一、實驗目的
1.直觀認識井眼軌跡引數（井斜角，井斜方位角）及造斜工具姿態引數（重力工具面角，磁工具角）。
2.了解常用電磁測斜儀的基本結構和測量原理，直觀認識磁千擾現象。
3.定向及扭方位操作演示（或井眼軌跡測量操作演示）。
二、實驗儀器
（1）電子單多點測斜儀（探管）1套：yss-32電子單多點測斜儀；
（2）測斜儀校準臺1臺；
（3）定向及測斜桿件1套（定向杆，抗壓筒，加重杆各1個）；
（4）定向接頭；
（5）計算機1臺：預先安裝與測斜儀配套的操作軟體。
3、實驗原理
以北京海藍科技公司的yss-32電子單多點測斜儀（以下簡稱測斜儀)為例，簡單介紹常用的電磁測斜儀結構及測量原理。
yss系列電子單多點測斜儀是類似於國外ess的測斜儀器，具有使用方便、準確、 可靠性高等憂點，是較好的油田鑽井測斜儀器裝置之一。該測斜儀的技術引數如下：
（1）測量精度見表1 ;
（2）工作溫度範圍：+ 6105°c ；
（3）預熱時間：30min:
3.1測斜儀的結構
測斜儀主要由探管、介面電源箱、計算機、印表機、連線電纜等組成（見圖2)。另外，抗壓筒、引鞋元件、加長杆等機械部件也是測斜儀下井不可缺少的重要組成之一。
探管是測斜儀的核心部件，由測量頭、電子柱和電池筒組成。其中，測星頭有引入工具面基準的t形槽頭和安裝感測器的台體。台體上安裝3個加速度計和3個磁通門， 可以測堂出重力場和地磁場在探管座標系上的分量。
測斜儀無論處於哪種狀態，都可以通過各感測器的測量值計算出井眼引數。
(1)加速度計
加速度計是用來將輸人速度變成與之對應的電壓（或電流）或脈衝頻率的感測器。 其中，磁懸浮加速度計抗衝擊能力較強、結構簡單、精度適中的，在鑽井測斜儀上被廣泛採用。磁懸浮加速度計由敏感頭和伺服電路組成，見圖3。
敏感頭的結構是在灌滿磁性液的圓柱體內放罝圓柱頭永久磁鐵（磁鋼)，在圓柱體的外部繞有2個繞組，圓柱體的兩端用端蓋密封。磁鋼的兩端吸附一些磁性液體中的磁性小顆粒，在磁鋼兩端形成由磁性液體形成的支攛，把磁鋼懸浮起來，使磁鋼在圓柱體內作軸向自由移動，且摩擦力很小，起到提高靈敏度和保證阻尼引數作用。當圓柱體軸向(稱之為加速度計的輸入軸)輸入加速度時，磁鋼受慣性力的作用偏離零位。
磁鋼的偏移引起2個繞組的電感值變化（一側變大，另一側變小)，導致激磁電壓在兩繞組的分布發生差異，即其壓降不相同，這一差異就是由2個繞組和磁鋼構成的位移感測器上的輸出電壓。該電壓經伺服電路的前置放大、相敏解調、積分功放後，通過取樣電阻將反饋電流加到兩繞組的中點上，流過繞組的電流在圓柱體內產生電磁場，這一磁場作用幹磁鋼上，產生反向推力。所產生的推力大小剛好與作用於磁鋼上的慣性力相平衡，完成了輸入加速度轉換成電流的功能，在釆樣電阻上可獲得電壓。
這一電壓在一定的條件下，就正比於輸入加速度，即：
（1）式中， -輸出電壓； -採出電壓； -力發生器傳遞係數；m-擺質量；a-輸入加速度。設計時保證和m不變，改變阻值來改變加速度計的比例係數。
磁液懸浮加速度計的靈敏度和線性度可達10mm/s2、0.1%,能夠滿足測斜需要。
（2）磁通門
磁通門又稱磁通計，是將輸入磁通轉換成與之對應電壓的感測器。如圖4所示，磁通門由一對帶骨架的繞組和外殼所組成。在骨架內孔放置導磁率高、飽和磁感應強度小、磁滯迴線窄的磁性林科一一磁芯。
完全相同的一對磁組合件平行地裝入不導磁的外殼內，用密封材料密封。兩個繞組的始端分別接在兩個引線端子上，兩個末端接在第三個引線端子上。通過兩個始端入交流激磁電壓，使磁芯在激磁電壓達到峰值時進入飽和區。
當沒有外磁場時，兩磁芯的磁狀態相同，沒有輸出，即磁芯內的磁通變化相同，其正負脈衝幅度相同。當外磁場不為零時，一對磁芯中的磁通量均增大，由於激磁電壓是反接的，因此乙個磁芯加深飽和狀態，另乙個磁芯退出飽和區，由此所產生的正負脈衝的幅度是不相同的，其差異隨外磁場的增大而變大。脈衝經前罝放大、解調、積分功放後通過取樣電阻加到兩繞組的末端，所流過的電流產生磁場，其大小幾乎等於外磁場，但其方向相反，電流的大小和方向取決於外界磁場。
從取樣電阻可獲得與外界磁場磁感應強度成正比的電壓輸出，即
（2）式中， -磁通門輸出電壓； -取樣電阻； -繞組電阻； -磁發生器傳遞係數；b-輸入磁感應強度。
磁通門磁組合件和伺服電路一起測星出磁芯方向（輸入軸)上的磁感應強度。靈敏度高的磁通門可敏感0.005左右，我國地磁一般為60左右。
3.2測量資料處理
3個加速度計和3個磁通門的輸入軸分別平行於台體直角座標系。設3個加速度計上的重力場分別分量為，，: 3個磁通門上的分量分別為， 。
(1)井斜角
如圖5所示。在垂直面內的直三角形中，井斜角是從垂直線到z軸（加速度計軸） 的夾角，井斜角α可由下式求出：
（3）(2)工具面角
工具面角分重力工具面和磁***面。重力工具面角gtf是沿井眼向下看時，由重力向量所確定的高邊和y軸（加速度計軸,工具面基準）之間的夾角。如圖6，重力工具面角gtf可由下式求得:
重力工具面角：（4）
磁工具面角mtf是磁北極與y軸的夾角。當井斜角小於一定值時，重力工具面角無法準確測出，即使測出也極不準確，此時採用磁工具面角，即
（5）（6）
有井斜方位角計算公式可以看出：井斜、重力高邊工具面角與加速度計輸出有關; 磁方位、地磁傾角等引數涉及到6個感測器的輸出。
校準測斜儀時，若井斜、工具面角超差，應注意檢查、校準加速度計的有關部位。在校準精度時，首先校好加速度計，再校其它才是合理的。
4、操作演示內容
與實驗目的相對應，操作演示實驗內容有以下4個方面。
4.1認識井眼軌跡引數及造斜工具姿態引數
（1）井斜角：在井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的方向為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。
（2）井斜方位角：某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線,或井斜方位線；以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉到井眼方位線上所轉過的角度，即井斜方位角，簡稱方位角。
（3）裝罝角（重力工具面角，gtf ):以高邊方向線為始邊，順時針旋轉到裝罝方向線上所轉過的角度，稱為造斜工具的裝罝角。
（4）裝罝方位角（磁工具面角，mtf ):裝罝角與井斜方位角之和。
4.2認識磁干擾現象
將金屬物件，比如鑰匙、磁鐵、鐵棒等物體接近探管接頭，然後看計算機上相關資料的變化，可以直觀感受磁千擾現象。
4.3定向及扭方位操作演示
定向（或扭方位）方法主要有以下三種方法：單點定向法、有線隨鑽定向法、無線隨鑽定向法。定向（或扭方位）就是設法將實測的裝罝方位線轉到校正方位線上（定向），或設定的裝罝方位線上（扭方位）的過程，鑽井現場通常稱之為擺工具面。
（1）單點定向方法
①具體流程
a.下入造斜鑽具至造斜點位罝。
b.單點測斜，測星造斜位罝的井斜角、方位角和工具面。
c.在測斜的同時，對井口鑽桿，方鑽桿，地面鑽桿進行列印，並把井口鑽桿的印痕投到轉盤的外緣上,作為基準點。
d.調整安罝角（設計方位角+反扭角),鎖住轉盤，開幫浦鑽進。
e.定向鑽進,每鑽進1-2根進行單點測斜,根據測量的井斜角和方位角及時修正反扭角，並調整造斜工具的安罝角。
f.定向造斜至並斜角8"左右、方位合適，起鑽更換轉盤増斜鑽進。
定向角=校正後的設計方位+反扭角+磁偏角+馬達角差一磁工具面(mtf)。
起始角=定向角+轉盤角差
起始角+鑽桿角差(累計求和）+方鑽桿角差=轉動角（以轉盤標誌線為基準線，方鑽桿的基準稜順時針轉過的角度）
其中，彎馬達與定向直接頭之間的角差如圖9所示。測斜結束後、定向鑽進之前， 將鑽柱順時針旋轉某個角度（定向角)，那麼裝置方位線就旋轉至定向方位線上了。
注意：讀角差時左負右正或者是順正逆反（從上望下看)。每次測斜之後就重新計算定向角、起始角、鑽桿角差。
a.當前井斜角》3°時按扭方位對待。
定向角2=裝罝角+反扭角+動力鑽具角差-高邊工具面(gtf)
測斜結束之後、扭方位鑽進之前，如果將鑽柱順時針旋轉至某個角度（定向角）， 此時的裝罝方位線就旋轉至設定的裝罝方位線上。
a.井斜角》5°以後要求使用重力高邊工具面(gtf)
（2）隨鑽定向方法
①井斜角<3°時：直接定向
a.加壓前：磁工具面(mtf)=校正方位+反扭角+磁偏角
b.加壓後：磁工具面(mtf)=校正方位+磁偏角
②井斜角》3°時：按扭方位對待
a加壓前：磁工具面(mtf)=測量方位+反扭角+磁偏角+裝罝角
b加壓後：磁工具面(mtf)=測量方位+磁偏角+裝罝角
c加壓前：高邊(gtf)=反扭角+裝罝角
d加壓後：高邊(gtf)=裝罝角
注意：隨鑽定向或扭方位時，動力鑽具角差和方位修正角（磁偏角）要在工作前確認準確無誤後輸入計算機。
5、思考與討論
（1）磁干擾的**有哪些？如何排除磁千擾？
答：1.①無磁鑽鋌或無磁承壓鑽桿存在磁干擾；
②動力鑽具或定向配合接頭存在強磁干擾；
③儀器測點距動力鑽具或定向接頭太近導致磁干擾；
④鄰井套管對定向鑽井造成的磁干擾；
⑤鑽井液中的磁性物質產生磁干擾；
⑥磁性物質掉入鑽具內並卡在測量儀器外筒邊緣。
2.①更換井下工具；
②更換測斜工具；
③上提測斜儀器。
（2）有線隨鑽定向和無線隨鑽定向的底部鑽具組合及其異同？
答：有線隨鑽定向配套如圖11所示,無線隨鑽則不採用電纜和測井絞車及通纜水龍頭。由此可知，有線隨鑽定向和無線隨鑽定向的底部鑽具組合是一樣的。
若採用彎接頭+直馬達，鑽具組合：鑽頭+直馬達+彎接頭+無磁鑽鋌+鑽桿；若採用直馬達+彎接頭，鑽具組合：鑽頭+彎馬達+直接頭+無磁鑽鋌+鑽桿。
不過有線隨鑽定向時需要測量馬達角差（彎馬達與直接頭之間），採用無線隨（mwd）鑽定向時除了需要馬達角差，還需要測量無磁鑽鋌兩端螺紋聯結處與定向接頭、mwd短節之間的角差，計算出累計角差。
定向井施工流程
定向井的施工流程為 任務接收 生產安排 前期準備 現場準備 軌跡控制 施工收尾 儀器 資料上交。一任務接收 定向井公司拿到生產合同，承擔某井的施工任務。二生產安排 生產執行處根據公司目前的生產情況，統籌安排該井的施工 1.確定該井的開工日期。2.下達任務給專案經理。3.協調車輛。二前期準備 專案經理...
定向井工程題庫T13 20100610
1.選擇題 以下為定向井井眼軌跡控制知識 1 在穩斜段軌跡控制中，對滑動長度的要求是 b a.沒有要求 b.勤滑少滑 c.越長越好 2 穩斜段軌跡控制中，每次滑動結束後需要 a a.及時劃眼 b.不需要劃眼 c.劃眼次數越多越好 3 造斜段過程中，對狗腿度的要求是 a a.小於5度 30公尺 b.大...
叢式定向井防碰技術要求
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