中級綜合錄井工培訓教程和題庫

職業(yè)技能鑒定培訓教程及題庫

中級綜合錄井工

單

會名

委員

編審

劉磊孫祖嶺孫金瑜

：

主任張建華向守源朱長根

：

副主任職麗楓李維明解樹森中若霞紀安德

：

委員王

福叢冠新張杰史殿華宮寶柱

王志國郭學柱劉紹勝李孟洲丁傳峰

海范積田

丁文龐寶森劉淑萍金淑華

崔萬幸王遠佳王奎陳風華茍興超

(

周官火王陽福許召瑞張建國潘永疆

劉曉華丁守仁鄭興華張富貴郭俊武

馮朝富鞏朝勛林立馬文英何明虎

張貴祥張偉曹國瑞趙忠文潘殿軍

申澤袁連軍趙志明王存德

刖s

為提高石油工人隊伍素質(zhì)，滿足職工培訓I、鑒定的需要，中國石油天然

氣集團公司人事勞資部、中油股份公司人事部共同組織編寫了這套石油天然

氣特有工種職業(yè)技能鑒定培訓教材。

這套教材依據(jù)《國家職業(yè)標準》，參考《石油工人技術(shù)等級培訓教材》

編寫，每工種一本分初級、中級、高級、技師、高級技師五個級別。在教材

編寫過程中堅持以職業(yè)活動為導向，以職業(yè)技能為核心的原則，注重知識與

技能相結(jié)合。本教程是工人學習專業(yè)技術(shù)、提高技能水平，參加職業(yè)技能鑒

定的主要學習材料。

本書由大港油田集團公司組織編寫，宋慶彬主編，王松、張紹明、陳中

普、王成喜、王麗娟、陳玉新、甄建、王建社、李培良、趙毅等參加編寫，

最后經(jīng)集團公司職業(yè)技能鑒定中心組織專家進行了終審，參加審定的人員有

XXX單位XXX、XXX、XXX、XXX等。

編者

2002年6月

國家職業(yè)標準(綜合錄井工)

1.基本要求

1.1職業(yè)道德

1.1.1遵守法律、法規(guī)和有關(guān)規(guī)定；

1.1.2愛崗敬業(yè)、忠于職守、自覺認真履行各項職責；

1.1.3工作認真負責、嚴于律己、兢兢業(yè)業(yè)、能吃苦耐勞;

1.1.4努力學習專業(yè)知識、刻苦鉆研業(yè)務技術(shù)；

1.1.5謙虛謹慎，團結(jié)協(xié)作；

1.1.6嚴格執(zhí)行質(zhì)量、安全健康環(huán)保管理制度；

1.1.7服務意識強，堅持文明生產(chǎn)。

1.2基礎知識

1.2.1石油地質(zhì)基礎知識

(1)鉆井地質(zhì)基礎知識；

(2)石油地質(zhì)基礎知識。

1.2.2電工學基礎知識

(1)直流電基本知識；

(2)歐姆定律；

(3)交流電基本知識；

(4)電路基礎知識；

(5)磁場。

1.2.3電字學基礎知識；

(1)半導體基礎知識；

(2)二極管的結(jié)構(gòu)、特性；

(3)三極管的結(jié)構(gòu)、特性；

(4)放大電路基礎知識；

(5)邏輯電路基礎知識。

1.2.4法定計量單位轉(zhuǎn)換

1.2.5計算機基礎知識

(1)計算機基本組成及工作原理；

(2)WINDOWS操作系統(tǒng)基礎知識；

(3)文字處理操作基礎知識。

1.2.6管理體系基礎知識

(1)質(zhì)量管理體系基礎知識；

(2)健康安全環(huán)境體系基礎知識。

2.工作要求

中級

職業(yè)

工作內(nèi)容技能要求相關(guān)知識

功能

1.能安裝拆卸大鉤負荷、立管壓力、

（-）安裝拆卸錄套管壓力傳感器

井設備2.能安裝拆卸硫化氫傳感器相應傳感器安裝方法及注

1.安裝拆卸傳感3.能安裝拆卸絞車傳感器意事項

器4.能安裝拆卸泵沖、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、電

扭矩、液壓扭矩傳感器

1.能架設傳感器信號線

2.能架設鉆井液脫氣器氣體管線

2.架線3.能架設外接電源與鉆井液脫氣器架線方法與原則

供電電源電纜線

4.能架設引繩

1.能連接各類傳感器信號線至信號

3.連接信號面板面板信號面板、接口與采集箱體

及接口2.能連接信號面板與接口或采集箱連接方法

體通訊線

1.能進行計算機網(wǎng)絡連接

4.連接計算機系2.能進行計算機系統(tǒng)與信號接口或計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)連接方法

統(tǒng)采集箱體的通訊連接

一

、

綜1.碳酸鹽巖含量測定儀組

合1.能組裝連接碳酸鹽巖含量測定儀成

錄5.連接輔助設備2.能組裝泥（頁）巖密度計2.泥（頁）巖密度計結(jié)構(gòu)

井3.能安裝鉆井液蒸儲脫氣器系統(tǒng)3.鉆井液蒸儲脫氣器系統(tǒng)

組成

1.能調(diào)試絞車、泵沖、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速傳

感器

（二）調(diào)試錄井設

2.能調(diào)試液位、電導率、溫度、流

備相應傳感器調(diào)試方法

量傳感器

1.調(diào)試傳感器

3.能調(diào)試立管壓力、套管壓力傳感

器

1.能調(diào)試煌組分檢測儀1.氣體檢測系統(tǒng)調(diào)校方法

2.能調(diào)試全燃檢測儀2.氣測儀刻度曲線繪制方

2.調(diào)試氣測系統(tǒng)

3.能調(diào)試非煌檢測儀法

4.能繪制氣測儀刻度曲線

1.碳酸鹽巖含量測定儀調(diào)

試方法

1.能調(diào)試碳酸鹽巖含量測定儀2.泥（頁）巖密度計調(diào)試方

2.能調(diào)試泥（頁）巖密度計法

3.調(diào)試輔助設備

3.能調(diào)試熱真空蒸儲脫氣器3.熱真空蒸播脫氣器調(diào)試

4.能調(diào)試氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機步驟

4.氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機

調(diào)試方法

（三）操作維護錄

井系統(tǒng)設備1.能維護各類傳感器

各類傳感器工作原理

1.維護保養(yǎng)傳感2.能判斷傳感器工作狀況

器

2.維護保養(yǎng)鉆井能判斷鉆井液脫氣器-防堵器-吸濕

外部氣路系統(tǒng)組成

液脫氣器器-氣管線的堵漏情況

1.能看懂氣測系統(tǒng)氣路流程圖1.氣測系統(tǒng)氣路流程

2.能維護保養(yǎng)記錄儀2.記錄儀結(jié)構(gòu)組成

3.維護使用信號3.能維護各信號面板3.熱真空蒸儲脫氣器操作

面板4.能做鉆井液樣品全脫分析方法

5.能測定泥（頁）巖密度4.泥（頁）巖密度分析方法

6.能完成碳酸鹽巖含量測定5.碳酸鹽巖含量測定步驟

1.相關(guān)資料收集原則

4,采集數(shù)據(jù)信息能進行采集樣品分析化驗

2.樣品分析化驗方法

1.實時采集系統(tǒng)維護方法

1.能維護實時采集處理系統(tǒng)

5.維護計算機處2.錄井參數(shù)異常變化判斷

2.能判斷錄井參數(shù)異常變化

理系統(tǒng)標準

3.能編制錄井資料圖表

3.圖表編制操作方法

1.能維護氫氣發(fā)生器和配制堿液1.氫氣發(fā)生器維護方法

6.維護輔助設備

2.能維護空氣壓縮機2.空氣壓縮機維護方法

1.能整理原始圖表

（四）整理資料綜合錄井資料整理規(guī)范

2.能回放各種錄井圖表

目錄

第一部分基礎知識

第一章地質(zhì)基礎知識

第一節(jié)鉆井地質(zhì)知識

第二節(jié)石油地質(zhì)基礎知識

第二章電工學基礎知識

第一節(jié)交流電基礎知識

第二節(jié)電路基礎知識

第三章電子學基礎知識

第一節(jié)半導體基礎知識

第二節(jié)半導體二極管的伏安特性

第四章法定計量單位轉(zhuǎn)換

第一節(jié)壓力法定計量單位

第二節(jié)重量/質(zhì)量法定計量單位

第三節(jié)密度/比重/梯度法定計量單位

第四節(jié)其他法定計量單位

第五章計算機基礎知識

第一節(jié)EXCEL電子表格制作

第二節(jié)計算機網(wǎng)絡基本概念

第三節(jié)INTERNET基本知識

第二部分操作技能與相關(guān)知識

第一單元拆卸安裝錄井設備

第二單元調(diào)試錄井設備

第三單元操作維護錄井系統(tǒng)設備

第四單元整理資料

第三部分理論考試試題

第四部分技能考試試題

第一部分

基礎知識

第一章地質(zhì)基礎知識

第一節(jié)鉆井地質(zhì)知識

一、鉆前準備

（…）地質(zhì)預告編制

地質(zhì)預告編制應遵循的原則：實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、安全鉆進、及時發(fā)現(xiàn)、保護油氣層。

（二）地質(zhì)交底

1.介紹工區(qū)的勘探形勢、本井的地質(zhì)任務、鉆探目的以及完鉆原則等。

2.介紹本井錄取地質(zhì)資料的具體要求和取全取準地質(zhì)資料的具體措施，

提出需要工程方面協(xié)作配合的內(nèi)容。

3.詳細介紹鄰井鉆遇油氣水的層位、井深、地層壓力等情況，預告本井

鉆遇相應油氣水層的層位、深度、壓力及建議采取的相應對策。

4.詳細介紹鄰井鉆遇的井下復雜情況，預告本井可能出現(xiàn)的情況及應該

采取的措施。

（三）鉆前檢查

開鉆前甲方負責人應組織鉆井平臺經(jīng)理或工程技術(shù)負責人、錄井隊隊長或地

質(zhì)師對鉆前安裝和準備工作做一次全面檢查。

檢查的主要內(nèi)容有：

1.設備安裝是否滿足取資料采集錄取要求，包括高架槽坡度、振動篩性

能、篩布、洗砂樣水管線、高架槽裝防爆燈、烘砂樣的蒸汽管線等。

2.場地布置、各種器材、原始記錄、表格、化學藥品等是否齊全完好。

3.氣測、綜合錄井隊是否到現(xiàn)場、安裝運轉(zhuǎn)是否良好。

4.鉆具、表層套管是否丈量，規(guī)格是否符合設計要求。

5.值班房內(nèi)的布置是否符合標準化的要求，各項規(guī)章制度和取全取準地

質(zhì)資料的措施是否制定。

6.是否進行了地質(zhì)交底。

二、鉆時錄井

（-）鉆時曲線的繪制

在方格厘米紙上以縱坐標表示井深，單位m,比例尺1：500,橫比例尺可

視鉆時變化大小和圖幅規(guī)格而定。繪圖時先將鉆時點按縱橫比例點在圖上，各點

首尾相連，即成鉆時曲線圖。再在曲線相應位置上用符號或文字標明接單根、起

下鉆、換鉆頭位置及鉆頭類型、卡鉆、取心鉆進和蹩、跳鉆等情況。

（二）鉆時曲線的應用

鉆時曲線主要用于巖性解釋和巖屑的分層定名；其次用于與鄰井的地層對

比，結(jié)合錄井剖面圖，可以很好地卡準取心層位、潛山界面和完鉆層位等；止匕外,

還可為鉆井工程計算純鉆進時間、選擇鉆頭類型、更換鉆頭服務。

三、巖屑錄井

,從取全取準巖屑的分析中已不難看出影響巖屑錄井的主要因素是井深是否

準確。當井深準確時，返出時間的精確與否則是影響巖屑錄井的主要因素。

以下影響因素都是圍繞返出時間（遲到時間）來描述的。

（-）鉆頭類型和巖石性質(zhì)的影響

刮刀鉆頭鉆屑呈片狀和塊狀，牙輪鉆頭鉆屑較細且呈粒狀，砂巖、泥巖、頁

巖的鉆屑形態(tài)差異很大。片狀巖屑面積大，浮力也大，上返速度也快；粒狀、塊

狀屑巖與鉆井液接觸面積小，上返速度就較慢，返出時間就會延長。

（-）鉆井液性能的影響

鉆井液性能不適應地層，造成井壁坍塌，巖屑混雜，使巖屑代表性變差。

（三）鉆井參數(shù)和井眼的影響

鉆井參數(shù)主要指鉆井液排量的變化。鉆井液排量頻繁變化將直接影響返出時

間，造成巖屑代表性不強，甚至失真。井眼不規(guī)則也影響鉆井液的上返速度，在

大井眼處上返慢，攜帶巖屑能力差，造成巖屑混雜；在小井眼處鉆井液流速快，

上返也快。所以井眼不規(guī)則造成巖屑上返時快時慢，直接影響返出時間的準確性，

使巖屑代表性變差。

（四）下鉆或劃眼作業(yè)使上部地層的巖屑與新巖屑混雜返出，造成巖屑失真。

四、巖心錄井

（一）取心的種類

取心分水基、油基鉆井液取心和密閉液取心三大類。

1.水基鉆井液取心--成本低，工作條件好，是比較廣泛采用的一種取心方

法。但其最大缺陷是鉆井液對巖心的沖刷作用大，浸入環(huán)帶深，所取巖心不能完

全滿足地質(zhì)的要求。

2.油基鉆井液取心--多數(shù)在開發(fā)準備階段采用，其最大優(yōu)點是保護巖心不

受鉆井液沖刷，能取得接近油層原始狀態(tài)下的油水飽和度資料，為油田儲量計算

和開發(fā)方案的編制提供準確的參數(shù)。但其工作條件極差，對人體危害大，污染環(huán)

境，且成本高。

3.密閉液取心--這種方法仍采用水基鉆井液，但由于取心工具改進和內(nèi)筒

中的密閉液對巖心的保護免受鉆井液的沖刷和浸泡，能達到近似油基鉆井液取心

的目的。

（二）巖心出筒、丈量和整理

1.巖心的出筒及清洗

1）巖心出筒前應丈量巖心內(nèi)筒的頂?shù)卓?，頂空是巖心筒內(nèi)上部無巖心的空

間距離，底空是巖心筒內(nèi)下部（包括鉆頭）無巖心的空間距離。

2）巖心出簡

a.巖心出筒的關(guān)鍵在于保證巖心的完整和上下順序不亂。

b.巖心出筒的方法有多種，現(xiàn)場常用的方法有手壓泵出心法、鉆機或電

葫蘆提升出心法、水泥車出心法等。

c.接心特別注意順序：先出筒的為下部巖心，后出筒的為上部巖心，應

依次排列在出心臺上，不能倒亂順序。

3）巖心清洗

巖心全部出完后要進行清洗，但對含油巖心要特別小心，不能用水沖洗，只

能用刮刀刮去巖心表面的泥餅，并觀察其滲油、冒氣情況且做好記錄。對油氣顯

示好的巖樣要封蠟保存，送樣分析化驗。

2.巖心丈量。

1）丈量巖心

a.判斷真假巖心：假巖心松軟，剖開后成分混雜，與上下巖心不連續(xù),

多出現(xiàn)在巖心頂部；凡超出該筒巖心收獲率的巖心要特別注意，只有查明井深后，

才能確定是否為上筒余心的套心。

b.巖心丈量：巖心清洗干凈后，對好巖心茬口，磨光面和破碎巖心要

堆放合理，用紅鉛筆或白漆自上而下劃一條丈量線，箭頭指向鉆頭的方向，標出

半米和整米記號。巖心由頂?shù)降子贸咦右淮涡哉闪浚L度精確到cm。

2）巖心收獲率計算

巖心收獲率=實取心長度（m）/取心進尺（m）X100%；

每取心一筒均應計算一次收獲率，當一口井取心完畢，應計算出全井巖心收

獲率（平均收獲率）；

總巖心收獲率=累計巖心長（m）/累計取心進尺（m）X100%

計算結(jié)果應保留到小數(shù)點后兩位。

3.巖心整理

將丈量好的巖心，按井深順序自上而下，從左到右依次裝入巖心盒內(nèi)，然后

進行涂漆編號。

巖心編號的密度一般以20~30cm為宜。在本筒范圍內(nèi)，按自然斷塊自上而

下逐塊涂漆編號，或用卡片填寫后貼在該塊巖心之上。這一方法對破碎和易碎的

巖心尤為適用。

盒內(nèi)筒次之間的巖心用檔板隔開，并貼上巖心標簽，注明筒次、井段、收獲

率和塊數(shù)，便于區(qū)分和檢查。

（三）巖心采樣和巖心保管

1.巖心采樣

1）采樣要求

a.油浸以上的油砂每米取10塊，油斑和含水砂巖每米取3塊；

b.碳酸鹽巖類、一般巖性每米取1~2塊，油氣顯示段及縫洞發(fā)育段每

米取5塊；

c.樣品長度一般5~8cm,松散巖心取300g。

2）注意事項

a.采樣前首先要落實巖心順序，核對巖心長度；

b.采樣時應將巖心依次對好，沿同一軸面劈開，用同一側(cè)巖心取樣，

另一側(cè)保存；

c.用作含油飽和度分析的樣品，必須在出筒后兩小時內(nèi)采樣并封蠟；

d.厚層油砂和水砂，每米采一塊樣品，并填寫標簽，用紙包好；

e.樣品必須統(tǒng)一編號，從第一筒巖心到最后一筒巖心順序排列，不能

■筒心編一次號；

f.巖心樣品分析項目由地質(zhì)任務書或使用單位確定；

g.采樣完畢應填寫送樣清單一式三份（兩份上交、一份自存），并隨樣

品送分析化驗單位。

2.巖心保管

將巖心裝箱后，應按先后順序存放在巖心房內(nèi)，嚴防日曬、雨淋、倒亂、人

為損壞、丟失。每取一個井段的巖心后應及時要求管理單位驗收，驗收合格后，

將巖心送巖心庫統(tǒng)一保管。入庫時要求填寫詳細的入庫清單，包括井號、取心井

段、取心次數(shù)、心長、進尺、收獲率、地層層位、巖心箱數(shù)等。

綜上所述，鉆井取心作業(yè)中巖心出筒的工作要點如下--

1.丈量巖心筒內(nèi)頂空和底空高度，計算巖心長度；

2.按順序進行巖心出筒，并放入專用的巖心筒或巖心盒內(nèi)；

3.清理巖心表面，并進行巖心描述；

4.標識或進行特殊要求如采樣、封蠟作業(yè)；

5.做存放和搬運處理。

五、熒光錄井

（-）概述

1.原理

石油是碳氫化合物，除含烷燒外，還含有叫電子結(jié)構(gòu)的芳香燒化合物及其

衍生物。芳香燒化合物及其衍生物在紫外光的激發(fā)下，能夠發(fā)射熒光。原油和柴

油，不同地區(qū)的原油，雖然配制溶液的濃度相同，便所含芳香經(jīng)化合物及其衍生物

的數(shù)量不同，n一電子共趣度和分子平面度也有差別，故在365nm附近紫外光的

激發(fā)下其熒光強度和波長是不同的，這種特性稱為石油的熒光性。根據(jù)石油的這

種特性，將現(xiàn)場采集的巖屑浸泡后通過熒光錄井儀分析，便可直接測定砂樣中的

含油量。

2.熒光錄井的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1）靈敏度高，對肉眼難以鑒別的油氣顯示，尤其是輕質(zhì)油，能夠及時發(fā)現(xiàn)。

2）可以區(qū)分油質(zhì)的好壞和油氣顯示的程度，正確評價油氣層。

3）在新區(qū)新層系以及特殊巖性段，可以配合其它錄井手段準確解釋油氣

顯示層，彌補測井解釋的不足。

4）測試成本低,方法簡便易行，可系統(tǒng)照射，對落實全井油氣顯示極為重

要。

缺點：

1）熒光錄井是在巖屑錄井的基礎上進行的，受到巖屑錄井準確程度的影響。

2）受油氣浸、泡油等因素影響。

（-）現(xiàn)場熒光錄井方法

現(xiàn)場常用熒光錄井方法有：巖屑濕照、干照、點滴分析和系列對比。

1.巖屑濕照和干照

這是現(xiàn)場使用最廣泛的一種方法。它的優(yōu)點是簡單易行,對樣品無特殊要求,

且能系統(tǒng)照射，對發(fā)現(xiàn)油氣顯示是一種極為重要的手段。為了及時有效地發(fā)現(xiàn)油

氣顯示，尤其對輕質(zhì)油，各油田采取了濕照和干照相結(jié)合的方法，使油氣層發(fā)現(xiàn)率

有了很大的提高。

巖屑濕照是系統(tǒng)逐包普照,在熒光燈下觀察是否有熒光顯示。含油巖屑在紫

外光下呈現(xiàn)淺紫、淡黃、黃、亮黃、棕、棕褐色等，發(fā)現(xiàn)發(fā)光巖屑后將其挑出，填

寫標簽〈井深、巖性等〉裝袋,備進一步分析之用。

在設計目的層段，有目的地采用濕照，能及時發(fā)現(xiàn)油氣顯示,可避免烘烤、晾曬

造成的油氣揮發(fā)。

為提高熒光錄井的可靠性,在現(xiàn)場還必須排除假顯示、混入油和成品油的影

響、礦物發(fā)光。

判斷原油和礦物發(fā)光的方法:將挑出的發(fā)光巖屑放在無熒光顯示的空白濾紙

上，滴上氯仿或四氯化碳等有機溶劑，放入紫外光下觀察，濾紙上有熒光痕跡者為

原油顯示.無顯示者為礦物發(fā)光。

第二節(jié)石油地質(zhì)知識

一、石油、天然氣的生成

（-）生成油氣的物質(zhì)基礎是古生物

1.有機物質(zhì)的來源

有機物質(zhì)就是生活在地球上的生物的遺體。沉積巖中含有大量的古生物，特

別是作為大古生物生存養(yǎng)料的低等生物數(shù)量更大，這種有機物質(zhì)在有的粘土巖中

含量可以達到1%~3%,它們就是生成石油和天然氣的物質(zhì)基礎。

2.有機物質(zhì)中哪些可以轉(zhuǎn)變?yōu)槭秃吞烊粴?/p>

有機物質(zhì)的成分相當復雜，主要包含有脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木質(zhì)、

樹脂、蠟等。一般認為，除樹脂和木質(zhì)外，其他的成分都可以轉(zhuǎn)變成油、氣。

（-）有機物質(zhì)的保存

地球上的有機物質(zhì)是極豐富的，但并不是所有的有機物質(zhì)都能轉(zhuǎn)化成油、氣,

其中有的將被氧化而遭到破壞，另一部分在還原環(huán)境中得以保存，進而轉(zhuǎn)化成油、

氣。因此缺氧的還原環(huán)境是有機物堆積和保存的必要條件。乏氧沉積環(huán)境的出現(xiàn)

受下列因素的影響：

1.地殼長期緩慢地下降，且下降幅度能不斷地被沉積物所補償。

2.淺海區(qū)的陸棚、海灣、瀉湖及內(nèi)陸湖泊的深水、半深水區(qū)是生油最有利

的地區(qū)。

3.大地構(gòu)造位置：沉積盆地所處大地構(gòu)造位置對有機物質(zhì)的保存有重要意

義。據(jù)目前已掌握的資料來看，油、氣絕大多數(shù)分布在地臺區(qū)的臺向斜和邊緣坳

陷，褶皺區(qū)的山前坳陷、山間坳陷和中間地塊等大構(gòu)造單元之中。

4.古地形：沉積盆地內(nèi)，各部分下降速度是不均的，盆底古地形常常發(fā)生

變化，形成相對水下洼地和水下隆起。二者相對而言，洼地較寧靜，便于有機物

質(zhì)的堆積和保存，隆起水流較動蕩，易形成分選好的儲集層。這樣的古地形是生

油物質(zhì)堆積、保存、以及油氣儲藏的良好場所。

5.沒有強烈回返現(xiàn)象，但具有小幅度的多旋回的地殼運動。

（三）有機物質(zhì)向石油、天然氣轉(zhuǎn)化的物理生物化學條件

1-溫度；

2.壓力；

3.細菌活動；

4.氫化作用；

5.催化作用。

（四）油氣生成的主要階段

1.生物化學生氣階段；

2.熱催化生油氣階段；

3.熱裂解生凝析氣階段；

4.深部高溫生氣階段。

第二章電工學基礎知識

第一節(jié)交流電基礎知識

一、交流電的基本概念

（一）周期電流

大小和方向均隨時間做周期性變化的電流叫周期電流。

（二）周期、頻率

在一定時間段T內(nèi)，電流的變動完成一個循環(huán)，下一個T時間段內(nèi)重復

變動，此時間段T就稱為周期。周期的單位是秒（S）,有時也用毫秒（mS）、

微秒（US）、納秒（nS）來表示，其換算關(guān)系為

lS=103mS=106nS=109nS

單位時間內(nèi)電流變動所完成的周期數(shù)，稱為頻率，用f表示，單位為赫茲。

頻率為周期的倒數(shù)，f=l/T,其單位為赫茲（Hz）,有時也用千赫（kHz）、兆

赫（MHz）、吉赫（GHz）來表示，其相互間的換算關(guān)系為

1Hz=10-3kHz=10《MHz=10-9GHz

（三）交流

1.定義

大小和方向均隨時間變化，而在一個周期內(nèi)平均值等于零的周期電流，

稱之為交流。

2.交流電瞬時值

交流電流或交流電壓在任意時刻的值叫做它們的瞬時值，因為它們是時

間的函數(shù)，故其數(shù)學符號用i（t）和u（t）來表示。

3.交流電方向

對于交流電，通常情況下，應給出電流的參考方向，這樣當電流的實際

方向和所給出的電流方向一致時，就認為電流值為正，反之為負；對于交變

電壓而言，就AB段電路，若指定其參考方向從A指向B,那么當某一瞬間

A點的電位高于B點時，電壓為正值，反之為負值。

綜合錄井系統(tǒng)內(nèi)所用的交流電，通常其交流電壓為220/380V、頻率

50Hz/60Hzo

4.正弦交流

隨時間變化的電流按正弦規(guī)律變化的交流，被稱之為正弦交流。

在綜合錄井系統(tǒng)內(nèi)，變壓器、真空泵內(nèi)交流電機、穩(wěn)壓電源、室內(nèi)照明

都應用了正弦交流電。

5.交流電路

當電路中通過的電流為交流時，此電路被稱為交流電路。

二、正弦電流、電壓

（一）正弦電流

參考方向

圖2-2-1正弦電流曲線

對于圖2-2-1所示的正弦交流電流來講，其數(shù)學表達式為

i=Imsin（31+w）（2-2-1）

式中i是電流的瞬時值，Im是該電流的最大值或振幅，3為角頻率，W為初

相位，3t+W稱為相位。

1.振幅：正弦交流在某個瞬間達到最大值，這個值被稱為該交流參量的極大

值或振幅。一般規(guī)定瞬時值用小寫字母表示，如電流瞬時值用i表示、電

壓瞬時值用u表示、電動勢的瞬時值用e表示；而各參量的振幅則采用其

大寫字母附下標m來表示，如電壓的振幅則用Um表示。

2.周期：正弦函數(shù)變化一周即2m弧度所用的時間叫周期，用T來表示，單

位S秒）。

3.頻率：正弦函數(shù)在一個周期即2n弧度內(nèi)重復變化的次數(shù)，用f來表示，

單位Hz（赫茲），f=l/To

4.角頻率：正弦量每秒變化的弧度數(shù)，用3表示，單位為弧度/S。

5.相位：反映正弦量在交變過程中瞬時值的大小和方向的3t+w被稱為正弦

量的相位。

6.初相：3t+w中當t=0時的相位，即W。

7.參考正弦量：初相為零的正弦量被稱為參考正弦量。

8.正弦量的三要素：正弦量的特征表現(xiàn)在正弦量的大小、變動的快慢及初始

值三個方面，而其確定則相應地由振幅（或極大值）、頻率（或角頻率）和

初相來完成。振幅、頻率和初相被稱為正弦量的三要素。

（二）正弦量之間的關(guān)系

正弦量間的相位差是反映它們相互關(guān)系的一個重要標志。

1.相位差：任意兩個同頻率的正弦量，它們相位間的差值被稱為相位差。如

一個正弦電壓和一個正弦電流--

u=Umsin（31+wJ

i=Imsin（3t+W2）（2-2-2）

它們間的相位差為①=（3t+Wi）-（3t+W2）=Wd如果①=Wi-W，O,就

說電壓u超前電流I一個由角度，即電壓u比電流I先①個角度達到正的最大值

或零值。

2.初相差

兩個同頻率的正弦量的相位差，被稱為初相差。如果相位差為零，則稱兩

正弦量為同相，即同時達到正的最大值和零值；當相位差為90。時，則稱它們

為相位正交；當兩正弦量的相位差為180。時，則稱它們?yōu)榉聪辔弧?/p>

(三)周期電流的有效值

以周期電流1=101$皿31+山)為例，其有效值l=Im/評7071m。

上述規(guī)律，對正弦電壓和正弦電動勢同樣適用，即

正弦電壓的有效值U=Um/萬0.707Um

正弦電動勢的有效值E=Em//*0.707Em

(四)電子元件中的正弦電流

1.電阻中的正弦電流

對交變電流、電壓的瞬時值來講，歐姆定律同樣適用，即假設有正弦電

流i=Imsin3t通過電阻R(電流和電壓的參方向一致)，貝IJ

u=Ri=RImsinwt=Umsin?t(2-2-3)

顯然Um=RIm,有效值U=RI

電阻R通過正弦電流的瞬時功率為

2

p=ui=UmImsin?t(2-2-4)

當電壓與電流的方向始終一致時，瞬時功率正值，電阻R吸收功率；當電

壓與電流的方向相反時，瞬時功率為負值，此時電阻R釋放功率。

通常情況下，要求掌握的功率是指平均功率。所謂交變電流的平均功率是瞬

時功率在一周期內(nèi)的平均值，三叫g(shù)功功率。按電壓和電流的有效值計算電阻中

的平均功率，則P=umim/(vT)=UL

2.電感中的正弦電流

當正弦電流i=ImSin3t通過電感時，電感兩端的電壓

u=Ldi/dt=3LImcos31=3LImsin(wt+n/2)=Umsin(3t+n/2)

(2-2-5)

由上式可知電感的電壓u與電流i均是同頻率的正弦量，電壓的極大值Um=

3LIm，其相位超前于電流90°也就是電感兩端的交變電壓達到極大值的時

間比電流早1/4個周期。

由于Um=3LIm，3=2JIf,則感抗值

XL=Um/Im=U/I=?L=2nfL(2-2-6)

所謂感抗是指電感中電流極大值(或有效值)與電壓極大值(或有效值)的

比值，它帶有阻止電流通過的性質(zhì)，其單位與電阻的單位相同。感抗與角頻率和

電感的關(guān)系表明感抗隨頻率的增高而變大，隨電感值的升高而變大，值得注意的

是感抗只對正弦量有意義，對直流則無意義，也就是說電感元件對直流來講相當

于短路。

在正弦電流情況下，電感中的瞬時功率為

p=ui=UmImcos31sin3t=22Iip/oscotsinwt=UIsin2wt

1'(2-2-7)

由上式可知正弦電流下的電感的瞬時功率也是一正弦量，其頻率為電流頻率

的兩倍，而在一個周期內(nèi)電感中的平均功率P=0,即電感中只存在磁場能量與外

部能量的轉(zhuǎn)換，不消耗功率，但其極大值為

UI=I2Xi=u7X).(2-2-8)

3.電容中的正弦電流

當一電容兩端被施加一正弦電壓u=Umsin3t時，電容中將有電流通過，若

電壓u與電流i的參考方向一致，則

i=Cdu/dt=wCUmcoswt=wCUmsin(?t+n/2)=Imsin(wt+n/2)

(2-2-9)

由上式可知電容中的電流i與電壓u是同頻率的正弦量，電流的極大值Im=

3CUm,相位超前于電壓90°。

把電容中電流極大值(或有效值)與電壓極大值(或有效值)的比值，叫電

容的電抗，簡稱容抗(Xc),它帶有阻止電流通過的性質(zhì)，其單位與電阻的單位

相同。

Xc=Um/Im=U/I=l/(3C)=l/(2nfC)(2-2-10)

容抗與3、C有關(guān)。頻率愈高，電容兩端充放電的速度愈快，則容抗愈小，

通過的電流愈大；電容愈大，容抗愈小，相同頻率下，電容兩端移動的電荷愈多，

通過的電流愈大。

當電容兩端通過直流時，由于3=0,則容抗為無窮大，即電容的“隔直通交”

作用。容抗只對正弦電流有意義。

在正弦電流情況下，電容中瞬時功率為

p=ui=UmImsinCJtcost=UIsin23t(2-2-11)

顯然它同電感具有一樣的特征，在一個周期內(nèi)所吸收的平均功率為零。

第二節(jié)電路基礎知識

一、電路基本定律

(-)基本概念

1.支路

所謂支路就是電路中每個分支。在圖2-2-2中，ACB、AB、ADB均為

支路。其中有電源的支路為有源支路；無電源存在的支路為無源支路。圖

2-2-2中，ACB、AB為有源支路，ADB為無源支路。

A

RiR2bR3

|cID

-Zl-E2

EiT

B

圖2-2-2具有兩個電源的電路

2.節(jié)點

所謂節(jié)點是在電路中三個或三個以上支路的連接點。圖2-2-2中有

兩個節(jié)點A、B,而C則不是節(jié)點。由此可知支路是連接兩個節(jié)點的一段

電路。

3.回路

電路中任何一個閉合路徑，稱之為回路。在圖2-2-2中共有三個回

路，即ACBA、ADBA、ACBDAo

(二)電路的基本定律

1.基爾霍夫電流定律

在電路中，流入任一節(jié)點的電流必等于流出該節(jié)點的電流，這一定

律就是基爾霍夫電流定律。該定律確定了節(jié)點處電流間的關(guān)系，是“電荷

守恒”的一種反映--任一節(jié)點處的電荷既不能產(chǎn)生也不會消滅。

對于圖2-2-2而言，其節(jié)點A處，流入的電流為I”流出的電流為

12和卜，根據(jù)基爾霍夫電流定律則有

Ii=12+13(2-2-12)

如果流入節(jié)點A的電流為正，流出節(jié)點A的電流便為負，則有

EI=0

即Ii-l2-b=0(2-2-13)

由此我們可以這樣需述基爾霍夫電流定律：在電路中的任一節(jié)點處，

其電流的代數(shù)和為零。

應注意的是節(jié)點處流入與流出的電流的正負，取決于電流的參考方

向是指向節(jié)點還是離開節(jié)點，如果以流出節(jié)點的為正，那么流入節(jié)點的便

為負。而每個電流的正負值取決于電流的實際方向是否與參考方向一致，

通常一致為正，相反為負。

基爾霍夫電流定律同樣適合于包圍著幾個節(jié)點的閉合面。在圖2-2-2

中虛線以上部分可以看成是一個閉合面，將該閉合面視為一個節(jié)點，則其

電流的代數(shù)和為零。

2.基爾霍夫電壓定律

在電路中，任一回路內(nèi)各段電壓的代數(shù)和為零，這一定律就是基爾

霍夫電壓定律。該定律確定了回路內(nèi)各段電壓間的關(guān)系，反映了電壓與路

徑無關(guān)的性質(zhì)。

￡U=0(2-2-14)

對于圖2-2-2而言，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，其回路ACBA有

UAB=UAC+UCB

在計算回路電壓時，通常需規(guī)定一個繞行回路方向，凡電壓的參考或

實際方向與回路繞行方向一致的，此電壓為正，反之為負。

3.歐姆定律與基爾霍夫電壓定律的結(jié)合

任一回路內(nèi)，電阻上的電壓降的代數(shù)和等于電動勢的代數(shù)和，即

X(IR)=￡E(2-2-15)

對于圖2-2-2中回路ACBA有

EI+E2=IR+I2R2

二、電阻串并聯(lián)電路

(一)電阻的串聯(lián)

所謂電阻的串聯(lián)是指將多個電阻一個接一個地連接在一起，而電阻

串聯(lián)電路則是由多個電阻串聯(lián)所構(gòu)成的單一支路的簡單電路。圖2-2-3所

示的電路為電阻串聯(lián)電路，即Ri、R2、R3串接在一起形成一個支路。

串聯(lián)電路有如下特點：

1.根據(jù)基爾霍夫電流定律可知，通過各電阻的電流是同一個電流1；

2.根據(jù)基爾霍夫電壓定律，串聯(lián)電阻兩端的總電壓U等于各個電阻

上電壓的代數(shù)和；

3.應用歐姆定律可推導出：幾個電阻串聯(lián)時.，總電阻等于這幾個電阻

之和；

4.等值電阻所消耗的功率等于各電阻消耗的功率總和。即

I=I1=I2=l3

U=U1+U2+U3（2-2-16）

R=R]+RZ+R3

P=Pj+P2+P3

圖2-2-3中A、B為電阻串聯(lián)電路的端點，U為A、B兩端電壓，I為電路總

電流，Ui、U2、U3為電阻Ri、R2、R3各自兩端的電壓、R為串聯(lián)電路的等效電

阻（又稱總電阻）。

（二）電阻的并聯(lián)

所謂電阻的并聯(lián)是指將多個電阻兩端分別連接在一起，而電阻并聯(lián)電路則

是由多個電阻并聯(lián)而構(gòu)成的多個支路（每個電阻為一個支路）的簡單電路。圖

2-24所示的電路為電阻并聯(lián)電路，即Ri、R2、R3并接在一起形成三個支路。

圖2-2/電阻的并聯(lián)

并聯(lián)電路有如下特點：

6.根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知，各電阻兩端的電壓是同一個電壓U；

7.根據(jù)基爾霍夫電流定律，并聯(lián)電阻兩端的總電流I等于各個電阻上電

流的代數(shù)和；

8.應用歐姆定律可推導出：幾個電阻并聯(lián)時，總電阻的倒數(shù)等于各電阻

倒數(shù)之和；

9.等值電阻所消耗的功率等于各電阻消耗的功率總和。即

U=U1=U2=U3

LI1+I2+I3

1/R=1/R|+1/R2+1/R3^G=GI+G2+G3

P=P]+P2+P3(2-2-17)

圖2-2，中A、B為電阻并聯(lián)電路的端點，I為總電流、U為A、B兩端電

壓，Ii、L、b為流經(jīng)電阻Ri、R2、R3各支路的電流、R為并聯(lián)電路的等效電阻

（又稱總電阻）。

（三）電阻串并聯(lián)電路

電阻串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合的連接方式，叫電阻的串并聯(lián)。在電阻串并聯(lián)電路中,

如果已知總電壓，欲求各電阻上的電壓和電流，求解的一般步驟為：

1.首先求出這些電阻的等效電阻；

2.應用歐姆定律求出總電流；

3.利用基爾霍夫電流和電壓定律分別求出各電阻上的電壓和通過的電

流。

A———

—?R)

I

uR2

B

圖2-2-5電阻串并聯(lián)電路

對于圖2-2-5,它是一個由三個電阻串并聯(lián)所組成的電路，R2、R3

并聯(lián)與Ri相串聯(lián)，如果U已知，各電阻阻值已給出，則求解電流I、h、

L、b、Ui、U2、U3的步驟如下：

解：已知U、Ri、R2、R3

由電阻串并聯(lián)原理

則電路等效電阻R=RI+R?R3/（R2+R3）

由歐姆定律

有電路總電流I=U/R

根據(jù)基爾霍夫電流和電壓定律

有通過電阻Ri的電流1尸1

電阻Ri兩端的電壓Ui=I,Ri

電阻R2、R3兩端的電壓U2=U3=U-U1

通過電阻R2的電流L=U2/R2

通過電阻R3的電流b=U3/R3

第三章電子學基礎知識

第一節(jié)半導體基礎知識

一、漂移電流和擴散電流

（一）漂移電流

載流子在電場力作用下的定向運動稱為漂移運動。

漂移運動產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。電場越強，則載流子的漂移速度越快,

漂移電流就越大；載流子的濃度越大，則漂移運動的載流子數(shù)量越多，漂移電流

也越大。

（-）擴散電流

如果半導體內(nèi)載流子濃度分布不均勻，那么無需電場力作用，載流子便會

從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動。

由于濃度差而引起的定向運動，稱為擴散運動。載流子擴散運動所形成的

電流稱為擴散電流。擴散電流的大小與載流子濃度梯度成正比，與電場強度和載

流子濃度無關(guān)。

二、PN結(jié)

（―）平衡狀態(tài)的PN結(jié)

當P型和N型半導體接觸在一起時一，因為多數(shù)載流子擴散運動的結(jié)果，在

交界處形成一個空間電荷區(qū)，產(chǎn)生自建電場，自建電場又引起少數(shù)載流子的漂移

運動，兩種運動的效果相抵消時，形成一個平衡的PN結(jié)。

當兩種半導體結(jié)合在一起時，在交界面上有很大的載流子濃度差，N型區(qū)

中電子濃度高，P型區(qū)中空穴濃度高，電子和空穴都要由濃度高處向濃度低處擴

散，于是，有一些N區(qū)中的電子要擴散到P區(qū)去，有一些P區(qū)中的空穴要擴散

到N區(qū)去。

（二）外加正向電壓時的PN結(jié)

PN結(jié)外加正向電壓時，空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子擴散，小的正

向電壓，就能產(chǎn)生大的正向電流，正向電阻小，PN結(jié)表現(xiàn)為導通狀態(tài)。正向電

流的方向是從P區(qū)流向N區(qū)。

PN結(jié)中正向電流的傳輸過程是：N（或P）區(qū)的多數(shù)子電子（或空穴）擴

散到P（或N）區(qū)，在P（或N）區(qū)邊界上形成非平衡少子積累，然后一邊擴散

一邊與多子復合，少子擴散電流通過復合轉(zhuǎn)化為多子的漂移電流。正向電壓越大,

邊界積累的非平衡少子越多，濃度梯度越大，擴散電流也越大。

（三）外加反向電壓時的PN結(jié)

加反向電壓時，外加電場的方向與自建電場的方向一致。在外加電場的作

用下，兩個區(qū)中的多數(shù)載流子背離交界面移動，因而空間電荷區(qū)變寬，空間電荷

量增多，勢壘加高，不利于多數(shù)載流子的擴散運動。

外加反向電壓時，空間電荷區(qū)變寬，阻止多子擴散，由少子形成反向電流,

反向電流很小，且不隨反向電壓增加而增加，反向電阻很大，PN結(jié)表現(xiàn)為截止

狀態(tài)。

（四）PN結(jié)的伏安特性

PN結(jié)的伏安特性有兩個特點：

1.PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＜诱螂妷簳r，電流大，電阻小，呈導通狀態(tài);

加反向電壓時，電流小，電阻大，呈截止狀態(tài)。

2.PN結(jié)的伏安特性是非線性的。無論正向或反向，電流與電壓都不成正

比，PN結(jié)的電阻與所加電壓的極性和大小都有關(guān)。

（五）PN結(jié)的反向擊穿

加大PN結(jié)的反向電壓到某一值時，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN

結(jié)擊穿，發(fā)生擊穿所需的電壓稱為擊穿電壓。

PN結(jié)有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。實踐和理論分析表明：擊穿電壓小

于4V的屬于齊納擊穿，擊穿電壓高于6V的屬于雪崩擊穿，介于兩者之間的，

其擊穿機理可能都起作用。

PN結(jié)上加反向電壓超過一定限度時，會產(chǎn)生反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象

叫做PN結(jié)擊穿。發(fā)生齊納擊穿和雪崩擊穿時，只要限制擊穿后的電流，便不會

損壞PN結(jié)。但是如果擊穿后電流很大，溫度升高，發(fā)生熱擊穿，就會導致PN

結(jié)損壞。

（六）PN結(jié)的電容效應

PN結(jié)存在電容效應。PN結(jié)的電容由勢壘電容和擴散電容兩部分組成。

勢壘電容是指空間電荷區(qū)寬度隨外加電壓改變所產(chǎn)生的電容效應。

擴散電容是指PN結(jié)兩側(cè)積累的非平衡載流子數(shù)量隨外加電壓改變所產(chǎn)生

的電容效應。

PN結(jié)的電容是對交流小信號而言的。PN結(jié)反向工作時，勢壘電容起主要

作用，正向工作時擴散電容起主要作用，PN結(jié)的面積增大時，PN結(jié)的電容也增

第二節(jié)半導體二極管的伏安特性

二極管的核心是一個PN結(jié)，二極管的伏安特性具有以下特點：

（-）正向電壓很低時，正向電流非常小，屬于弱導通狀態(tài)，通常稱這個區(qū)域

為死區(qū)。只有當外加電壓超過某一數(shù)值時，才有明顯的正向電流，這一電壓值，

稱為死區(qū)電壓。硅二極管的死區(qū)電壓為0.5V,錯二極管的死區(qū)電壓為0.1V。實

際應用中，常近似認為在死電壓范圍內(nèi)，二極管正向電流為零，不導通。

（二）正向電壓大于死區(qū)電壓之后，正向電流開始明顯增加，并且隨著正向電

壓加大，電流增長很快，二極管的等效電阻變得很小，呈現(xiàn)充分導通狀態(tài)。

（三）當正向電流較大時一，實際特性比理論曲線更接近于直線。因為正向電流

較大時，PN結(jié)的電阻減小，相比之下，與之串聯(lián)的P區(qū)和N區(qū)的體電阻及電極

引線等電阻成為二極管電阻的主要部分，這些電阻都是線性的，不隨工作電流而

改變。