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钻井测量仪器

第章钻井测量仪器

第一节ESS电子多点测斜仪

一、作用及功能

ESS全称为ELECTRONICSURVEYSYSTEM译为电子测量系统简称电子多点（以下简称ESS）。

是NLSPERRY-SUN公司的一种新型的电子测量仪器，用于钻井过程中的井眼轨迹测量施工。

ESS应用范围：

ESS由于测量数据的精确度高，现场施工时的测量成功率高，它与无磁钻铤配合使用。

主要应用在井眼轨迹测量精度要求较高的定向井中，特别适用于大斜度定向井和水平井的井眼轨迹数据测量。

ESS具有磁性参数的分析与修正功能。

ESS具有磁扫描功能：

运行磁扫描程序可以检查无磁钻铤、无磁扶正器、仪器外筒等无磁材料的磁化情况。

ESS具有错误和状态诊断功能：

在测量过程中，它可以检测来自井下探管对电源、工作状态和测量环境的信息。

二、工作原理

利用重力加速度计和磁通门分别敏感地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角，采用电池供电，可以在井眼中连续工作边测量边记录，利用计算机和打印机输出和处理数据。

三、主要组成部件及作用功能

ESS主要由井下探管、电池筒总成、地面计算机及操作软件、TI热敏终端、点阵打印机、探管保护筒总成。

井下探管：

三维放置的磁通门、重力加速度计传感元件和温度传感元件，采集井眼井斜角、井斜方位角、工具面原始信号和井下温度数据，并将原始信号转换成测斜数据，又把测斜数据储存在探管里。

电池筒总成：

电池筒总成内装8节2号碱性高能电池，为探管提供电源。

它采用了分隔减震的方式，增强了电源的抗冲击性。

地面计算机：

地面计算机可采用一台兼容的PC80286或PC80386型以上台式或便携式计算机，要求硬盘容量20MB以上，技术性能无特殊要求。

ESSDUMP软件：

通过地面计算机对ESS探管进行程序的改写输入，ESS01是单点测量和探管性能调试软件，ESS02是多点测量软件。

MAP软件：

通过地面计算机对ESS探管进行单点、多点测量的初始化设置与数据输入，测量数据的输出和编辑。

UTV软件：

在地面计算机上对MAP软件生成的数据文件进行编辑和进一步修改成不同的测量报表或绘图数据文件，并可运行该软件对测量数据不同方式的修改、比较和分析。

TI热敏终端：

TI热敏终端为ESS探管微处理器系统的外部设备，也是ESS探管微处理器系统的数据终端，用它可以从井眼内起出的探管里调出测量数据打印输出。

点阵打印机：

一般选用EPSONLX—810打印机作为地面计算机系统的外部设备，为ESS电子多点测斜仪系统提供测量数据报表的输出打印。

探管保护筒总成：

探管保护筒总成由无磁材料做成，保护探管免受井眼内泥浆的高压，降低下井冲击力。

四、技术规格

井斜角±0.2°

井斜方位角±1.0°

磁倾角±1.0°

高边工具面角±1.5°

磁性工具面角±1.5°

井下温度±5.0°

探管外径Φ34.9mm

最高耐温125℃

工作压力15000psi

工作电压6—12VDC

最多测点数1000个测量点

五、操作方法

1、仪器的准备与检查

（1）、电池采用“C”型高温碱性电池，每节电压不小于1.5V，电流不小于5A。

（2）、用万用表测量电池筒的绝缘电阻为无穷大，两端螺纹完好。

电池筒的触点接头保持干净，灵活好用，无损伤。

电池套及其触点无损伤。

（3）、各种连接线完好无损。

（4）、地面计算机工作正常，测量软件能运行。

（5）、TI热敏终端自检正常。

（6）、点阵打印机自检正常。

（7）、探管完好无损、无变形弯曲。

（8）、中间接口器工作正常。

（9）、底部减震器的减震弹簧完好，连接牢固。

外筒无变形，密封圈完好。

绳帽倒角为30°，旋转接头转动灵活，上井仪器所有连接螺纹保持清洁完好，带好保护套。

2、仪器的组装测量和注意事项

（1）、ESS电子多点测斜仪的探管与地面设备有三种连接方式:

a、ESS探管与中间接口器、地面计算机、TI热敏终端和点阵打印机连接。

b、ESS探管直接与地面计算机连接。

c、ESS探管直接与TI热敏终端。

（2）、把每节电池套上电池套，电池套的触点接头保持清洁，把套好的电池按正极朝下装入电池筒内。

连接电池筒与探管上端。

（3）、松开备帽，用1.4牛.米的扭矩上紧电池筒上端的大内六方螺丝，使电池接触良好。

然后再用开口扳手上紧备帽。

最后用50牛.厘米的扭矩上紧电池筒中部的小内六方螺丝。

（4）、上述三种连接方式，选择其中的一种，以第三种连接方式为例连接好仪器。

（5）、将ESS探管上的电源开关从OFF扳至ON位置，按启动/复位开关（START/RESET），指示灯闪三下，使其启动。

按TI703热敏打印机的＜空格＞键，热敏打印机将打印出探管编号和其它选择项。

如：

＞NL—SSELECTRONICSURVEYSYSTEMESS02—17OCT89—1400PROBENO.0071

＞SELECTMODE:

STARTUP（S）ORDATADUMP（D）FOLLOWEDBYRETURNKEY（CR）

（6）、选择“S”，按照热敏打印机的提示，对探管进行下井前的初始化。

主要输入地区、操作者姓名、工作日期、井号、测量延迟时间、测量点间隔时间、大地磁倾角和磁场强度。

其中，测量延迟时间是根据待测的井段长度和井斜角的大小确定的。

根据待测井段长度和井队起钻速度来确定测量点间隔时间。

（7）、按绳帽、旋转接头、扶正器短节、上铜接头、外筒、弹簧减震器、加长杆、底部减震器的顺序连接下井仪器总成，检查外筒密封圈，上紧螺纹。

（8）、有下列情况之一的，不得测斜：

a、悬重异常。

b、泵压下降。

c、钻具不清：

包括钻具组成、长度、内外径。

d、井下异常。

e、未充分洗井。

（9）、将组装好的下井仪器总成放到井架大门前的仪器架上，然后从外筒和弹簧减震器之间卸开。

装入探管，按启动/复位开关，指示灯闪三下，接通电源，同时按下秒表计时。

上紧螺纹。

（10）、大幅度活动钻具后，摘吊环上提大钩，其高度应超过仪器总长5米，平稳地将测斜仪投进钻具水眼，同时记录下投起始时间。

（11）、下放游车挂吊环，活动钻具，等待仪器下行到底，仪器下行速度300—500米/分。

若是大井斜角测量，用足够的时间，使仪器下行至井斜角70度左右，接方钻杆，小排量开泵循环，使多点测斜仪泵冲到底。

（12）、仪器到底后，钻具静止3—5分钟，记录静止起、止时间，起钻不得转盘卸扣。

（13）、在《多点测斜仪记录表》上记好每个测点所对应的静止起、止时间。

（14）、起钻至测量井段以上，下入打捞筒，捞出仪器，用清水冲洗外筒，将仪器平放到仪器架上，卸开螺纹，取出仪器。

（15）、将探管和TI703热敏打印机连接，按启动/复位开关（START/RESET），指示灯闪三下，使其启动。

按TI703热敏打印机的＜空格＞键，热敏打印机将打印出探管编号和其它选择项。

（16）、选择“D”，从探管内调出测量数据。

将原始井斜井斜方位角进行磁偏角校正，填入《多点测斜仪记录表》中。

3、主要帮助信息代码解释：

A：

打印机打印某一区间的测量数据。

例如：

打印从测量点10号—20号的测量数据。

E：

结束打印机的正常工作。

F：

打印机打印出全部测量点的数据。

H：

打印机打印出帮助信息。

M：

改变磁性参数。

P：

打印机打印出表头。

R：

打印机打印出测量点的原始测量数据

2：

代表仪器测得的磁性总量，即总磁通量超出正常范围。

3：

代表仪器测得的大地磁倾角数值超出正常范围。

4：

代表仪器测得的大地重力场总量超出正常范围。

5：

代表仪器测得的井斜角在80度——100度之间。

6：

代表仪器测得的井斜角小于5度。

7：

代表仪器测得的电池电压低于工作时的极限值，下次测量前，必须更换电池。

其中：

根据代号2和3可以判断测量数据是否受到磁性干扰。

根据代号4可以判断测量数据是否是动态值。

4、维护与保养

（1）探管从井里起出后必须擦干净，用后存放到探管箱内。

（2）电池筒顶部与底部的接触处保持清洁，每次测量完毕，取出电池。

电池筒的触点接头两端用后必须清洁，保证接触可靠。

（3）地面计算机、TI热敏终端、点阵打印机、中间接口器用后放回仪器箱。

（4）保持ESS专用辅助工具的灵活好用。

第二节YSS电子单、多点测斜仪

1、作用

YSS全称为ELECTRONICSURVEYSYSTEM译为电子测量系统简称电子多点（以下简称YSS）。

是海蓝公司的一种新型的电子测量仪器，用于钻井过程中的井眼轨迹测量施工。

YSS应用范围：

现场施工时的测量成功率高，它需与无磁钻铤配合使用，普遍应用于定向井的井眼轨迹测量。

2、工作原理

YSS电子单、多点测斜仪采用三个加速度计Gx、Gy、Gz感受加速度在三个方向上的分量，三个磁通门Bx、By、Bz感受地磁在三个方向上的分量，并分别转换成与之相对应的输出电压。

这6个输出电压和一个基准电压（Vr）共、6个电压经多路开关依次输入到电压时间变换器，经8次采样平均之后形成一组脉冲串，输入到CPU存储板，将脉冲串各脉冲之间的间隔（T）变换成数字量，并按指令存入存储单元，完成一次数据测量。

2、仪器组成

主要由探管、电池筒总成、数据处理仪、接口箱、打印机组成。

3、技术规格

外径：

Φ45

总长：

≤1.5m

测量范围：

井斜角：

0—180°

井斜方位角：

0—360°

工具面角：

0—360°

测量精度：

井斜角：

±0.3°

井斜方位角：

±2.5°

工具面角：

±3.0°

耐压：

100Mpa

最高耐温：

125℃

四、操作方法

1、地面检测：

把电缆全部连接好，把接口箱后面的开关拨到上面，进入相应的探管号目录下，键入ZBD回车，出现检测画面后，按ALT+S键，要求输入文件名，可按ALT+C取消输入文件名，此时计算机与探管通讯，显示井斜、方位、工具面数值，表明探管工作正常。

2、下井测量：

（1）把接口箱后面的开关拨到YSS测量状态，打开计算机，键入YSS回车，进入YSS主菜单。

（2）在初始化菜单里设置参数：

ALT+D设置延迟时间；ALT+I设置测量间隔；ALT+O开始

（3）设置完成后，测量指示灯开始闪烁，关闭接口箱电源开关，卸下探管上的连线，装上电池筒，等待测量。

（4）、将组装好的下井仪器总成放到井架大门前的仪器架上，然后从外筒和弹簧减震器之间卸开。

按启动/复位开关，指示灯闪三下，同时按下秒表计时，装入探管，上紧外筒扣。

（5）、大幅度活动钻具后，摘吊环上提大钩，其高度应超过仪器总长5米，平稳地将测斜仪投进钻具水眼，同时记录下投起始时间。

（6）、下放游车挂吊环，活动钻具，等待仪器下行到底。

若是大井斜角测量，用足够的时间，使仪器下行到底。

（7）、仪器到底后，钻具静止3—5分钟，记录钻具静止起、止时间，若起钻测多点不得转盘卸扣。

（8）、在《多点测斜仪记录表》上记好每个测点所对应的静止起、止时间。

（9）起出仪器后，连接好计算机，起动YSS软件程序，在数据菜单里取数据：

ALT+G读数，数据取完后ALT+S中断取数，ALT+A读取数据。

（10）根据菜单提示进行数据存盘、数据分析。

3、注意事项

（1）测斜时抗压筒底部放一段15厘米左右的橡胶棒，防止悬挂橡胶棒断后造成对仪器的剧烈震动。

（2）每根探管都有不同的补偿系数，使用时探管号要与补偿文件相对应。

（3）冬季使用探管时要先预热探管，然后在下井测量。

第三节SST有线随钻测斜仪

一、作用及功能

SST是STEERINGSURVEYTOOL随钻测量工具的简称。

是NLSPERRY-SUN公司的一种的随钻测量仪器。

SST由于测量数据的精确度高，现场施工时的测量成功率高，它与无磁钻铤配合使用。

普遍应用于定向井的井眼轨迹测量施工中，同时也适用于大斜度定向井和水平井的井眼轨迹数据测量。

SST具有实时监测井眼轨迹参数、井下钻具状态、井下温度和磁性参数的测量与分析功能。

SST具有磁扫描功能：

运行磁扫描程序可以检查无磁钻铤、无磁扶正器、仪器外筒等无磁材料的磁化情况。

SST具有错误和状态诊断功能：

在测量过程中，它可以检测来自井下探管对电源、工作状态和测量环境的信息。

二、主要组成部件及功能

主要由三大部分组成：

地面机架，井下仪器和信号传输载体。

1、地面机架：

主要由地面A—1机架，地面阅读器，TI打印机。

（1）地面A—1机架:

是一套完整的地面计算机数据处理系统，它采用固化软件系统，是整个SST有线随钻测斜仪系统的控制中心，操作人员可以根据需要，选择适当的工作模式，其功能主要有三个：

为井下探管和地面阅读器提供电源。

接受来自井下探管的电信号，并经过处理，以数字形式显示在机架的显示屏，并传输给地面阅读器。

操作人员根据需要，可以选择调节机架面板上的按钮、旋钮，获得不同的测量功能。

（2）地面阅读器:

安装在司钻前面的司钻操作台上，为司钻和工程技术人员提供瞬时井斜角、井斜方位角和工具面角，指导施工。

（3）TI热敏打印机：

用于打印各种数据资料。

2、井下探管：

井下探管原始测量信息采集传感器，下井时装在保护筒内，将测得的井下信息，通过单芯电缆，以脉冲电信号的方式把井下数据提供给地面A—1机架进行处理和显示。

3、信号传输载体

单芯电缆，用于给井下探管供电和传送井下探管的原始测量信息

三、工作原理：

井下探管中重力加速度计或石英加表敏感大地重力场测取井眼的倾角、磁通门敏感地球磁场测得井眼的井斜方位角，温度传感器测得井下温度；通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并能作为信号传输通道把井下探管测得的信号传输到地面计算机，地面计算机对探管信号进行处理并以数字方式显示出来。

四、规格：

表一

名称

规格

10000系列全角探管

900系列高温探管

700系列高温探管

外径（mm）

井斜角

（°）

测量范围

0～180

系统精度

±0.3

井斜方位角（°）

测量范围

0～360

系统精度

±2.0

工具面角（°）

测量范围

0～360

系统精度

±2.0

耐温（℃）

125

182

抗压（psi）

15000

四、操作方法

1、地面测试与检查

仪器接通电源，不接探管，按下＜SEAT＞键，测电缆开路电压为0伏。

连接探管试验电缆，按下＜SEAT＞键，测探管电压为28伏。

连接滚筒电缆和探管，按下＜SEAT＞键，测探管电压为32——40伏。

仪器能执行TI热敏打印机的键盘指令。

司钻阅读器上井斜角、井斜方位角和工具面角显示数据与A—1机架上显示的一样。

（2）下井总成检查:

按电缆头、探管连线接头、外筒、可调定向减震弹簧、加长杆、定向引鞋的顺序检查外形、螺纹、密封圈检查。

查电缆头时需检查电缆根部无变形，无断丝，触点清洁，连接牢固，绝缘可靠。

（3）循环头和手压泵检查：

循环头本体、螺纹无外伤，各轴承润滑活动良好，液压缸、液压管线、手压泵灵活好用。

2、测量施工

（1）测斜绞车摆放在距离井架大门前方30米以远，场地平整、安全、不影响其他施工地方，接好地线。

（2）将探管、电缆、A—1机架和TI热敏打印机连接。

开机预热探管20分钟，使仪器显示正常，键盘指令的输入和打印功能工作正常。

（3）组装下井仪器总成，要特别注意将定向减震器“T”型键与定向引鞋键槽对应。

（4）无磁钻铤的长度确定，是依据井眼的井斜方位角、地磁强度、地磁倾角以及井斜角。

从专用的图表中查出。

（5）根据井斜角大小，选择定向工作方式。

井斜角＞6度，采用高边工作方式，井斜角＜6度，采用磁性工作方式。

（6）当下井仪器总成接近定向接头时，减慢下放速度，将A—1机架上功能显示开关扳到工具面显示位置。

充分活动钻具后，使液压缸处在二层台位置，静止活动钻具。

（7）观察电缆拉力和工具面的变化，下放仪器座键至少三次，工具面读数误差小于2度，并且井斜角、井斜方位角能够对应起来表明座键成功。

（8）在井架二层台上卡电缆卡子，钻台上手压泵打压力，松电缆，下放钻具，定向施工。

（9）钻头接近井底，操作打印机，按＜R＞键和＜A＞键，记录初始测点的测量数据。

每钻进1个单根，操作打印机，按＜R＞键和＜A＞键，记录相应测点的测量数据。

钻进过程中，注意电缆滚筒与钻机同步操作，注意A—1机架上显示的探管温度和探管电压值。

（10）当准备起钻时，停泵，上提钻具1米，保持钻具静止3分钟。

在打印机键盘上按＜R＞键和＜A＞键，打印最后的静态测量数据。

3、维护与保养

（1）每次组装下井仪器总成时，螺纹处涂铜质密封脂。

（2）仪器要有防潮、防高温和防尘处理，仪器在运输过程中要有防震措施。

（3）打印机和打印纸在低温下保存，不能靠近热源。

（4）仪器使用完毕后，清洁以下插头插座：

A—1机架背面插座和相应的连线插头；司钻阅读器插座和相应的连线插头；打印机插座和相应的连线插头、电源插头；探管连线插头。

（5）每次卸开探管外筒后重新组装时必须检查密封圈，发现问题及时更换。

第四节MS3有线随钻测斜仪

一、作用及功能

MS3是STEERINGSURVEYTOOL随钻测量工具的简称。

是NLSPERRY-SUN公司的一种的随钻测量仪器。

MS3由于测量数据的精确度高，现场施工时的测量成功率高，它与无磁钻铤配合使用。

普遍应用于定向井的井眼轨迹测量施工中，同时也适用于大斜度定向井和水平井的井眼轨迹数据测量。

MS3具有实时监测井眼轨迹参数、井下钻具状态、井下温度和磁性参数的测量与分析功能。

MS3具有磁扫描功能：

运行磁扫描程序可以检查无磁钻铤、无磁扶正器、仪器外筒等无磁材料的磁化情况。

MS3具有错误和状态诊断功能：

在测量过程中，它可以检测来自井下探管对电源、工作状态和测量环境的信息。

二、主要组成部件及功能

MS3有线随钻测斜仪主要由地面计算机和MS3中间接口卡、恒流源、MS3探管、DDU司钻阅读器、TI热敏打印机、下井外筒总成组成。

1、地面计算机和MS3中间接口卡：

是由一台兼容的PC80386计算机和一块MS3中间接口组成。

地面计算机接收来自井下探管测量信息，通过采用STEERING随钻软件系统，能够进行测量数据的分析、处理和贮存，也能够在PC计算机的显示屏幕上显示出来。

2、恒流源（PSU）：

是一套特殊的专用电源装置，它为MS3探管和司钻阅读器提供电源和信息传输通道。

3、井下探管：

是一种特制的多功能探管，它可以用作单、多点测量，与一个专用的传输接头连接后，又能做有线随钻测量。

它作为原始信息采集传感器，下井时装在保护筒内，将测量的井下信息，通过单芯电缆，以脉冲电信号的方式把井下数据提供给地面PC计算机进行处理和显示。

4、DDU司钻阅读器：

以液晶数字的方式显示井眼的井斜角和井斜方位角数据，以液晶模拟刻度盘的方式显示井下钻具的磁性和高边工具面角，并提供瞬时井斜角、井斜方位角和工具面角指导施工。

5、TI热敏打印机：

为各种测斜操作打印数据资料。

6、下井外筒总成：

保护探管免受钻井液的高压，调节探管在无磁钻铤中的位置，把钻具的弯曲方向引到测量探管处。

三、工作原理：

四、规格

表二

名称

规格

MS3探管

外径（mm）

井斜角

（°）

测量范围

0～180

系统精度

±0.2

井斜方位角（°）

测量范围

0～360

系统精度

±2.0

磁边工具面角（°）

测量范围

0～360

系统精度

±2.0

高边工具面角（°）

测量范围

0～360

系统精度

±2.0

耐温（℃）

125

抗压（psi）

15000

五、操作方法

1、地面测试与检查

仪器接通电源，不接探管，按下＜SEAT＞键，测电缆开路电压为0伏。

连接探管试验电缆，按下＜SEAT＞键，测探管电压为28伏。

连接滚筒电缆和探管，按下＜SEAT＞键，测探管电压为32——40伏。

仪器能执行TI热敏打印机的键盘指令。

司钻阅读器上井斜角、井斜方位角和工具面角显示数据与A—1机架上显示的一样。

（2）下井总成检查:

按电缆头、探管连线接头、外筒、可调定向减震弹簧、加长杆、定向引鞋的顺序检查外形、螺纹、密封圈检查。

查电缆头时需检查电缆根部无变形，无断丝，触点清洁，连接牢固，绝缘可靠。

（3）循环头和手压泵检查：

循环头本体、螺纹无外伤，各轴承润滑活动良好，液压缸、液压管线、手压泵灵活好用。

2、测量施工

（1）测斜绞车摆放在距离井架大门前方30米以远，场地平整、安全、不影响其他施工地方，接好地线。

（2）将探管、电缆、A—1机架和TI热敏打印机连接。

开机预热探管20分钟，使仪器显示正常，键盘指令的输入和打印功能工作正常。

（3）组装下井仪器总成，要特别注意将定向减震器“T”型键与定向引鞋键槽对应。

（4）无磁钻铤的长度确定，是依据井眼的井斜方位角、地磁强度、地磁倾角以及井斜角。

从专用的图表中查出。

（5）根据井斜角大小，选择定向工作方式。

井斜角＞6度，采用高边工作方式，井斜角＜6度，采用磁性工作方式。

（6）当下井仪器总成接近定向接头时，减慢下放速度，将A—1机架上功能显示开关扳到工具面显示位置。

充分活动钻具后，使液压缸处在二层台位置，静止活动钻具。

（7）观察电缆拉力和工具面的变化，下放仪器座键至少三次，工具面读数误差小于2度，并且井斜角、井斜方位角能够对应起来表明座键成功。

（8）在井架二层台上卡电缆卡子，钻台上手压泵打压力，松电缆，下放钻具，定向施工。

（9）钻头接近井底，操作打印机，按＜R＞键和＜A＞键，记录初始测点的测量数据。

每钻进1个单根，操作打印机，按＜R＞键和＜A＞键，记录相应测点的测量数据。

钻进过程中，注意电缆滚筒与钻机同步操作，注意A—1机架上显示的探管温度和探管电压值。

（10）当准备起钻时，停泵，上提钻具1米，保持钻具静止3分钟。

在打印机键盘上按＜R＞键和＜A＞键，打印最后的静态测量数据。

3、维护与保养

（1）每次组装下井仪器总成时，螺纹处涂铜质密封脂。

（2）仪器要有防潮、防高温和防尘处理，仪器在运输过程中要有防震措施。

（3）打印机和打印纸在低温下保存，不能靠近热源。

（4）仪器使用完毕后，清洁以下插头插座：

A—1机架背面插座和相应的连线插头；司钻阅读器插座和相应的连线插头；打印机插座和相应的连线插头、电源插头；探管连线插头。

（5）每次卸开探管外筒后重新组装时必须检查密封圈，发现问题及时更换。

第五节RSS有线随钻测斜仪

一、作用

RSS有线随钻测斜仪是英国瑞塞尔公司生产的有线随钻测量仪器，普遍应用于定向井的井眼轨迹测量，能进行随钻测量和随钻自然伽玛测量，具有较好的抗震能力，且体积小。

二、主要组成部件及功能

主要包括地面计算机、RSS随钻软件、随钻伽玛软件；恒流源PSU；司钻阅读器；井下探管

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