定向井随钻测量误差模型及误差源分析

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定向井随钻测量误差模型及误差源分析

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传感器非线性误差比刻度误差小得多，为提高精度可以这样处理：部分刻度误差随非线性误差形成偏差项，余下的刻度误差单独列为一项。因此，每个传感器的四个物理误差转化为两个基本项，结果如下：

2、BHA磁性干扰

磁干扰是由BHA产生的，可分成作用在井眼轴线的平行向〔轴向〕和圆周向〔法向〕的两个份量。

轴向干扰。用不同的磁极强度仪器测得的磁极强度均方根值如下：

OddvarLotsberg测出41种钻具组合的磁极强度，平均均方根为369μWb。在现场施工中我们把钻柱钢体部分磁极强度值估量为400μWb，该值对井下BHA设计特别有用。

法向干扰。来自钻具的法向干扰并未在磁力计偏差中细分，它以同样的方式传递。AnneHolmes从78次MWD测量中分析磁力计偏差，认为来自钻具的法向干扰是一个附属产品，其均方根值为57nT，比单独由磁力计偏差引起的70nT小。这说明：法向干扰没有对MWD测量误差产生重大影响，可以不列入模型中。

3、工具非线性误差

工具非线性误差是由于传感器的轴线和井眼中心线不平行所致。该误差可认为是两种独立现象的合成结果。

BHA挠度。这是由于钻铤在重力作用下变形所致。以垂直平面为模型，该值和作用在井眼四周的重力份量成正比。误差值取决于BHA类型和几何外形、传感器间距、井眼尺寸以及一些其它因素。在水平井中对居中程度差的BHA用两维BHA模型作了计算，井斜校正为0.2或0.3；对于居中钻具该值通常小于0.15。

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假设一井段内钻具尺寸相同，BHA挠度误差可看成系统误差。

径向对称非线性误差。模型适用于任何工具面角。JohnTurvill在同轴圆偏差允许的基础上对其值作了估量。

传感壳里的传感束：容许偏差的三个份量为协作间隙0.023，同心度0.003，传感束垂直度0.031。

钻铤内的传感壳：在居中及可回收的状况下取值0.063。

钻铤本体孔径：一般MWD提供商认为允许间隙为0.05。

井眼中的钻铤：API取钻铤垂直度为0.03。

这些数据的均方根为0.094，是在最大容许偏差下，对居中的旋转钻具大致估量。

对测量井斜超过46的点分析认为其均方根为0.046，模拟试验说明该数据约有0.007是传感器误差引起的。

其它非线性误差：由于弯曲力导致钻铤变形不再处于垂直平面内，可用三维BHA来估量，0.04是个较合理的值。该误差不同于上述误差，不是由工具旋转产生的。因此需用单独的加权函数，又因此值是如此的小，在实际中有理由认为其包含在径向对称非线性误差的其它来源里，估量该值为0.06，当BHA严峻弯曲或用探针型MWD工具时该值估量过低。该误差为系统型误差。

4、磁场的不确定性

对基本MWD测量，仅认为磁偏角影响计算方位。然而，常规轴向干扰校正需估量磁倾角和磁场强度，任何估量的误差将导致计算方位的误差。

英国地质测量所讨论了用地球地磁模型来估量井下瞬时四周磁场强度可能产生的误差，发觉存在5个误差源：同一时期模型主磁场强度和实际主磁场强度的差异，模型长期改变与实际长期改变的差异，由于电离层电子流导致的常规〔每日的〕改变，由于在磁气圈电子流及地壳的不规章导致的临时不规章改变。

通过一系列假设及正常的钻进速度下，结果如下：

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注*：北纬或南纬60以下**：北纬或南纬60处

占主要位置的误差源是地壳的不规章性，它是由地球地壳岩石磁性不同造成的。在高纬度地区及火山岩接近于地表的地区误差值大些，以沉积岩为主的地区误差值小些。

5、井深误差

Ekseth发觉了14种钻杆深度测量误差的物理源，并列出表达式来猜测其大小，通过在表达式里代入典型的参数值，来猜测不同类型井的总误差，然后他归总成一个仅有四项的简约模式，并选用完可能和考虑全部误差源时的猜测接近的值。结果如下：

对基本模型，陆地钻机〔或修井机或钻机平台〕的井深误差值可以选择。伸长类误差在深井中起主要作用，有两方面物理效应：钻杆的伸长和热膨胀。

6、基本MWD模型忽视的误差

一些影响MWD测量的误差未在基本误差模型中反映。

电子仪器及辨别率：在工具到地面自动测量记录传导系统中电子仪器和辨别率的限制所产生的总误差认为对精度影响不大。在长测量间距中该误差认为是随机的。

外部磁干扰：Ekseth探讨了残留在套管串的磁性对磁测量的影响，并列出套管鞋处及与套管串平行时的方位误差表达式。干扰不能忽视，但却很难量化，也很难合并在误差建模软件中，处理干扰误差的合理方法是设计质量程序来限制其影响。

测量间距和计算方法的影响：本文争论的模型是建立在无误差的测量向量P导致一个无误差的井眼位置向量r的假设基础之上的。假如测量计算采纳了最小曲率公式，那么只有在井眼轨迹是一个真圆弧时该假设是正确的，只要测量间距不超过30m，产生的误差只对少数数据有影响，可忽视不计。

重力场的不确定性：假设的和实际的重力场强度的差异对MWD精确度无影响，由于只有部分加速度计测量值用于计算井斜和方位。

过失误差：对MWD误差源的全面探讨中需要考虑任何可能对总误差有影响的过失误差，过失误差又叫人为误差。这些误差缺乏预见性且和前面的误差一样，在运用了正确的方法和程序的状况

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下，它们可以不考虑在误差模型中。

三、认识与结论

1．定向井随钻测量误差是客观存在的，有测量仪器本身精度的缘由，也有外在因素的影响；

2．Williamson提出的定向井随钻测量误差新模型的误差源主要有：传感器误差、BHA磁性干扰、工具非线性误差、磁场的不确定性、井深误差以及基本MWD模型忽视的误差；

3．认识到误差源的存