文档介绍：第一章 SK-MWD 仪器概述
前言
SK-MWD随钻测斜仪是神开公司研发的新一代测斜仪,测量精度高,可靠性好,操作简单,使用寿命长,维修方便。井下仪器由脉冲发生器、电池筒、伽玛探管、定向探管及扶正器等组成。地面软件操作简便,数据显示直观,适合现场工作需要,具有显示、储存和打印功能。井下仪器为模块状并具有柔性,能满足短半径造斜需要。仪器能耗低,电池寿命长。整套井下仪器可打捞,避免卡钻引起的仪器落井损失。
SK-MWD 随钻测斜仪系统组成
SK-MWD随钻测斜仪由地面设备和井下测量仪器两部分组成。地面设备包括:立管压力传感器、悬重压力传感器、绞车传感器、地面控制箱、司钻显示器、计算机及有关连接电缆等。井下测量仪器主要由伽玛探管、定向探管、脉冲发生器、电池筒、扶正器、打捞头以及安装仪器用的专用短节组成,总体结构框图如图1所示。
SK-MWD随钻测斜仪各部件间采用拥有专利技术的旋转插接方式,仪器使用方便可靠,同时能大大减少仪器在现场安装时出现损坏。
SK-MWD随钻测斜仪的定向探管采用高精度的固态传感器、高可靠性的外围电路,通过高水平的装配,专业的调校,使测量的准确性与可靠性得到保证。同时也可选配伽玛探管,为随钻测量伽玛值提供解决方案。
SK-MWD随钻测斜仪的伽玛探管采用进口伽玛传感器,结合合理的编码方式,将地层的伽玛值准确的输出。
SK-MWD随钻测斜仪的脉冲发生器采用成熟的技术,利用正脉冲传输信号。通过多重的检验,确保其正常工作于高温、高压、高振动的环境。
SK-MWD随钻测斜仪的电池筒采用高温锂电池,作为驱动仪器工作的动力源,在保证工作可靠的同时,还注重于提高更换与检测的操作性能,以及使用的安全性。
SK-MWD随钻测斜仪的扶正器采用可换式翼片结构,不需特殊工具就能更换替代,操作便捷。媲美于其它类型扶正器的使用性能,翼片式扶正器使用成本远低于其它类型扶正器。
SK-MWD随钻测斜仪装配打捞头,方便井下仪器的装入或卸出,也可在在井下出现卡钻、落鱼等故障时,及时将井下仪器打捞出来,减小损失。
图1 SK-MWD随钻测斜仪总体结构图
SK-MWD 随钻测斜仪功能原理
SK-MWD 随钻测斜仪探管将测得的井下参数按特定的方式进行编码,产生控制信号,控制信号控制脉冲器的小控制阀上下运动,再利用泥浆流动的能量使提升阀产生相应的上下运动,因此改变了提升阀与限流环之间的局部通流面积。在提升阀提起状态下,钻柱内的泥浆可以较顺利地从限流环通过;在提升阀落下状态时,泥浆流通截面积减小,在钻柱内产生了一个泥浆压力正脉冲。定向探管产生的控制信号控制着提升阀提起或落下状态的时间,从而控制了脉冲的宽度和间隔。提升阀与限流环之间的泥浆流通截面积决定着信号的强弱,我们可以通过选择提升阀的外径和限流环的内径尺寸来控制信号强弱,使之适用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作环境。实际上,整个过程涉及到如何在井下获得数据以及如何将这些数据输送到地面,这两个功能分别由探管和泥浆脉冲发生器完成。
泥浆脉冲发生器的工作原理
SK-MWD随钻测斜仪是通过电磁机构控制提升阀与限流环之间的流通面积,进而引起在钻杆内流动的泥浆压力产生变化,达到传输信号的目的。由电磁机构直接带动提升阀需要相当大的功率,在井下实现是不现实的,在设计中,采用了利用流动的泥浆由伺服阀阀头带动提升阀的方式。
如图2所示,伺服阀阀头处于压下状态,在无磁钻铤内高速流动的泥浆,流过限流环与提升阀形成的截流面处时产生压力差,使提升杆外部泥浆压力高于提升杆内部泥浆压力,提升杆内部的泥浆压力作用在活塞上表面,提升杆外部的泥浆压力作用在活塞下表面,由于泥浆压力差的作用,使得活塞向上运动,弹簧被压缩,提升阀提起,提升阀与限流环之间的流通面积较大,泥浆可以快速通过,钻杆内泥浆的压力较小,设定此时为井口采集到的泥浆压力的零位。
如图3所示,在电磁力作用下,伺服阀阀头被提起,泥浆可以从伺服阀阀头处流入,提升杆内外的泥浆压力基本平衡,作用在活塞表面的压力基本相等,原来被压紧的弹簧将释放,提升阀与限流环之间的流通面积减小,钻杆内泥浆的压力将升高,井口泥浆压力采集信号表现为正脉冲。
定向探管基本工作原理
图4 测量坐标系示意图
这种测斜仪通过建立探管测量头坐标系,如图4所示,利用当地已知的重力场和地磁场做为基准,并利用定向探管坐标系与基准的相互关系计算出方向参数。
X、Y、Z、O直角坐标系的XOZ平面与T形槽定位面平行,而Z轴平行于测量头轴向。三个加速度计Gx、Gy、Gz和三个磁通门Bx、By、Bz的敏感轴分别平行于OX、OY、OZ。因此,前者可以感受重力场的重力加速度在三个方向上的分量,后者感受地磁场在三个方向上的分量。当这些传感器感受输入