浅谈如何加强石油钻井倾斜及方位测量的研究

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[摘 要]大庆钻探集团一直非常重视石油钻井倾斜及方位测量的研究，因为石油是当前社会发展中不可或缺的重要石化能源之一，具有非常广泛的应用，并且原石油是多个生产行业的基本原材料，因此做好石油的开采，尽可能的提高开采效率以减少原油在开采过程中的浪费，增大原油利用率是很有必要的。目前，在石油的钻井开采过程中，对于一些倾斜部位的探测和方位测量往往还存在一些难题，使得这部分石油矿井的钻探较为困难。现本文就以陆钻为例，来简单研究石油钻井倾斜及方位测量的相关问题。

[关键词]石油；钻井；倾斜；方位测量；

中图分类号：F416.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0336-01

目前的石油钻探分为海上钻探与陆地钻探.海上钻探相对来石油开采环境更恶劣，但是在陆地钻探中，也常常面临着很多钻探施工困难。如在钻井的过程中，一些地层构造较为陡蛸的地区，钻井较为困难，尤其是在垂直钻井施工中，因角度测量不够精准，常常面临钻井倾斜等问题，给垂直钻井施工质量带来很大影响：为了解决这一问题，有很多技术研究人员对陆地石油垂直钻井；蒴位测量技术方法进行了多次改进，以下本文就以捷联式自动垂直钻井系统的斜方位动态测量技术方法为例，来对现有的研究吱果进行简单分析，探讨其具体的应用方法。

1 钻井倾斜及方位动态测量的提出

一般在石油钻井施工过程中，为了保证油井按照设计要求进行钻进，往往需要在钻机上安装相应的测量仪器，即随钻测量。而在钻进过程中，技术人员要控制钻机速度和方向，就要通过测量仪器传感器所发送的信息来进行相应调整。即在钻机上同时安装了三轴磁通门传感器和三轴加速度计：安装加速度计的作用是为了可以在钻机在钻进过程中，根据钻头的旋转而计算出钻头的速度。加速度计要安装在旋转的中心轴上，这样才能避免离心加速度对钻头的真实速度产生影响。之所以要采用动态测量算法来对钻井倾斜及方位进行测量，主要是因为在陆钻中，一些地层结构较为复杂的地区，钻机会出现小角度倾斜，而静态测量并不能灵敏的检测出其倾斜度。而在旋转运行中，采用动态测量方法则可以很好的解决这一问题。保证垂直钻井的施工质量。

2 钻井倾斜及方位动态测量的算法

在提出小角度倾斜旋转时井斜、方位角的动态测量算法前，首先给出小角度倾斜时方位角测量方法。其中，井斜为I、方位角为A、工具面角为T，G为已知的重力加速度；Gx、Gy、Gz与Bx、Bv、Bz分别为三轴加速度计和三轴磁通门信号。当倾斜角I很小接近0时，cos I≈l，sinI≈I，其地磁信号分量Bx、By为

由式（6）可知，小角度倾斜时，方位角测量可以简化为两轴加速度计和两轴磁通门，当钻具旋转时，重力分量Gx，Gy，和地磁分量Bx，By，为随转速变化的正弦信号，不适用于动态方位角测量。式（6）须进一步优化为小角度倾斜旋转条件下的方位角动态测量。由式（3）可知

式（7）中第1项为sin A的直流成分，第2项和第3项均为工具面角T的交流成分，故式（7）两端对工具面角T进行N个整周期积分后，仅剩余第1项，为

同理，GXBX对T积分得

式中，T采用磁工具面角Tb.g为地球重力加速度。

式（10）和（11）构成捷联式自动垂直钻井系统在动态旋转时的并斜、方位角及工具面角解算公式。需要注意的是式（10）和式（11）的积分是关于磁工具面角的积分，而通常的数据采集是等时间间隔采样的，所以要对加速度信号和磁通门信号进行等角度间隔重采样。

为验证式（11）所计算的动态方位角的合理性，建立仿真条件，假设当地重力加速度为G=10ms-2，地磁总强度B=4.84×10-5T，当地磁倾角ψ为45.5°，倾斜角I为0.5°，1°，2°，方位角A从l变化到350°，间隔1°，采样频率为100Hz，探管旋转速度为0，60，120r/min，依次间隔10s，两轴加速度计的信噪比分别为1dB和10dB，磁通门信号的信噪比为20dB不变。图2为仿真用两轴加速度计信号和磁通门信号波形图，其中倾斜角0.5°、方位角45°，加速度信号的信噪比为1dB，磁通门信号的信噪比为20dB。

由上述分析我们可以看出，在不同的信噪比和不同的倾斜角下的情况下，方位角的动态测量计算结果存在一定的误差。并且经过计算分析，得知这些倾斜角的方位角误差曲线均为正弦曲线，也就说，当方位角为90。和270。时，误差分别达到正向最大值和负向最大值。由此我们可以看出，在方位动态测量中，若倾斜角的度数越大，则方位角的误差也就越大。因而采用本动态测量方法测量方位角时，应当注意其倾斜角的大小，并通过误差补偿方法来减少误差绝对值，从而提高石油钻井倾斜及方位测量的精准性与正确性。

本文以捷联式自动垂直钻井系统的倾斜及方位动态测量技术方法为例，详细分析了动态测量的计算方法。这一计算方法在陆地石油钻井施工中具有较为实际的应用意义。经过实践证明，采用这种算法能够极大的满足钻井小角度倾斜的方位角测量精度要求，非常适合为同类石油钻井施工测量借鉴参考。