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测斜仪器及其测斜原理1.测斜仪器分类；2.测斜原理；3.MWD信号传输原理；测量技术的发展测量技术的发展 只能测量井斜角的仪器：只能测量井斜角的仪器：虹吸测斜仪；虹吸测斜仪；(液面原理液面原理)重锤打孔测斜仪；重锤打孔测斜仪；(重锤原理重锤原理)氟氢酸测斜仪；氟氢酸测斜仪；(液面原理液面原理)罗盘重锤测斜仪罗盘重锤测斜仪：磁性单、多点照相测斜仪；磁性单、多点照相测斜仪；陀螺重锤测斜仪：陀螺重锤测斜仪：陀螺单、多点照相测斜仪；陀螺单、多点照相测斜仪；磁通门加表测斜仪：磁通门加表测斜仪：点子多电测量仪；点子多电测量仪；有线随钻测量仪有线随钻测量仪 陀螺加表测量仪：陀螺加表测量仪：自动找北陀螺测量仪；自动找北陀螺测量仪；惯性测量技术；惯性测量技术；随钻测量；随钻测量；(MWD)磁通门磁通门+加速度计加速度计 随钻测井随钻测井(LWD)随钻地层评价随钻地层评价(FEWD)随钻环空压力测量随钻环空压力测量(APWD)随钻地震技术随钻地震技术(SWD)导向钻井技术导向钻井技术 地质导向技术地质导向技术 闭环钻井技术闭环钻井技术随钻测量技术随钻测量技术测量技术测量技术的发展的发展井斜测量仪器的发展井斜测量仪器的发展现代测斜仪器分类现代测斜仪器分类测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理 1.液面是水平的。井眼轴显示倾液面是水平的。井眼轴显示倾斜的。液面与井眼轴线的法面斜的。液面与井眼轴线的法面的交角，即为井眼井斜角。的交角，即为井眼井斜角。2.氟氢酸测斜仪就是这个原理。氟氢酸测斜仪就是这个原理。3.虹吸测斜仪也是应用此原理。虹吸测斜仪也是应用此原理。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理 HF液面原理测斜定向液面原理测斜定向：齿刀上的齿尖所指方位，标志着造斜工具的工具面方位。齿刀上的齿尖所指方位，标志着造斜工具的工具面方位。测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上，留下齿刀的印测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上，留下齿刀的印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位；痕，于是可知道造斜工具的工具面方位；同时，氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是同时，氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是知道了工具面方位与井斜方位的关系。知道了工具面方位与井斜方位的关系。需在下钻前在裸眼内测得井斜方位；需在下钻前在裸眼内测得井斜方位；测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理1.重锤罗盘照相重锤罗盘照相 井斜角的定义就是：重力方向与井斜角的定义就是：重力方向与井眼方向之间的夹角。所以可以井眼方向之间的夹角。所以可以利用重力原理测量井斜角。利用重力原理测量井斜角。悬挂的重锤，总是指向重力方向；悬挂的重锤，总是指向重力方向；罗盘面上刻有许多同心圆，代表罗盘面上刻有许多同心圆，代表不同的角度。不同的角度。对着罗盘照相，对着罗盘照相，“十十”字标记投字标记投影到罗盘面上，可以读到井斜角影到罗盘面上，可以读到井斜角值。值。重锤悬挂长度越长，测量范围就重锤悬挂长度越长，测量范围就越小；越小；巧妙设计，可测巧妙设计，可测900甚至甚至1200井斜井斜角。角。LRtg1测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理重锤打孔测井重锤打孔测井斜 重锤带尖；重锤带尖；时钟控制；时钟控制；到时间后，由到时间后，由时钟控制驱动时钟控制驱动弹簧，推动打弹簧，推动打孔纸板撞向重孔纸板撞向重锤的尖部，从锤的尖部，从而打孔。而打孔。由孔眼位置可由孔眼位置可读井斜角。读井斜角。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计 原理：原理：重力元在重力作用下要发重力元在重力作用下要发生位移，引起电容传感器生位移，引起电容传感器的电容发生变化，此变化的电容发生变化，此变化信号通过放大以后，使线信号通过放大以后，使线圈产生一定的电流，该电圈产生一定的电流，该电流产生磁力使重力元复位。流产生磁力使重力元复位。重力元位移大小，反映在重力元位移大小，反映在线圈给出的电压大小。线圈给出的电压大小。重力元的位移大小与重力重力元的位移大小与重力元在空间的状态有关元在空间的状态有关。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计 重力元的空间状态：重力元的空间状态：水平状态，重力方向水平状态，重力方向与位移方向一致，位与位移方向一致，位移最大；移最大；垂直状态，重力方向垂直状态，重力方向与位移方向垂直，位与位移方向垂直，位移为零；移为零；倾斜状态，重力方向倾斜状态，重力方向与位移方向有一定夹与位移方向有一定夹角，位移与角度角，位移与角度sin成成正比。正比。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计 重力加速度计的布重力加速度计的布置置 在测斜仪器中，在在测斜仪器中，在X，Y，Z三个方向上，三个方向上，各装一个重力加速度各装一个重力加速度计，则三个重力加速计，则三个重力加速度计的测值是不同的。度计的测值是不同的。通过计算，可以算出通过计算，可以算出重力方向与仪器轴线重力方向与仪器轴线的夹角即井斜角的大的夹角即井斜角的大小。小。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计井斜角的计算井斜角的计算Z轴与重力方向轴与重力方向g的夹的夹角角，即为所测点的井，即为所测点的井斜角。斜角。X、Y、Z三轴的测值，三轴的测值，分别为：分别为：GX、GY、GZ，则：，则：ZYXGGGtg22222sinZYXZGGGG测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算 造斜工具下入时，若已知工具面与造斜工具下入时，若已知工具面与X方向一致，方向一致，则在井底平面上，高边方向与则在井底平面上，高边方向与X方向的夹角，即方向的夹角，即为高边工具面角，即装置角。为高边工具面角，即装置角。测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算 造斜工具下入时，若已知工造斜工具下入时，若已知工具面与具面与X方向一致，则在井底方向一致，则在井底平面上，高边方向与平面上，高边方向与X方向的方向的夹角，即为高边工具面角，夹角，即为高边工具面角，即装置角即装置角。XYoGGtg1180当当GX0时，用下式计算：时，用下式计算：测井斜原理测井斜原理液面原理液面原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算XYoGGtg1180当当GX0时，用下式计算：时，用下式计算：测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理磁北原理磁北原理 地球有个磁场，地球地球有个磁场，地球上任一点都受到磁场上任一点都受到磁场的作用，该点的磁力的作用，该点的磁力线方向（即磁北方向）线方向（即磁北方向）在一段时间内基本上在一段时间内基本上是不变的。测的磁力是不变的。测的磁力线方向与井眼方位线线方向与井眼方位线的夹角，即是井斜方的夹角，即是井斜方位角。位角。测方位原理测方位原理重力原理重力原理1.磁罗盘磁罗盘 磁罗盘是中华民族的伟大发明。磁罗盘是中华民族的伟大发明。磁罗盘始终处于水平位置，并可自由转动，罗盘始磁罗盘始终处于水平位置，并可自由转动，罗盘始终指出磁北极的方向。终指出磁北极的方向。与重锤罗盘和为一体，在测得井斜角的同时，也测与重锤罗盘和为一体，在测得井斜角的同时，也测出井斜方位角。出井斜方位角。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘 如果罗盘盘面上的方位标志，与地理方位相同，则“十十”字标字标记落在低边方位线上记落在低边方位线上。而井斜角是高边方位井斜角是高边方位线与正北方位线的夹线与正北方位线的夹角角。所以罗盘面上的读值与实际井斜方位相差1800。为了丛罗盘盘面上直接读出井斜方位，需要将将N和和S位置互换，位置互换，E和和W位置互换位置互换。罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘 罗盘面方位与地理方位罗盘面方位与地理方位一致的情况：一致的情况：“十十”字标记是固定在仪字标记是固定在仪器的中心线上。井眼倾斜器的中心线上。井眼倾斜后，罗盘始终保持水平。后，罗盘始终保持水平。在照相时，在照相时，“十十”字标字标记落在罗盘面上的井底上记落在罗盘面上的井底上倾方位线倾方位线(即即高边方位线高边方位线)上上。所以这种罗盘盘面的。所以这种罗盘盘面的方位标志方位标志不需要不需要N、S互互换，换，E、W互换互换。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘罗盘面方面方位与位与地理地理方位方位一致一致的情的情况：况：ENWS测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门 磁通门结构：磁通门结构：铁心上绕着两级线圈。铁心上绕着两级线圈。初级线圈，先正向缠绕，然后又初级线圈，先正向缠绕，然后又反向缠绕。线圈内通交流电，不反向缠绕。线圈内通交流电，不管电流大小和变化如何，线圈感管电流大小和变化如何，线圈感应的磁场互相抵消为零。应的磁场互相抵消为零。次级线圈，仅一个方向缠绕，且次级线圈，仅一个方向缠绕，且不通电。在没有地球磁场情况下，不通电。在没有地球磁场情况下，也不会感应电流。也不会感应电流。在地球磁场影响下，会感应出电在地球磁场影响下，会感应出电流来。感应的电压大小与该点处流来。感应的电压大小与该点处地球磁场强度大小有关，与通过地球磁场强度大小有关，与通过磁通门的磁通量多少有关。磁通门的磁通量多少有关。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门 磁通门状态磁通门状态 磁通门与磁力线方向的关磁通门与磁力线方向的关系状态不同，通过的磁通系状态不同，通过的磁通量多少就不同。量多少就不同。磁通门的布置磁通门的布置 磁通门在仪器中的三个坐磁通门在仪器中的三个坐标方向布置，根据三个磁标方向布置，根据三个磁通门测得的磁通量的值，通门测得的磁通量的值，可以算出磁北方向与井眼可以算出磁北方向与井眼方位的夹角，即井斜方位方位的夹角，即井斜方位角。角。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算 将将X、Y、Z各轴和井斜各轴和井斜方向线都投影到水平面方向线都投影到水平面上；这时，上；这时，Z轴和高边方轴和高边方位、井斜方位，都在同位、井斜方位，都在同一条线和同一方位上。一条线和同一方位上。选择选择V1和和V2两个坐标轴：两个坐标轴：V1轴与轴与Z轴同向；轴同向；V2轴与轴与V1轴互相垂直轴互相垂直且自且自V2正方向顺时针正方向顺时针90度到达度到达V1正方向正方向；测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算 X、Y、Z三个方向上的三个方向上的三个磁通门的测值，分三个磁通门的测值，分别为：别为：HX、HY、HZ 。X、Y、Z三个方向上的三个方向上的三个重力加速度计的测三个重力加速度计的测值，分别为：值，分别为：GX、GY、GZ 。将将HX、HY、HZ 测值分测值分别别分解分解到到V1和和V2两个两个轴上。轴上。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算 这是水平面上的投这是水平面上的投影图。影图。显然，井斜方位角显然，井斜方位角可用下式计算：可用下式计算：121VVtg当当V10时，用下式时，用下式计算：计算：121180VVtgo当当V10时，时，当当Hy 0时，时，当当P0时，时，不讲！不讲！测方位原理测方位原理陀螺原理陀螺原理 陀螺仪结构及原理：陀螺仪结构及原理：高速旋转的陀螺仪具有定向性高速旋转的陀螺仪具有定向性(定定轴性轴性)。加上内外框架，构成。加上内外框架，构成“万万向机架向机架”。只要陀螺轴的方向不只要陀螺轴的方向不变，与外框架构成一体的罗盘的变，与外框架构成一体的罗盘的方向也就不变。方向也就不变。在陀