石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全 5第四節(jié)

1、第四節(jié)第四節(jié) 隨鉆測斜儀隨鉆測斜儀 如果井眼軌道不是按照預定的方向前進時，就必須如果井眼軌道不是按照預定的方向前進時，就必須下入彎接頭重新定向，使井眼回到設計的軌道上來。在海下入彎接頭重新定向，使井眼回到設計的軌道上來。在海上平臺，利用傳統(tǒng)的單點測斜儀頻繁的測量和重新定向是上平臺，利用傳統(tǒng)的單點測斜儀頻繁的測量和重新定向是非常費時和昂貴的。如果在鉆井過程中，將安裝在下部鉆非常費時和昂貴的。如果在鉆井過程中，將安裝在下部鉆具組合上的測斜儀器檢測的數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的實時傳送到地具組合上的測斜儀器檢測的數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的實時傳送到地面，那么可更加精確地控制井眼軌跡，同時節(jié)約測斜時間。面，那么可更加精確地控制

2、井眼軌跡，同時節(jié)約測斜時間。這種測量儀器通常稱為隨鉆測斜儀。這種測量儀器通常稱為隨鉆測斜儀。 根據(jù)測量儀器的結構特點和測量參數(shù)的傳輸方式可分根據(jù)測量儀器的結構特點和測量參數(shù)的傳輸方式可分為有線隨鉆測斜儀和無線隨鉆測斜儀為有線隨鉆測斜儀和無線隨鉆測斜儀 一、有線隨鉆測斜儀一、有線隨鉆測斜儀 利用導線與井下電子檢測器連接，使電子測利用導線與井下電子檢測器連接，使電子測斜儀的數(shù)據(jù)實時傳送到地面，這種測量儀器通常斜儀的數(shù)據(jù)實時傳送到地面，這種測量儀器通常稱為有線隨鉆測斜儀。稱為有線隨鉆測斜儀。 這種儀器檢測器座在彎接頭上面的定向接頭這種儀器檢測器座在彎接頭上面的定向接頭上。檢測器內(nèi)有電子傳感器上。檢測

3、器內(nèi)有電子傳感器( (與單多點一致與單多點一致) )來測來測量井斜角、方位角和工具面角。測量結果通過導量井斜角、方位角和工具面角。測量結果通過導線從儀器傳到地面，由計算機分析信號，并顯示線從儀器傳到地面，由計算機分析信號，并顯示出所測角度的數(shù)量。出所測角度的數(shù)量。1、有線隨鉆側斜儀的特點 與單、多點測斜儀相比，這種儀器有如下優(yōu)點與單、多點測斜儀相比，這種儀器有如下優(yōu)點: : (1) (1)由于不需要由測量和檢查方向引起的大量由于不需要由測量和檢查方向引起的大量起下鋼絲繩作業(yè)，所以節(jié)省了輔助鉆進時間起下鋼絲繩作業(yè)，所以節(jié)省了輔助鉆進時間; ; (2) (2)由于連續(xù)監(jiān)視，減少了井眼偏離設計軌道由

4、于連續(xù)監(jiān)視，減少了井眼偏離設計軌道的危險，也就減少了扭方位的次數(shù)的危險，也就減少了扭方位的次數(shù); ; (3) (3)由于控制得好，井眼軌道平緩，狗腿度小由于控制得好，井眼軌道平緩，狗腿度小; ; (4) (4)可以在鉆進時監(jiān)測工具面指向，從而計算可以在鉆進時監(jiān)測工具面指向，從而計算反扭矩。反扭矩。有有線線隨隨鉆鉆測測斜斜儀儀示示意意圖圖2 2、有線隨鉆測斜儀的總成、有線隨鉆測斜儀的總成 有線隨鉆測斜儀主要由井下測量系統(tǒng)，有線隨鉆測斜儀主要由井下測量系統(tǒng)，地面信號接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)，信號傳地面信號接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)，信號傳輸電纜及其密封裝備三部分組成輸電纜及其密封裝備三部分組成 。1 1、井

5、下測量系統(tǒng)、井下測量系統(tǒng) 1 1）探管總成）探管總成 探管是測量井眼各種參數(shù)的心臟。它主要由探管是測量井眼各種參數(shù)的心臟。它主要由磁力計、重力加速度計等測量原器件和電子線路磁力計、重力加速度計等測量原器件和電子線路組成。電子線路把井下測量的井眼參數(shù)轉(zhuǎn)變成電組成。電子線路把井下測量的井眼參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號，通過單芯電纜傳輸給地面儀器。信號，通過單芯電纜傳輸給地面儀器。 2 2）儀器外筒總成）儀器外筒總成 主要由電纜頭總成、外筒扶正短節(jié)、上連接主要由電纜頭總成、外筒扶正短節(jié)、上連接器、儀器筒、下連接器、加長桿、定向鞋組成。器、儀器筒、下連接器、加長桿、定向鞋組成。3 3）地面接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)）地

6、面接收、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng) 井下儀器把井眼參數(shù)以電信號的形式井下儀器把井眼參數(shù)以電信號的形式傳輸給地面計算機系統(tǒng)，計算機把接收到傳輸給地面計算機系統(tǒng)，計算機把接收到的各種井眼參數(shù)的電信號進行信號放大、的各種井眼參數(shù)的電信號進行信號放大、譯碼處理，分別以數(shù)字形式直觀顯示在面譯碼處理，分別以數(shù)字形式直觀顯示在面板顯示屏、地面司鉆讀出器和輸入打印機，板顯示屏、地面司鉆讀出器和輸入打印機，把測量的井眼參數(shù)打印出來。把測量的井眼參數(shù)打印出來。4 4）信號傳輸電纜及其密封裝置）信號傳輸電纜及其密封裝置 第一種方法：第一種方法： 主要由單芯電纜、電纜車、主要由單芯電纜、電纜車、高壓循環(huán)頭高壓循環(huán)頭( (或電纜旁

7、通接頭或電纜旁通接頭) )、液壓管線及手壓、液壓管線及手壓泵組成。高壓循環(huán)頭有利于保護電纜，但每次接泵組成。高壓循環(huán)頭有利于保護電纜，但每次接單根都要把井下儀器提到鉆柱最上面一根鉆桿內(nèi)，單根都要把井下儀器提到鉆柱最上面一根鉆桿內(nèi)，接上單根后再下到井底座鍵。接上單根后再下到井底座鍵。 第二種方法：在鉆桿上加旁通接頭。接單根第二種方法：在鉆桿上加旁通接頭。接單根不需要起下電纜。但應注意保護井口電纜，防止不需要起下電纜。但應注意保護井口電纜，防止打扭、擠壞電纜。打扭、擠壞電纜。 3、有線隨鉆測斜儀的不足之處：、有線隨鉆測斜儀的不足之處： （1 1）只能在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的時使用，只能用）只能在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的

8、時使用，只能用于使用動力鉆具驅(qū)動的井段。于使用動力鉆具驅(qū)動的井段。 （2 2）因為方位傳感器是磁力儀，需使用無）因為方位傳感器是磁力儀，需使用無磁鉆鋌。在套管附近測量結果不可靠。磁鉆鋌。在套管附近測量結果不可靠。 （3 3）在電纜通過高壓循環(huán)頭的情況下，在）在電纜通過高壓循環(huán)頭的情況下，在接換單根或立柱時，須起下儀器。接換單根或立柱時，須起下儀器。二、二、 無線隨鉆測斜儀無線隨鉆測斜儀 因為有線隨鉆測斜儀有導線直接與計因為有線隨鉆測斜儀有導線直接與計算機相連，鉆柱不能旋轉(zhuǎn)，只能用于井下算機相連，鉆柱不能旋轉(zhuǎn)，只能用于井下動力鉆具驅(qū)動的情況，限制了其應用范圍。動力鉆具驅(qū)動的情況，限制了其應用范圍

9、。為克服這些缺陷，人們研究了無線傳輸信為克服這些缺陷，人們研究了無線傳輸信號方法，開發(fā)出無線隨鉆測斜儀。號方法，開發(fā)出無線隨鉆測斜儀。1 1、 無線傳輸信號的方法無線傳輸信號的方法 從從19301930年至今，人們研究了年至今，人們研究了3 3種不同的種不同的井下和地面之間的無線遙測傳輸系統(tǒng)：井下和地面之間的無線遙測傳輸系統(tǒng)： (1)(1)電磁發(fā)射電磁發(fā)射; ; (2) (2)聲波聲波; ; (3) (3)鉆井液壓力脈沖。鉆井液壓力脈沖。1 1） 電磁發(fā)射電磁發(fā)射 自從自從4040年代以來，有幾家公司一直研年代以來，有幾家公司一直研究利用電磁波究利用電磁波 ( (無線電波無線電波) )穿過地殼

10、傳遞信穿過地殼傳遞信號的可能性。安裝在號的可能性。安裝在BHABHA上的電波發(fā)送器產(chǎn)上的電波發(fā)送器產(chǎn)生可調(diào)制信號，以二進制碼形成發(fā)送所需生可調(diào)制信號，以二進制碼形成發(fā)送所需數(shù)據(jù)。地面上通過安裝在井場附近的天線數(shù)據(jù)。地面上通過安裝在井場附近的天線接收這些信號接收這些信號 。其系統(tǒng)構成如圖：。其系統(tǒng)構成如圖： 由于電磁信號在傳輸過程中的衰減問由于電磁信號在傳輸過程中的衰減問題，只有低頻電磁波可以有效地傳輸，而題，只有低頻電磁波可以有效地傳輸，而這些有時很難與鉆機上電動設備振動發(fā)出這些有時很難與鉆機上電動設備振動發(fā)出的頻率區(qū)分開來的頻率區(qū)分開來 。2 2） 聲波法聲波法 利用聲波在鉆桿中的傳播建立信

11、號傳遞利用聲波在鉆桿中的傳播建立信號傳遞通道的方法。通道的方法。 由于鉆井作業(yè)中的背景噪聲很大，須在由于鉆井作業(yè)中的背景噪聲很大，須在井下安裝大功率的聲波發(fā)生器。同時聲波井下安裝大功率的聲波發(fā)生器。同時聲波沿鉆桿的衰減也使得在地面上采集信號很沿鉆桿的衰減也使得在地面上采集信號很困難。需沿鉆柱每間隔一段安裝一個中繼困難。需沿鉆柱每間隔一段安裝一個中繼器放大信號。器放大信號。3 3） 鉆井液脈沖遙測鉆井液脈沖遙測 原理：利用井下脈沖發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)原理：利用井下脈沖發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)脈沖信號，這些脈沖信號通過鉆井液傳到脈沖信號，這些脈沖信號通過鉆井液傳到地面，在地面接收到這些信號后，通過對地面，在地面接

12、收到這些信號后，通過對信息進行譯碼，得到井下的測量數(shù)據(jù)。信息進行譯碼，得到井下的測量數(shù)據(jù)。 井下脈沖發(fā)生器主要有兩種：正脈沖井下脈沖發(fā)生器主要有兩種：正脈沖系統(tǒng)和負脈沖系統(tǒng)，分別介紹其基本原理系統(tǒng)和負脈沖系統(tǒng)，分別介紹其基本原理如下：如下：負脈沖系統(tǒng)負脈沖系統(tǒng)負脈沖系統(tǒng) 特點：鉆井液脈沖遙測比其它方法的優(yōu)特點：鉆井液脈沖遙測比其它方法的優(yōu)越之處在于它比較簡單，信號傳輸迅捷準越之處在于它比較簡單，信號傳輸迅捷準確。其壓力脈沖以大約確。其壓力脈沖以大約12001200一一1500m/s1500m/s的速的速度通過鉆井液柱。度通過鉆井液柱。 2 2、無線隨鉆測斜儀的基本構成、無線隨鉆測斜儀的基本構成主要部件有主要部件有: :(1)(1)操作系統(tǒng)的動力源操作系統(tǒng)的動力源; ;(2)(2)測量所需信息的傳感器測量所需信息的傳感器; ;(3)(3)以代碼的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)送器；以代碼的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴陌l(fā)送器；(4)(4)協(xié)調(diào)工具各種功能的微處理機或控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)工具各種功能的微處理機或控制系統(tǒng)。地面設備主要有地面設備主要有: : (1) (1)檢測壓力變化并將其轉(zhuǎn)化為電訊號的檢測壓力變化并將其轉(zhuǎn)化為電訊號的立管壓力傳