陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用

陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
随着陆上油田开发中后期侧（水平）钻井以及海洋平台加密井和从式井数量的增多，不受磁干扰的陀螺测斜仪得到了广泛的应用，但目前国内应用的主要是有线陀螺测斜仪。

本文简要介绍TLX50-100D陀螺测斜仪的在定方位射孔中的应用进行详细论述。

标签：定方位射孔；陀螺测斜仪射孔；管柱方位角
陀螺仪最早应用于航空航天领域的飞行器导航，是以惯性器件为核心的定位定向系统。

经过改进用于钻井的陀螺仪称为陀螺测斜仪，它可以满足油田钻探的耐高温（125℃）、可靠、小口径等一些特殊的要求。

陀螺测斜仪于上世纪90年代开始用于定向钻井中，因为其可感应地球自转速度，不受磁干扰，在强磁环境和油套管或钻杆中准确测量井斜、方位，磁重力高边而得到迅速的推广与应用。

陀螺测斜仪自动寻北，无需校北，测量数据为井眼轨迹的真实数据，无需校正就可直接使用。

常规射孔孔眼的方向是随机的，因此无法满足一些特殊情况对射孔施工的要求，而定方位射孔技术是一种可以进行井下有方向性射孔的射孔工艺技术，其利用油管输送射孔管柱的方式，在油管与射孔管柱之间接人一定方位短节，通过测量定方位短节上方位键的方位来确定射孔弹穿孔的方位。

陀螺测斜仪下端的导向装置与定方位短节内的定方位键吻合对接，测量定方位键的方位角（射孔弹穿孔的方向），若测量定方位键的方位角与目标方位角不一致时，则需在井口转动油管调整射孔管柱的方向，直至测量的方位角与目标方位角的误差在允许误差范围内后，测斜仪器进行射孔作业。

起出陀螺测斜仪器进行射孔作业。

1 TLX50-1000陀螺测斜仪工作原理
TLX50-100D陀螺测斜仪采用抗冲击、抗震动能力强的双轴动力调谐陀螺和三个石英加速度计作为核心传感器。

具有高精度高可靠性体积小重量轻等特点。

以北东地为基准建立一个参考坐标系即大地坐标系，以三维正交安装的加速度计和陀螺建立测量坐标系即仪器坐标系。

在大地坐标系中X指向水平东Y指向水平北oZ垂直地面向上，在仪器坐标系中，由仪器轴线方向定义为Z轴，将与仪器轴线垂直的截面上一对正交的方向定义为x，Y轴。

如果人为地将两个坐标系重合，则xo对应X，Yo对应Y，oZ对应z。

仪器坐标系x、Y、z的任何位置可以认为相对于大地坐标系XYoZ 经过三次旋转。

仪器在井眼中静止时，利用仪器三維坐标轴上分别安装的三个加速度计和一个二自由度的动调陀螺的测量数值，采用罗盘算法，计算出仪器在井中的任意姿态，进而可以得到仪器的方位角和倾斜角，工具面角等参数。

2 TLX50-1000陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
2.1 预定深度
用油管将射孔管柱输送到预定深度，用电缆挂接自然伽马和磁定位仪器下人油管内射孔管柱顶部，通过测量自然伽马和磁定位曲线进行校深，计算短油管和射孔管柱深度，调整油管管柱使射孔管柱与射孔层段深度对齐。

2.2 刻度标定
在地面连接陀螺测斜仪器并进行，放置水平，并使仪器下端导向装置的豁口垂直向上，给仪器加电，发送自寻北控制命令，测出仪器所处位置的井斜、方位、陀螺工具面、重力工具面，并保存数据。

2.3 下放井内
电缆挂接陀螺测斜仪器通过油管内部下人井内，下放速度小于1500米/小时，当仪器接近定方位短节深度时，下放速度小于60米/小时，观察磁定位曲线，仪器遇阻后停止下放，进行测量并记录数据；然后上提仪器50米，再次下放进行对接，仪器遇阻后进行测量并记录数据，对比两次测得的数据一致时，认为对接成功，计算定方位键的方位角与目标方位角的差值，确定旋转角度。

2.4 测量
通过旋转井口装置，转动油管，再次进行测量，直至定方位键的方位角与目标方位角的误差在允许误差范围内后，起出仪器进行射孔作业。

3 现场应用效果
目前使用TLX50-100D陀螺测斜仪进行定方位射孔共测井22井次，测井一次成功率10%，22井次的测量误差在412412之间平均测量误差为2004达到设计要求（士o5）的精度。

4 前景展望
随着大量陆上油田进入开发中后期和海洋石油的发展，侧（水平）钻井和丛式井、加密井的数量不断增多，陀螺测斜的的应用将更加的广泛。

无线随钻陀螺测斜是一项革命性的新技术，因为其测量时间段、施工人员少，操作简单，测量精度高，优化定向操作、安全和防碰系数高等优势必将成为定向钻井的主导技术，在侧（水平）钻井和海洋钻井中应用前景广阔。

我国的有线陀螺测斜技术已经趋于完善，但无线随钻陀螺测斜技术发展缓慢，我国开展和推广无线随钻陀螺测斜技术的时机已经成熟，必将产生良好的经济效益和社会效益。

TLX50-100D陀螺测斜仪具有精度高、可靠性强等特点在井下自动寻北，在有磁环境下进行井斜角、方位角工具面角等参数的定点测量，自带伽马和磁定位，一次下井可同时完成校深和测量，在定方位射孔中提供精准的测量数据，使射孔管柱能够精确对准目标方位角，完成定方位射孔施工作业。

参考文献：
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[3]杨全进.速率陀螺测斜仪在海洋CDX井组的应用[B].石油钻探技术，2003：1001-0890.。