石油钻井设备与工具-王镇全 5第四节

1、第四节第四节 随钻测斜仪随钻测斜仪 如果井眼轨道不是按照预定的方向前进时，就必须如果井眼轨道不是按照预定的方向前进时，就必须下入弯接头重新定向，使井眼回到设计的轨道上来。在海下入弯接头重新定向，使井眼回到设计的轨道上来。在海上平台，利用传统的单点测斜仪频繁的测量和重新定向是上平台，利用传统的单点测斜仪频繁的测量和重新定向是非常费时和昂贵的。如果在钻井过程中，将安装在下部钻非常费时和昂贵的。如果在钻井过程中，将安装在下部钻具组合上的测斜仪器检测的数据连续不断的实时传送到地具组合上的测斜仪器检测的数据连续不断的实时传送到地面，那么可更加精确地控制井眼轨迹，同时节约测斜时间。面，那么可更加精确地控制

2、井眼轨迹，同时节约测斜时间。这种测量仪器通常称为随钻测斜仪。这种测量仪器通常称为随钻测斜仪。 根据测量仪器的结构特点和测量参数的传输方式可分根据测量仪器的结构特点和测量参数的传输方式可分为有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪为有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪 一、有线随钻测斜仪一、有线随钻测斜仪 利用导线与井下电子检测器连接，使电子测利用导线与井下电子检测器连接，使电子测斜仪的数据实时传送到地面，这种测量仪器通常斜仪的数据实时传送到地面，这种测量仪器通常称为有线随钻测斜仪。称为有线随钻测斜仪。 这种仪器检测器座在弯接头上面的定向接头这种仪器检测器座在弯接头上面的定向接头上。检测器内有电子传感器上。检测

3、器内有电子传感器( (与单多点一致与单多点一致) )来测来测量井斜角、方位角和工具面角。测量结果通过导量井斜角、方位角和工具面角。测量结果通过导线从仪器传到地面，由计算机分析信号，并显示线从仪器传到地面，由计算机分析信号，并显示出所测角度的数量。出所测角度的数量。1、有线随钻侧斜仪的特点 与单、多点测斜仪相比，这种仪器有如下优点与单、多点测斜仪相比，这种仪器有如下优点: : (1) (1)由于不需要由测量和检查方向引起的大量由于不需要由测量和检查方向引起的大量起下钢丝绳作业，所以节省了辅助钻进时间起下钢丝绳作业，所以节省了辅助钻进时间; ; (2) (2)由于连续监视，减少了井眼偏离设计轨道由

4、于连续监视，减少了井眼偏离设计轨道的危险，也就减少了扭方位的次数的危险，也就减少了扭方位的次数; ; (3) (3)由于控制得好，井眼轨道平缓，狗腿度小由于控制得好，井眼轨道平缓，狗腿度小; ; (4) (4)可以在钻进时监测工具面指向，从而计算可以在钻进时监测工具面指向，从而计算反扭矩。反扭矩。有有线线随随钻钻测测斜斜仪仪示示意意图图2 2、有线随钻测斜仪的总成、有线随钻测斜仪的总成 有线随钻测斜仪主要由井下测量系统，有线随钻测斜仪主要由井下测量系统，地面信号接收、转换、显示系统，信号传地面信号接收、转换、显示系统，信号传输电缆及其密封装备三部分组成输电缆及其密封装备三部分组成 。1 1、井

5、下测量系统、井下测量系统 1 1）探管总成）探管总成 探管是测量井眼各种参数的心脏。它主要由探管是测量井眼各种参数的心脏。它主要由磁力计、重力加速度计等测量原器件和电子线路磁力计、重力加速度计等测量原器件和电子线路组成。电子线路把井下测量的井眼参数转变成电组成。电子线路把井下测量的井眼参数转变成电信号，通过单芯电缆传输给地面仪器。信号，通过单芯电缆传输给地面仪器。 2 2）仪器外筒总成）仪器外筒总成 主要由电缆头总成、外筒扶正短节、上连接主要由电缆头总成、外筒扶正短节、上连接器、仪器筒、下连接器、加长杆、定向鞋组成。器、仪器筒、下连接器、加长杆、定向鞋组成。3 3）地面接收、转换、显示系统）地

6、面接收、转换、显示系统 井下仪器把井眼参数以电信号的形式井下仪器把井眼参数以电信号的形式传输给地面计算机系统，计算机把接收到传输给地面计算机系统，计算机把接收到的各种井眼参数的电信号进行信号放大、的各种井眼参数的电信号进行信号放大、译码处理，分别以数字形式直观显示在面译码处理，分别以数字形式直观显示在面板显示屏、地面司钻读出器和输入打印机，板显示屏、地面司钻读出器和输入打印机，把测量的井眼参数打印出来。把测量的井眼参数打印出来。4 4）信号传输电缆及其密封装置）信号传输电缆及其密封装置 第一种方法：第一种方法： 主要由单芯电缆、电缆车、主要由单芯电缆、电缆车、高压循环头高压循环头( (或电缆旁

7、通接头或电缆旁通接头) )、液压管线及手压、液压管线及手压泵组成。高压循环头有利于保护电缆，但每次接泵组成。高压循环头有利于保护电缆，但每次接单根都要把井下仪器提到钻柱最上面一根钻杆内，单根都要把井下仪器提到钻柱最上面一根钻杆内，接上单根后再下到井底座键。接上单根后再下到井底座键。 第二种方法：在钻杆上加旁通接头。接单根第二种方法：在钻杆上加旁通接头。接单根不需要起下电缆。但应注意保护井口电缆，防止不需要起下电缆。但应注意保护井口电缆，防止打扭、挤坏电缆。打扭、挤坏电缆。 3、有线随钻测斜仪的不足之处：、有线随钻测斜仪的不足之处： （1 1）只能在钻柱不旋转的时使用，只能用）只能在钻柱不旋转的

8、时使用，只能用于使用动力钻具驱动的井段。于使用动力钻具驱动的井段。 （2 2）因为方位传感器是磁力仪，需使用无）因为方位传感器是磁力仪，需使用无磁钻铤。在套管附近测量结果不可靠。磁钻铤。在套管附近测量结果不可靠。 （3 3）在电缆通过高压循环头的情况下，在）在电缆通过高压循环头的情况下，在接换单根或立柱时，须起下仪器。接换单根或立柱时，须起下仪器。二、二、 无线随钻测斜仪无线随钻测斜仪 因为有线随钻测斜仪有导线直接与计因为有线随钻测斜仪有导线直接与计算机相连，钻柱不能旋转，只能用于井下算机相连，钻柱不能旋转，只能用于井下动力钻具驱动的情况，限制了其应用范围。动力钻具驱动的情况，限制了其应用范围

9、。为克服这些缺陷，人们研究了无线传输信为克服这些缺陷，人们研究了无线传输信号方法，开发出无线随钻测斜仪。号方法，开发出无线随钻测斜仪。1 1、 无线传输信号的方法无线传输信号的方法 从从19301930年至今，人们研究了年至今，人们研究了3 3种不同的种不同的井下和地面之间的无线遥测传输系统：井下和地面之间的无线遥测传输系统： (1)(1)电磁发射电磁发射; ; (2) (2)声波声波; ; (3) (3)钻井液压力脉冲。钻井液压力脉冲。1 1） 电磁发射电磁发射 自从自从4040年代以来，有几家公司一直研年代以来，有几家公司一直研究利用电磁波究利用电磁波 ( (无线电波无线电波) )穿过地壳

10、传递信穿过地壳传递信号的可能性。安装在号的可能性。安装在BHABHA上的电波发送器产上的电波发送器产生可调制信号，以二进制码形成发送所需生可调制信号，以二进制码形成发送所需数据。地面上通过安装在井场附近的天线数据。地面上通过安装在井场附近的天线接收这些信号接收这些信号 。其系统构成如图：。其系统构成如图： 由于电磁信号在传输过程中的衰减问由于电磁信号在传输过程中的衰减问题，只有低频电磁波可以有效地传输，而题，只有低频电磁波可以有效地传输，而这些有时很难与钻机上电动设备振动发出这些有时很难与钻机上电动设备振动发出的频率区分开来的频率区分开来 。2 2） 声波法声波法 利用声波在钻杆中的传播建立信

11、号传递利用声波在钻杆中的传播建立信号传递通道的方法。通道的方法。 由于钻井作业中的背景噪声很大，须在由于钻井作业中的背景噪声很大，须在井下安装大功率的声波发生器。同时声波井下安装大功率的声波发生器。同时声波沿钻杆的衰减也使得在地面上采集信号很沿钻杆的衰减也使得在地面上采集信号很困难。需沿钻柱每间隔一段安装一个中继困难。需沿钻柱每间隔一段安装一个中继器放大信号。器放大信号。3 3） 钻井液脉冲遥测钻井液脉冲遥测 原理：利用井下脉冲发生器产生数据原理：利用井下脉冲发生器产生数据脉冲信号，这些脉冲信号通过钻井液传到脉冲信号，这些脉冲信号通过钻井液传到地面，在地面接收到这些信号后，通过对地面，在地面接

12、收到这些信号后，通过对信息进行译码，得到井下的测量数据。信息进行译码，得到井下的测量数据。 井下脉冲发生器主要有两种：正脉冲井下脉冲发生器主要有两种：正脉冲系统和负脉冲系统，分别介绍其基本原理系统和负脉冲系统，分别介绍其基本原理如下：如下：负脉冲系统负脉冲系统负脉冲系统 特点：钻井液脉冲遥测比其它方法的优特点：钻井液脉冲遥测比其它方法的优越之处在于它比较简单，信号传输迅捷准越之处在于它比较简单，信号传输迅捷准确。其压力脉冲以大约确。其压力脉冲以大约12001200一一1500m/s1500m/s的速的速度通过钻井液柱。度通过钻井液柱。 2 2、无线随钻测斜仪的基本构成、无线随钻测斜仪的基本构成主要部件有主要部件有: :(1)(1)操作系统的动力源操作系统的动力源; ;(2)(2)测量所需信息的传感器测量所需信息的传感器; ;(3)(3)以代码的形式将数据传输到地面的发送器；以代码的形式将数据传输到地面的发送器；(4)(4)协调工具各种功能的微处理机或控制系统。协调工具各种功能的微处理机或控制系统。地面设备主要有地面设备主要有: : (1) (1)检测压力变化并将其转化为电讯号的检测压力变化并将其转化为电讯号的立管压力传