定向井测斜仪器

一．单点测斜仪

    这种仪器主要由外筒总成、测角机构总成和打捞杆总成三部分组成。其中测角机构总成为其心脏部分，包括罗盘、照像机、定时器（机械或电子式）或传感器（蒙乃尔运动传感器）、电池筒。常用的罗盘为10°、20°和90°三种。

    单点测斜仪可用于走向钻井的各项施工作业，可用投测或吊测两种方式测量井斜、方位和工具面，普通单点测斜仪的工作温度＜125℃，高温单点测斜仪的工作温度＜250℃，测量精度为：井斜角±0.5°，方位角±l°

    单点测斜仪价格便宜，但测斜时间长，易发生井下事故。目前我国海洋定向井使用较少。

    二．电子多点测斜仪（ESS或ESI）

    ESI电子多点测斜仪采用三轴磁通门和三轴加速度计分别测量方位和井斜。每个测点除记录井斜和方位外，还可记录温度、电池电压和井眼参数，所有测量结果全部储存在探管的储存器里。提出仪器后，再经过计算机、打印机把结果打印出来。

    ESI或ESS具有操作简单、经久耐用、测量精度高等优点，是一种较先进的测斜仪器。

    1．ESI互的技术指标

    工作压力：95.5兆帕（13848磅／英寸2）

    工作温度：0～125℃

    温度精度：±3℃

    方位精度：l°（井斜＞10°，磁倾角＜70°）

    井斜精度：±0.l°

    地磁场强度：±0.2°微泰斯拉（micro Teslas）

    地磁倾角：±0.2°

    存储量：1500测点

    测量间隔：10～600秒

    延迟时间：10～9999秒

    抗压管长：3.70米（12英尺）

    抗压管直径：44.5毫米（13/4英寸）

    2．ESS的技术指标

    工作温度：不超过125℃

    温度测量精度：±l℃

    井斜角测量范围：0～18°

    井斜角测量精度：±0.1°

    方位角测量范围：0～360°

    方位角测量精度：±1°（井斜角＞10°，磁倾角＜70°）

    磁性工具面测量精度：±1°（井斜角＞10°，磁倾角＜70°）

    高边工具面测量精度：±1°（井斜角＞10°）

    磁场强度测量精度：±0.2°微泰斯拉

    重力测量精度：±0.003G

    仪器外径：35毫米（13/8英寸）

    仪器长度（包括电池筒）：单点工作方式  1.42米（553/4英寸）

    多点工作方式  2.07米（811/2英寸）

    3．ESI电子多点仪操作步骤

    （1）地面设备的连接：

    ①断开电源插座的开关（电源为110伏交流电），连接HP－85B计算机、ESI接口和打印机，并接上电源；

    ②检查电池能量。检测5号和7号AA电池的短路电流分别在4安培和3安培AMP）以上。；

    ③用电池筒试验器检查电池筒，绿灯亮通过；红灯亮电压低；黄灯亮指示电池装反了；

    ④连接探管和电池筒，连线与 ESI接口相接；

    ⑤探管初始设置。装入磁盘，接通电源开关，几分钟后按显示屏的显示步骤，及当时的实际情况，按顺序输人，直到完成初始设置。初始设置的最后两项为“输入测点时间间隔”（输入10～60秒），和“输入延迟时间”（10～9999秒）；

    ⑥拔下探管上的电缆，同时用秒表开始计时。

    （2）井下仪器的连接。

    ①根据非磁钻铤的长度选择加长杆；

    ②电池筒朝上装配好仪器。

    （3）仪器测量：

    ①起钻时，根据仪器设置的延迟时间把仪器投入钻杆内，井斜较大时，可用低泵冲送入；

    ②记录井深和该井深的秒表运行时间，一直记录到预定的测斜深度为止（事先准备好钻具长度表）；

    ③起出仪器，取出探管，把探管连到ESI接口；

    ④卸掉电池筒，7号AA电池可以记忆数据28天。

    （4）数据转储。把探管里的数据转存到HP－85B计算机内。

    （5）输入深度和时间。在计算机上，根据MINS（分钟）、SEC（秒）、DEPTH（深度）的输入模式，依次键入各参数。

    （6）输出时间、井深、井斜、方位等原始测斜资料，检查探管数据，计算测斜数据，打印计算结果，最后将结果记录到磁盘上。

    三．有线随钻仪

    有线随钻测斜仪主要由井下测量系统、地面计算机系统和绞车三部分组成。探管是井下测量系统的心脏，它主要由两套传感器（三轴磁通门和三轴加速度计）、其他传感器及电子线路组成。探管的功能是测量井眼的各种参数，电子线路把各种参数变成电信号，通过单心电缆把电信号输给地面计算机系统。计算机把各种电信号进行放大、译码处理，分别以数字形式直观显示在显示屏、司钻读数器和输入打印机，然后由打印机把各种井眼参数的测量结果打印出来。

    地面计算机系统是有线随钻仪的控制中心，为井下仪器提供电源，监测井下仪器的工作状况，选择仪器的工作方式，测量所需要的井眼参数。绞车用于起下电缆（井下仪器），电缆通过旁通接头和高压循环头进入钻杆内。

    四．无线随钻仪（ MWD）

    1．工作原理简介

    无线随钻仪（MWD）由井下仪器总成、地面接收仪表和地面处理系统三大部分组成。以斯派里森MWD为例，简述MWD的工作原理如下：

    MWD的井下部分，在下井之前，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，组装在专用的非磁悬挂短节内，随钻具组合一起下井。由井下发电机（通过泥浆流动）供应电源，测量信号的输出由泥浆压力脉冲来完成。在立管上安装信号接收装置（压电感应器），信号接收装置接收压力脉冲信号，并将信号转换成电信号传输给地面计算机，计算机系统对电信号进行放大、处理、译码，分别以数字形式直观显示在显示屏、司钻读数器和输入打印机，也可传输到遥远的基地办公室。

    2．MWD的类型

    MWD信号传输系统可分为泥浆压力脉冲和电磁波两种，通常采用第一种传输方式。泥浆压力脉冲又可分为正脉冲、负脉冲、连续波三种形式。井下仪器部分有可回收式和不可回收式两种。

    我国海上常用的三种MWD类型如下：

    斯派里森MWD属于正脉冲形式，井下仪器不可回收。

    哈里伯顿BGD型MWD为负脉冲形式，井下仪器不可回收。

    安纳聚尔slim Ⅰ型MWD为正脉冲形式，井下仪器可以回收。

    3．MWD的特性

    以斯派里森MWD为例，说明MWD的特性

    4．操作规程简介

    以斯派里森MWD为例，说明的MWD的安全操作步骤（具体见操作手册）。

    （1）运输前的准备：

    ①检查所有现场的设备、仪器，保证其工作性能及测量精度；

    ②列出集装箱和设备清单、打印数份交现场资料员及运输等部门；

    ③与甲方及定向工程师讨论有关问题，获取设计书，了解目前的作业情况，并填写工作装备单；

    ④按准备单配备零部件，做好集装箱的防震、防潮等工作，待命出发。

    （2）现场工作。在作业前24小时就应保证现场上有两名熟练操作人员，开始下列工作：

    1）按安全原则摆放集装箱，必要时连接扫气管线；

    2）安全地把电源引到集装箱，并检查工作间的输出电源；

    3）检查现场所有井下设备及实际数量，根据现场经验安全地布置所有电缆，摆放所有电子仪器设备，并通电测试；

    4）将压力传感器安装到立管上，将泵冲开关安装到泥浆泵上（事先通知司钻和钻井监督）；

    5）将司钻读数器及对讲机安装到司钻台上；

    6）检查非磁钻铤、铜保护接头和悬挂短节，并给钻井监督提供连接方法，并核对上述接头与BHA的连接；

    7）完成探管（PROBE）的现场质量测试（每次下井前必做）完成脉冲器（PULSER）的电子及液压动力功能的现场测试（下井前必做）；

    8）获取所有机架（NPSR）所需的各项资料，检查磁场强度及磁倾角值，建立文件名并输入各项内容；

    9）运用系统计算机的软件指令进行工作；

    10）从定向工程师那里获取有关参数，包括最低／最高可能钻井液密度，最高含砂量，可能使用的堵漏材料，最低／最高排量等；

    11）应用计算机及有关图表计算或选择钻头喷嘴，并及时告知钻井监督；

    12）确立并设置探管（PROBE）工作模式，运行探管，完成下井仪器的组装，计算并配置加长垫，根据钻具组合表，连接单流阀、非磁钻铤、悬挂器、铜保护接头，把MWD井下总成装入悬挂器内（非磁钻铤内）；

    13）使用标志杆测量MWD标线与弯接头标线的偏差值，计算偏差（offset）角度，并输入计算机；

    14）浅层试验，信号不好时，调整传感器位置及空气包压力。信号正常后，方可继续下钻；

    15）MWD仪器下到底后，指导司钻完成正确的测斜步骤；

    16）分析测量结果，判断井下仪器的工作状况和磁干扰情况；

    17）正常钻进测量中的信号监测及各种报表的填写，做好各项设备的日巡回检查，包括布线、传感器、滤网等。每日按时上交测量报告；

    18）完成井下仪器的清洗、拆卸工作，检查仪器各部件的磨损情况，必要时更换，领取补充备件；

    19）完成MWD使用报告，工作结束后拆线及安全包装、放置设备。

    五．随钻测井系统（LWD）简介

    1992年，我国海洋石油开始使用最先进的随钻测井系统（LWD），它可以进行实际测井，完全替代电测。在大斜度井、水平井等方面具有很大的优势。LWD是在MWD的基础上，增加了多种用于电测的井下传感器，

    使井下传感器增加到三十多个。因此，除了测量井眼参数以外，LWD还可以测量井下钻压、扭矩，以及测井资料，如伽马、地层电阻率、中子等。但LWD价格昂贵，维修保养也比较困难。

    无论MWD还是LWD，其最大的优点是可以使司钻和地质家能有效地“看”到井下实时发生的情况。由于井下测量参数与地面接收数据之间只有几分钟的滞后时间，从而改善和缩短了决策过程。

    六．地面记录陀螺（SRO）

    1．系统描述

    （1）井下仪器总成。

    ①SRO探管；

    ②水平转子陀螺；

    ③仪器外筒（包括仪器帽、电缆头、扶正短节、连接器、仪器筒、电池筒、加长杆、定向杆）。

    （2）地面仪表及设施

    ①地面计算机和打印机；

    ②陀螺预热箱；

    ③定向三角架总成；

    ④瞄准器组合；

    ⑤司钻读出器；

    ⑥电缆绞车、滑轮及手工具和万用表。

    2．用途

    （l）在有磁干扰的井眼中走向造斜及扭方位作业。

    （2）在套管内定向开窗侧钻。

    3．特点

    （1）使用地面记录陀螺进行定向、扭方位、侧钻，可以从地面读数器监视井下造斜工具的工具面角，定向井人员可以把工具面调到需要的方向上。

    （2）操作地面记录陀螺的人员必须熟练掌握有线随钻测斜仪（SST）和水平转子陀螺测斜仪的操作程序。

    （3）地面记录陀螺校正漂移和中心校正均由计算机完成，由打印机打印出测量结果，比单点陀螺操作简便、效率高。