油田定向井隨鉆信號檢測及處理

徐聰 袁超(中海油田服務(wù)股份有限公司 深圳 518067)

一、前言

隨著石油勘探開發(fā)的不斷深入，地層結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，深井、超深井和高溫、高壓井等特殊復(fù)雜井變得越來越多，因此為定向井隨鉆信號檢測與處理帶來了一定的困難。在石油鉆井技術(shù)迅速發(fā)展的今天，利用隨鉆智能鉆井技術(shù)是降低產(chǎn)油成本的關(guān)鍵，因此，井下工作狀況的測量技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用。本文就油田定向井隨鉆信號檢測及處理進(jìn)行了綜述，希望對鉆井工作的順利開展有一定的幫助。

二、隨鉆測量參數(shù)

在定向井的鉆井過程中，必須要有效的對井眼軌跡進(jìn)行控制，也就是說必須要精確的測量井斜、方位、工具面等參數(shù)。一般，隨鉆測斜儀是完成這些參數(shù)測量的主要儀器。但是隨鉆測斜儀輸出的數(shù)據(jù)要經(jīng)過一定的坐標(biāo)變換才能轉(zhuǎn)化成角度參數(shù)形式才是井斜、方位、重力工具面和磁性工具面，為鉆井工程技術(shù)人員所用。

井斜角β指井眼中心線與垂線之間形成的夾角，即在垂直方向的井斜角為0o度，水平方向的井斜角是90o。井斜角的范圍是0o～180o；方位角α指地球磁北方向和井眼水平投影方向的夾角。地球磁北方向和平時我們所指的北方并不相同，并且在不同地球，磁偏角也是不一樣的。一般規(guī)定方位角在0o～360o之間變化。當(dāng)井斜角度為零時，無法確定方位角的角度；重力工具面也被稱為高邊工具面(GTF)γ，主要指俯視井眼方向儀器斜口朝向相對于井眼高邊順時針方向選擇的角度。一般重力工具面的變化范圍是0o～360o，并且當(dāng)井斜角度為零時無法對重力工具面進(jìn)行確定；磁性工具面角是指俯視井眼方向儀器斜口朝向與磁北方向之間的夾角。一般磁性工具面角的變化范圍是0o～360o。當(dāng)井眼的軸線方向與地球的極點(diǎn)方向恰好重合，就無法將磁工具面角測定出來。

另外，磁通門和加速度計(jì)也是隨鉆測斜儀中常用的工具。磁通門主要是對地球磁場的分量進(jìn)行測量，加速度計(jì)主要是對地球重力場的分量進(jìn)行測量。利用磁通門測量磁性工具面角，就不會受到井斜的影響，因此在井斜小于5o時，利用磁性工具對定向鉆井進(jìn)行監(jiān)測和控制。但是在井斜角小于5o時，利用重力加速度計(jì)測量重力工具面角時會有較大的誤差。

三、磁通門傳感器輸出信號處理

磁通門傳感器是將兩個繞組安裝在一個閉合的高導(dǎo)磁性材料上，激磁變壓器的副邊組與兩繞組組成了電橋。磁通門產(chǎn)生直流電壓，經(jīng)過反饋電阻后形成反饋電流，從而產(chǎn)生與外界磁場相抵消的磁場，使磁通門在無靜差狀態(tài)，從而使其具有較高的線性。一般，磁通門電路有以下功能。首先是信號電路盡可能提高前置放大器輸入信噪比，從而使保證前置放大器信號放大時的準(zhǔn)確性。其次，信號電路還需要將探頭信號放大，但是其信號十分微弱，不宜進(jìn)行濾波處理，所以需要設(shè)置前置放大器。再次，濾除噪聲是信號電路的另一個重要功能。第四，信號電路的第四個功能就是具有相敏特性，從而使得輸出信號可以標(biāo)準(zhǔn)磁場極性。最后，信號電路還有提供平穩(wěn)模擬信號的重要功能。

四、加速度傳感器輸出信號處理

一般，加速度傳感器對柔性部件運(yùn)動過程中加速度的檢測結(jié)果是其剛體運(yùn)動加速度和柔性振動加速度兩部分的和。通常，加速度計(jì)獲取的響應(yīng)是總加速度，為了得到剛體運(yùn)動加速度和柔性振動加速度，需要做一些假設(shè)。首先，剛體運(yùn)動加速度的功率譜的能量需要集中在很低的頻段，其次，振動加速度的功率譜的能量需要集中在柔性部件的振動頻率處。一般，后者頻率小于前者，因此能夠通過濾波器將振動加速度和剛性運(yùn)動加速度進(jìn)行分離，之后再由其他電路處理后得到不同信息。

五、隨鉆測斜誤差

隨鉆測斜儀的測量誤差主要包括傳感器本身存在的誤差、傳感器在坐標(biāo)系上的安裝誤差，后續(xù)信號處理和傳輸電子線路誤差等等。其中，安裝誤差、處理誤差和傳感器測量誤差能夠獨(dú)立的對測斜系統(tǒng)產(chǎn)生影響，降低測量精度。安裝誤差主要是由探管外部承壓件、密封件和連接件等的加工和配合上出現(xiàn)的誤差；處理誤差一般包括兩項(xiàng)內(nèi)容：傳輸、記錄方法引起的誤差、數(shù)據(jù)處理不當(dāng)引起的誤差。當(dāng)前，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，為了減少處理誤差，一般利用電子式產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲和讀取，從而降低人工參與；傳感器測量誤差主要是由傳感器本身的不完善導(dǎo)致的。在實(shí)踐過程中，能夠解決誤差的方法有很多，制藥能夠從測斜儀的原理出發(fā)去考慮，通過誤差補(bǔ)償技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)，就能有有效的降低測斜儀產(chǎn)生的誤差。

結(jié)束語

隨著石油勘探開發(fā)的不斷深入，地層結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜的形式，超深井、深井、高壓、高溫井等復(fù)雜井的數(shù)量也逐漸增加。因此，在定向井的鉆探過程中，必須對地面以下井眼的位置進(jìn)行測定，同時需要對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的處理，從而為鉆探技術(shù)人員提供相應(yīng)的參考。因此，石油勘探部門應(yīng)該重視油田定向井隨鉆信號檢測機(jī)處理技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展，從而為我國的石油行業(yè)貢獻(xiàn)更多的力量。

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