矩沿内框轴作用，转子轴绕外框轴转动。 若外力矩沿外框轴的作用，转子轴则绕内框轴转动。 章动性：当转子受到冲击力矩作用时，转子轴则绕其
在没有磁干扰的情况下BTOTAL值应在当地磁场强度的±5%范围内。
五、无线随钻MWD仪器
（三）无线随钻测斜仪系统工作流程: 探管将其测量得到的井眼轨迹数据按照一定的编码方
式传给脉冲发生器，由泥浆脉冲发生器将信通过压力脉冲
信号传输的地面，井架立管上的压力传感器将感应到压力 脉冲信号传给地面主机进行解码，最终显示出井眼轨迹数 据。 探管（测量数据）→脉冲发生器（传输数据）→压力 传感器（接收数据） →地面主机（解码并显示数据）
二、电子单多点仪器
电子单多点探管的型号、参数：
型 寸： SQDD01(T型头) Φ32×260mm 适用于大径仪器 SQDD01-1(半圆头) Φ27×260mm 适用于小径或高温仪器 井 斜 角 误 差： ±0.2°(井斜< 120°) 方 位 角 误 差： ±1.5°(井斜≥5° ) 重力工具面误差： ±1.5°(井斜≥5° ) 磁性工具面误差： ±1.5°(井斜< 5° ) 工作 环境 温度： -10℃～125℃ （加保温瓶可达250℃） 探 管 重 量： 255g 工 作 井 斜： 0º ～120° 探管数据存储量： 1818组数据 号 尺
电子单多点探管测量原理 在地球的某一位置，其磁场及重力加速度在一段时期内 非常稳定（地震时除外），电子单多点测斜仪探管内装有相 互垂直的三个加速度传感器及三个磁场传感器。由三个相互
垂直的加速度传感器，可准确地计算出仪器的倾斜角（即井
底井斜）。由三个加速度传感器及三个磁场传感器可准确地 计算出仪器倾斜的磁方位角（即井底方位角）。还可以计算 出井底钻具的工具面角。把所测得数据传送到工控机即可显 示出来，从而达到测量井眼轨迹的目的。
的供电系统的控制，实
现 LWD工作方式时井下 仪器系统的双电源供电。
五、无线随钻MWD仪器
探管的电路设计及框图
定向探管主要由：电路部分、传感器、探管骨架、保护筒组成。
探管电路设计主要包括：电源/驱动板设计、MCU/信号处理板设计。对于各电子
电路设计，要求进行高温和抗振性能设计，并分别进行单项实验。 传感器由三个重力加速度计（Gx、Gy、Gz），三个磁通门（Bx、By、Bz），一
个温度传感器（Temp）和发电机转速传感器RPM（用计数器测量转速）构成。
五、无线随钻MWD仪器
定向探管示意图
定向探管是MWD仪器的关键组成部分，其性能的好坏，直
接影响到整套仪器的综合指标。
● ● ●
具有两种随钻工作模式： MWD模式、LWD模式 具有地面模拟测试功能
具有实验室校准和测试的功能
三、有线随钻测量仪器
定向井测量仪器 介绍
定向井技术服务分公司
二○一二年十二月
介 绍 内 容
一、概述
二、电子单多点仪器
三、有线随钻仪器
四、陀螺仪器介绍 五、无线随钻MWD仪器 六、无线随钻LWD仪器 七、旋转导向简介
一、概
述
一、概 述
定向井测量技术是指采用特殊仪器装置在钻井过程中测量井
深参数、工程参数和地质参数的测量技术。
五、无线随钻MWD仪器
（一）随钻仪器MWD的基本构成
MWD
工作房
地面接收系统
脉冲发生器
五、无线随钻MWD仪器
地 面 仪 器
专用对讲机
专用对讲机
辅助设备 地面数据 处理系统
司钻读出器 压力传感器
防 爆 箱
接
口
箱
井 下 仪 器
脉冲发生器
井下探管
五、无线随钻MWD仪器
MWD地面仪器和井下仪器实物图
五、无线随钻MWD仪器
倾角等参数，利用这些参数可以实现定向、扭方位、预防井碰等； 在中途起钻或完井起钻时可以投多点，测得部分井段或全井段的井 斜、方位、参数，利用这些数据可以校对单点数据，可以检验全井 井身质量。
二、电子单多点仪器
电子单多点测斜仪主
要由有以下几部分组成： 1、电子单多点探管 2、数据处理连接线 3、单多点数据处理仪 4、处理软件 5、外筒总成
扰的环境中使用，如套管、钻铤等有磁材料中使用。
二、电子单多点仪器
二、电子单多点仪器
电子单多点测斜仪是目前我国石油定向钻井工程中使用最普遍 的一种仪器，大小井眼均可使用，是现场定向人员及工程监督部门 控制井眼轨迹、检验完井井身质量必不可少的工具。在正常钻井的
过程中可以当单点使用，测得不同井深的井斜、方位、工具面、磁
利用仪器上装置的惯性仪表（陀螺仪和
加速度表）测量测点的地球自转角度速度和重
力加速度分量，计算出测点井斜及方位角，同
时给出测点的地理位置坐标。因此挠性陀螺具
有自动寻北功能。
四、陀螺测量仪器
陀螺测斜仪的组成结构
• 探头壳体内安装旋转框架（下 简称“框架”）框架上安装三 只石英加速度表和一只挠性陀 螺仪。 • 框架旋转轴和探ห้องสมุดไป่ตู้壳体纵轴对
五、无线随钻MWD仪器
常见的编码方式有三种 1、二进制编码方式：优点是简单可靠，对井队的循
二、电子单多点仪器
电子单多点测斜仪的分类： • 按井眼大小不同可分成大径和小径仪器 大径仪器外筒Φ45 小径仪器外筒Φ35 主机为Φ32。 主机为Φ27 ；
• 按井下的温度、压力不同可分成
常温型仪器（125℃）
高温型仪器（150℃）
一般井越深温度、压力越高，就要选用高温高压型仪器。
二、电子单多点仪器
定向井测量仪器的种类：
单多点测量仪器：照相式、电子式、自浮式单点。 陀螺测量仪器。 有线随钻测量仪器。 无线随钻测量仪器。
一、概 述
按照仪器的测量原理来分：可分为磁性测量仪器与陀螺测
量仪器。 磁性测量仪器：以地球的磁场强度及磁力线分布为测量依 据，测出的井眼方位是以磁北为基准。我们通常所用的电子单 多点、MWD、LWD等都是磁性测量仪器。
陀螺测量仪器是利用高速旋转的陀螺的定轴性原理，通常
在井口以地理北极（真北）确定陀螺的原始基准；后来发展出 的自寻北陀螺是陀螺测量出地球不同纬度的角速度来自动使基 准轴对准地理北极。
一、概 述
磁性测量仪器的特点及使用环境： 抗振动性好，但需要在没有磁干扰的环境中使用。 陀螺测量仪器的特点及使用环境： 抗振动性能差，不能做成随钻仪器，但它可以在有磁干
三、有线随钻测量仪器
几个基本定义： 1、井眼倾角：在井眼曲线上的某一深度，其井轴切线方向与铅垂线方向之间的 夹角就叫做那个深度的井眼倾角，也叫井斜角或井斜。 2、井眼磁方位角：在井眼曲线上的某一深度，其轴线方向的水平分量与地磁子
午线之间的夹角称这个深度的井眼磁方位角。
3、井眼真方位角：在井眼曲线上的某一深度，其轴线方向的水平分量与地理子 午线之间的夹角称这个深度的井眼真方位角。 4、高边：在井眼曲线上的某一深度，当铅垂线穿过井轴时，铅垂线进入的那边 叫做重力高边，铅垂线穿出井轴的那边叫做重力低边。 5、工具面：由弯接头构成的平面称为工具面。 6、高边工具面角：由弯接头构成的平面与铅垂线之间的夹角称为高边工具面角 以重力高边为0°，顺时针方向为正。 7、磁性工具面角：由弯接头构成的平面在水平面上的投影与地磁子午线之间的 夹角称为磁性工具面角。
三、有线随钻测量仪器
循环头的组成及作用：
循环头由循环头主体、
液压缸及铁补芯、胶补芯、
联锁座等组成。主要作用是
定向钻进时，仪器能够通过 并进入钻杆内且能打压密封 后开泵循环泥浆。
四、陀螺仪器介绍
四、陀螺测量仪器
陀螺现象
任何旋转的物体都有 保持其旋转轴在空间指向 不变的特性，称为陀螺现
象。
具有高速旋转的转子 和二个框架组成框架陀螺 仪称为自由陀螺，其基本 功能是指示载体运动角度
同探头纵轴Z对准。 • 石英挠性加速度表和挠性陀螺仪的输出信息经电缆传送到地面
计算机用以计算机井眼的方位角、倾斜角和工具面角。并利用
缆绳长度计算油井的地理坐标。 • 电路板上装有加速度表，陀螺仪的力矩反馈电路和数据采集电
路。
四、陀螺测量仪器
陀螺测斜仪的主要用途
套管开窗侧钻 丛式井开发 老井复测
五、无线随钻MWD仪器
井斜角是由三个正交安装的重力加速度计测量的。
方位角是由三个正交安装的重力加速度计和三个正交安
装的磁阻传感器（磁通门）共同测量完成的。
三、有线随钻测量仪器
加速度计的分类：
1、磁悬浮式：抗振性能好，准确度较低；
2、石英晶体式：准确度高，抗振性能差； 3、微电子式：价格便宜，抗振性能最好，但准确度最低，需要用大 量的校准数据进行补偿。。
该点的测深。
6、起钻完成后取出探管，观察探管的指示灯情况，关掉探管开关。
二、电子单多点仪器
电子单多点仪器外筒组装时的注意事项：
•使用时各连接丝扣要涂抹黄油。
•丝扣不好进时，要检查原因不要硬拧。
•紧丝扣一定要用专用摩擦管钳。 •发现外筒有涨口或开裂现象应停止使用。
•保温瓶是双层真空装置严禁磕碰。
•按装保温瓶时一定不能挂反。 •普通型和高温型密封铜接头与外保护筒丝扣不能互换。 •使用仪器一定要检查减震胶棒好坏，不能漏装。
二、电子单多点仪器
电子单多点测斜仪的操作要点
1、跟据井眼大小、井下温度、井下压力等参数合理选择合适规格型号的仪
器。 2、入井前要对探管进行设置，主要目的是设置延迟时间和测量间隔，同时 要清空探管中以前的测量数据，避免和新的测量数据混淆。 3、探管装入保护筒前一定要和地面计时秒表同时启动，因为时间是确定井 深的唯一参照。 4、投测仪器时一定要投到钻杆内,切不可大意投到环空中。注意观察秒表, 剩两分钟时，要求司钻把钻具放到井底并静止。静止最少保持到延时结束，且 探管能采集两个点以上数据后再起钻。 5、起钻过程中要准确记录每次起出一个立柱或单根的起止时间并同时记录
方向作较高频率的圆锥形摆动，称为章动运动。
四、陀螺测量仪器
挠性陀螺仪概念： 物体绕旋转轴转动的角速度（ω），同它的转动惯量（J）的乘积，称为动 量矩（H）.动量矩是表征旋转物体旋转轴在空间指向保持不变能力的的尺度。 H=Jω 人类利用这种自然现象制造了指示方向的仪器-陀螺仪。
四、陀螺测量仪器
挠性陀螺测斜仪的主要功能
三、有线随钻测量仪器
有线随钻测量仪器主要由两大部分组成：井下仪 器、地面仪器及地面辅助设备。 井下仪器主要包括：有线探管、电缆头、上、下 堵头、抗压筒、加长杆、加重杆、引鞋体等。
地面仪器主要包括：包括专用工控机、司钻显示
仪、及司钻显示仪通讯线。 地面辅助设备主要包括：电缆绞车、高压循环头 及天地滑轮等。
（二）探管的工作原理： 探管是由测量单元、控制单元、编码调制单元三部分组成。它 包括三个加速度计, 三个磁阻传感器和一个温度传感器及外围伺服 电路。工作时,各传感器的输出经高精度A/D转换成数字信号，再经
编码调制后通过单芯电缆将测量数据从探管传到地面专用工控机中.
五、无线随钻MWD仪器
定向探管一方面通过多路传感器把井眼轨迹信息转化为电信号，并 经过放大、滤波、数模转换和计算，对测量结果进行编码调制；另一方 面，DSP探管同时接收电阻率（CPR）仪器的测量数据并进行编码调制， 编码调制后的信号再输出至脉冲发生器。探管本身由脉冲发生器的发电 机供电工作，同时它还通过其内部电源电路 的控制，完成井下仪器
三、有线随钻测量仪器
探管测量数据质量判定的原则： 井斜角：主要是看三个加速度计的数据平方和，即： GTOTAL=(GX +GY +GZ )
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在工具稳定的情况下GTOTAL值应等于1±0.015。
方位角：主要是看三个磁通门的数据平方和，即： BTOTAL=(BX +BY +BZ )
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