连续测斜仪在石油测井领域的应用及发展

连续测斜仪在石油测井领域的应用及发展

王　骏

(中国船舶重工集团公司第七○五研究所　西安　710075)

摘　要:　介绍了在我国石油测井行业中,广泛使用的测斜设备连续测斜仪的现阶段状况、简要原理及应用,以及该仪器将来的发展方向。

关键词:　测井　井斜角　井斜方位角　连续　惯性技术

A Applications and Development of Dipmeter in Oil Logging

Wang Jun

(The705Research Institute,CSIC,X i’an,710075)

Abstract:　This paper introduces the com plexion of the dipmeter in our country’s oil logging,the princi2 ples and applications of the dipmeter,and the development of the dipmeter in the future.

K ey w ords:　oil logging,deviation,azimuth,progression,inertia technology

0　概　述

在石油钻测行业中,对斜度和方位的测量一直有着较高的要求。因为一口井能否按要求的斜度和走向钻探,关系着这口井最终能否到达目的层(油层),且能否出油。尤其是现在,随着易开采石油资源的日益枯竭,国内外钻井界纷纷将目光投向滩海、湖泊、稠油油藏及海洋等复杂地况的勘探和开发。小块零散油层的开采和大位移井、大斜度井、丛式井、水平井的日益增多,需要精度更高、使用上更加可靠的测斜仪器。惯性技术的使用,使得这种要求得以实现。采用高精度、高分辨率的重力及磁传感器进行裸眼井的井斜、井斜方位的测量,最初是在高分辨率地层倾角测井仪上实现的,如斯伦贝谢(Schlumberger)公司的SH DT和西方阿特拉斯(Western AT LAS)公司的1016。我国20世纪80年代末,由西安石油仪器总厂全套引进美国西方阿特拉斯C LS3700测井系统生产线,使这项技术在石油测井中得到应用。

1　测斜仪现阶段的使用状况

直到20世纪90年代中期,在我国的各大油田,国外的高分辨率地层倾角测井仪因为价格昂贵(400万人民币/套),测井费用太高,故通常只在重点井和勘探井中使用。大量的生产井在测斜时还是使用国产老式机械单点测斜仪。这种机械单点测斜仪,由重锤、磁针与低转矩灵敏电位器组成,采用机械转动方式,指针的摆动带动电位器阻值的变化,不同的阻值对应不同的角度,其测量精度低,机械故障较多。该仪器使用时,在测量井段的每25m处要停一下,待仪器稳定后,由地面工作人员根据面板显示,手动记录该点的井斜值和井斜方位值,一次测井一般需要记录300多个数据。测井的时间长,准确度低。进入90年代以后,各油田相继提出了提高井斜的测量精度,能够连续记录所测数据,缩短测量时间,减轻劳动强度,淘汰老式机械单点测斜仪的要求。我所根据油田用户这一实际需求,在高分辨率地层倾角测井仪的基础上进行了功能简化,大幅降低了成本,研制开发出新型井斜测量仪—705连续测斜仪。它配合G R仪(校正深度用),一次下井可以连续测得DE V(井斜角)、DAZ(井斜方位)、RB(相对方位角)、DX(X井径)、DY(Y井径)、G R、T(瓶温)等七条曲线,完全可以满足油田用户对裸眼井的斜度及井眼几何形状的

第25卷　第3期2003年6月

舰　船　科　学　技　术

SHIP SCIE NCE AND TECH NO LOGY

Vol.25　No.3

Jun.2003

收稿日期:2003-02-10

测量要求。该仪器自1996年研制成功后现已生产20余套,在新疆、四川得到了广泛的应用和好评。仪器在使用中,测量精度高,可靠性、重复性好,使用简便。现在全国各大油田也已广泛采用了这种类型的仪器。

2　连续测斜仪的基本原理

在石油测井中,

把井轴与铅垂线的夹角叫做井斜角(简称DE V ),它反映被测井眼的倾斜程度;把仪器在水平面上的投影与磁北方向间的夹角叫做井斜方位角(简称DAZ ),它反映被测井眼偏离磁北方向的程度。如图1所示,α为该井的井斜方位角,β为该井的井斜角;把垂直于仪器轴的平面内仪器的高边偏离基准线的夹角叫做1#极板相对方位角(简称RB ),它反映仪器绕自身旋转的程度。

图　1

连续测斜仪的核心为方位组件。方位组件是在捷联式惯导系统的基础上研制开发的,它由两组高精度传感器和相关电子线路组成。其中一组传感器是三个加速度计,另一组是三个磁通门,没有机械转动部分。我们知道,重力加速度G 为一矢量,大约等于9.8m/s 2

,其值随纬度的变化略有差异,其方向铅垂向

下。地球上每一固定区域的G 值为一确定值。用三个正交安装的加速度计,可准确测量出该地重力加速度的三个方向上分量,通过矢量合成计算出当地G 值,并转换成对应的电压或电流信号。方位组件就是根据这一原理,将三个加速度计按正交方式沿仪器轴线安装,分别感应X ,Y ,Z 三个方向上的重力加速度分量,分别称之G x ,G y 和G z 。再根据各个分量的大小通过坐标转换,经过地面计算机的处理,计算出仪器倾斜角。

加速度计输出为电压信号E ,且

E =G sin α

(1)

式中:G 为重力加速度值。当标度因数一定时,它对应的就是一个电压或电流值,如mV (mA );α为加速度计输出轴与重力方向之间的夹角,加速度计输出信号的大小正比于输出轴与重力加速度计方向间的夹角。

地磁场矢量的大小约为0.7奥斯特,方向为由南向北,和水平面成一定夹角(磁倾角)。成正交安装的三个磁通门传感器可以测得地磁场的场强。方位组件中也是按正交方式沿仪器轴线安装了三个磁通门传感器,分别感应X ,Y ,Z 三个方向上的磁场场强分量,分别称之为M x ,M y 和M z 。地球上各个地域的磁场场强大小不同,磁倾角也不相同。磁传感器测得的三个磁场分量与加速度计测得的重力场的三个分量共同确定仪器方位和井斜方位角。

磁传感器的输出信号:

e =KH 0H 2m sin2 ω(2)式中:K ———常数,取决于传感器的结构材料因素;

ω———激励电流频率;

H o ———被测磁场场强;

H m ———激励电流产生的激励磁场。

磁传感器输出信号的大小正比于激励磁场的二次谐波分量与被测磁场场强。当激励电流频率为定值时,磁传感器的输出信号仅随被测磁场的强弱改变,这里的被测磁场就是地磁场。

在实际测井中,地面计算机把井下测斜仪的三个加速度计信号G x ,G y 和G z 与三个磁通门信号M x ,M y

和M z 进行归一化处理,分别带入式(3)、

(4)、(5)。井斜角:

DE V =

g x 2

+g y

2

g z

(3)

相对方位角:

RB =arctg

g y -g x

(4)

井斜方位角:

DA Z =arctg

g x m y -g y m x

m z -g z sin I

(5)

即可得到描述井眼姿态的三个角度[1]。

为了保证传感器正常工作,组件中还分别配有伺服电路,用以对传感器进行激励、信号检测、信号变换等处理。

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