定向井轨迹测量及方位控制实验.docxVIP

中国石油大学采油工程实验报告 实验日期：2014.11.12 成绩： 班级： 石工110 学号： 11021 姓名： 教师： 战永平 同组者： 定向井轨迹测量及方位控制 实验目的 （1）直观认识井眼轨迹参数（井斜角，井斜方位角）及造斜工具姿态参数（重力工具面角，磁工具角）。 （2）了解常用电磁测斜仪的基本构造和测量原理，直观认识磁干扰现象。 （3）定向及扭方位操作演示（或井眼轨迹测量操作演示）。 实验仪器 电子单多点测斜仪（探管）1套：YSS-32电子单多点测斜仪 测斜仪校准台1台 定向及测斜杆件1套（定向杆，抗压筒，加重杆各1个） 定向接头 计算机1台：预先安装与测斜仪配套的操作软件 图1 实验仪器演示 实验原理 以北京海蓝科技公司的YSS-32电子单多点测斜仪（以下简称测斜仪）为例简单介绍常用的电磁测斜仪构造及测量原理。 YSS系列电子单多点测斜仪是类似于国外ESS的测斜仪器，具有使用方便。准确，可靠性高等优点，是较好的油田钻井测斜仪器设备之一。该测斜仪的技术参数如下： 测量精度见表1； 工作温度范围：+6~105℃； 预热时间：30min； 表1 YSS-32电子单多点测斜仪精度 型号 项目YSS系列井斜INC±0.2°方位AZ±2.0°工具面TF1（井斜10°，重力高边）±2.0°工具面TF2（井斜10°，磁力高边）±2.0°3.1 测斜仪的构造 测斜仪主要由探管、接口电源箱、计算机、打印机、连接电缆等组成（见图2）。另外，抗压筒、引鞋组件、加长杆等机械部件也是测斜仪井下不可缺少的重要组件之一。 探管是测斜仪的核心部件，由测量头、电子柱和电池筒组成。其中，测量头有引入工具面基准的T形槽头和安装传感器的台体。台体上安装3个加速度计和3个磁通门，可以测量出重力场和地磁场在探管坐标系上的分量。测斜仪无论处于哪种状态，都可以通过各种传感器的测量值计算出井眼参数。 图2 YSS-32电子单多点测斜仪 加速度计 加速度计是用来将输入速度变成与之对应的电压（或电流）或脉冲频率的传感器。其中，磁悬浮加速度计抗冲击能力较强、结构简单、精度适中的，在钻井测斜仪上被广泛采用。磁悬浮加速度计由敏感头和伺服电路组成，见图3。 敏感头的结构是在灌满磁性液的圆柱体内放置圆柱头永久磁铁（磁钢），在圆柱体的外部绕有2个绕组，圆柱体的两端用端盖密封。磁钢的两端吸附一些磁性液体中的磁性小颗粒，在磁钢两端形成的支撑，把磁钢悬浮起来，使磁钢在圆柱体内作轴向自由移动，且摩擦力很小，起到提高灵敏度和保证阻尼参数作用。当圆柱体轴向（称之为加速度计的输入轴）输入加速度时，磁钢受惯性力的作用偏离零位。磁钢的偏移引起2个绕组的电感值变化（一侧变大，另一侧变小），导致磁激电压在两绕组的分布发生差异，即其压降不相同，这一差异就是由2个绕组和磁钢构成的位移传感器上的输出电压。该电压经伺服电路的前置放大、相敏解调、积分功放后，通过采样电阻将反馈电流加到量绕组的中点上，流过绕组的电流在圆柱体内产生电磁场，这一磁场作用于磁钢上，产生反向推力。所产生的推力大小刚好与作用于磁钢上的惯性力相平衡，完成了输入加速度转换成电流的功能，在采样电阻上可获得电压。这一电压在一定的条件下，就正比于输入加速度，即： U0=RsKFma （1） 式中，U0—输出电压；Rs—采样电阻；KF—力发生器传递系数；m—摆质量；a—输入加速度。设计时保证KF和m不变，改变Rs阻值来改变加速度计的比例系数。 磁通门 磁通门又称磁通计，是将输入磁通转换成与之对应电压的传感器。如图4所示，磁通门由一对带骨架的绕组和外壳所组成。在骨架内孔放置导磁率高、饱和磁感应强度小、磁滞回线窄的磁性材料——磁芯。完全相同的一对磁组合件平行地装入不导磁的外壳内，用密封材料密封。两个绕组的始端分别接在两个引线端子上，两个末端接在第三个引线端子上。通过两个始端加入交流激磁电压，使磁芯内的磁通变化相同，其正负脉冲幅度相同。当外磁场不为零时，一对磁芯中的磁通量均增大，由于激磁电压是反接的，因此一个磁芯加深饱和状态，另一个磁芯退出饱和区，由此所产生的正负脉冲的幅度是不相同的，其差异随外磁场的增大而变大。脉冲经前置放大、解调、积分功放后通过采样电阻加到两绕组的末端上，所流过的电流产生磁场，其大小几乎等于外磁场，但方向相反，电流的大小和方向取决于外界磁场。从采样电阻可获得与外界磁场磁感应强度成正比的电压输出，即