秦瓊++周靜++陳勇

摘要：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井姿態(tài) （井斜角、方位角和工具面角）決定了井下鉆頭的鉆井方向，因此需要高精度旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向測斜系統(tǒng)以及校正方法。為此設(shè)計(jì)測斜系統(tǒng)的上位機(jī)軟件和下位機(jī)硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并根據(jù)測出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定傳感器的性能，設(shè)計(jì)傳感器的標(biāo)定流程。同時(shí)采取K+Q系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，使測斜傳感器的誤差符合設(shè)計(jì)的指標(biāo)。應(yīng)用結(jié)果表明，井斜角和工具面角絕對誤差都在允許的誤差范圍之內(nèi)，均滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向測斜；測斜傳感器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；誤差自動(dòng)校正

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）11-0230-02

1 確定空間井眼姿態(tài)

井斜角、方位角和工具面角是構(gòu)成空間井眼姿態(tài)的三個(gè)重要參數(shù)，這三個(gè)角度參數(shù)決定了隨鉆的井眼軌跡。此三個(gè)參數(shù)的測量過程為：通過測斜儀上面的三個(gè)磁通門傳感器和三個(gè)加速度傳感器分別測出六個(gè)傳感器上的電壓信號(hào)，然后將此電壓信號(hào)經(jīng)過隨鉆測斜系統(tǒng)傳輸?shù)降孛?[1]，對輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，就會(huì)得到井斜和方位的信息，從而指導(dǎo)下一步鉆井方向[2]。三個(gè)磁通門傳感器兩兩相互垂直，三個(gè)加速度傳感器也是兩兩之間相互垂直，此外在實(shí)際應(yīng)用中測斜系統(tǒng)還有兩個(gè)溫度傳感器。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是采集三個(gè)磁通門傳感器和三個(gè)加速度傳感器上面的輸出數(shù)據(jù)，井眼軌跡的三個(gè)角度參數(shù)就可以得到，即工具面角RB，井斜角DEV和方位角AZIM。角度參數(shù)的計(jì)算公式如下：

2 測斜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與標(biāo)定

2.1 整體框架

上位機(jī)軟件和下位機(jī)硬件兩部分組成了整個(gè)測斜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 軟件部分的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和保存；硬件部分的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。其整體邏輯框圖如圖1所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)數(shù)據(jù)邏輯框圖如圖 2 所示，用7組傳感器測出各個(gè)傳感器的輸出的電壓信號(hào)，得到相關(guān)的角度。如圖2所示海拔高度等信息由GPS提供， IGRF國際地磁模型用來計(jì)算當(dāng)?shù)氐拇艃A角等信息，由參考值與實(shí)際計(jì)算值進(jìn)行對比分析得出誤差值，從而確定測斜系統(tǒng)的精度 [3]。

2.3 標(biāo)定模型建立

K系數(shù)校正主要是進(jìn)行溫度補(bǔ)償，零位偏差補(bǔ)償。以Y軸磁通門為例，其數(shù)學(xué)模型[4]

式中，q（1）至q（9）分別是傳感器對應(yīng)的q因子。因?yàn)镵系數(shù)校正對軸正交校正存在不足，其優(yōu)勢對溫度進(jìn)行校正，而Q系數(shù)主要優(yōu)勢就是對不同軸正交以及軸不正交進(jìn)行校正，所以K+Q就是用結(jié)合K系數(shù)校正（溫度校正）和Q系數(shù)校正（軸不正交校正以及不同軸正交）。

2.4 標(biāo)定流程

在傳感器實(shí)際標(biāo)定過程中，將方位角和井斜角固定在 90°，依次調(diào)整工具面角，在加速度計(jì)下測量-180.000、-135.000、-45.000、0.000、45.000、90.000、135.000；在磁通門傳感器下測量-141.100、-96.100、-51.100、-6.100、38.900、83.900、128.900、173.900，常溫下采集探管傳出的數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)分析

圖 3為室溫下測試所得的各軸傳感器輸出電壓曲線。從圖中可以明顯可以看出，當(dāng)井斜角和方位角鎖定為90°時(shí)，測試工具面角，AZ軸輸出值基本上為零或者是在零上下擺動(dòng)，一般在理想狀況下，AZ 軸輸出值應(yīng)該為零，不會(huì)是在零上下擺動(dòng)。這應(yīng)該是測斜探管沒有安裝好，導(dǎo)致傳感器軸與旋轉(zhuǎn)軸不同心，消除這種誤差就需要用對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。

綜合上面的擬合曲線圖和誤差曲線圖，可以得出以下結(jié)論：采用K+Q參數(shù)校正之后，圖4中井斜角的絕對誤差都基本上都在零度附近，絕對誤差范圍都在±0.2度以內(nèi)，誤差在可接受范圍之內(nèi)，可以提高井斜角的精度，達(dá)到校正井斜的目的；圖5中，工具面角絕對誤差姐基本上在±1度以內(nèi)，絕對誤差達(dá)到了預(yù)想的指標(biāo)。

4 結(jié)束語

1）通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該套測斜系統(tǒng)達(dá)到了我們的預(yù)期指標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，有較

好的精度和可靠性。

2）使用K + Q 系數(shù)模型對測斜探管進(jìn)行綜合標(biāo)定。通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果說明此校正方法可以改善井

斜角和工具面角的絕對誤差，提高測量井斜角和工具面的精度，運(yùn)用此校正算法可以精確的指導(dǎo)鉆井的進(jìn)一步鉆進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉樹坤， 汪勤學(xué)， 梁占良， 等. 國內(nèi)外隨鉆測量技術(shù)簡介及發(fā)展前景展望[J]. 錄井工程， 2008， 19（4）： 32- 37.

[2] 蘇義腦. 定向鉆井[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社， 1995： 1-2.

[3] 尚海燕， 饒飛， 周靜， 等. 高精度油井測斜系統(tǒng)及校正方法的研究[J]. 石油機(jī)械， 2015， 43（4）： 5-9.

[4] 周靜， 胡毅， 付浩. 三軸重力加速度傳感器標(biāo)定方法研究[J]. 石油儀器， 2010， 24（4）： 44- 46.