(中石化中原石油工程有限公司地球物理測井公司 河南 濮陽 457001)

SDZ-3070連斜微球短節(jié)測量精度的提高方法探討

史冊(cè)

(中石化中原石油工程有限公司地球物理測井公司 河南 濮陽 457001)

針對(duì)SDZ-3070連斜微球短節(jié)在測井中出現(xiàn)傾角方位精度不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，從校驗(yàn)期限、加速度計(jì)輸出值是否達(dá)到標(biāo)量、磁通門傳感器對(duì)稱性、以及線路磁化四個(gè)方面進(jìn)行討論并提出了可行的提高精度的方法。

測量精度；重力加速度計(jì)；磁通門傳感器；對(duì)稱性；磁化

0 引 言

SDZ-3070連斜微球短節(jié)是SDZ-3000快速測井平臺(tái)的一部分，它的任務(wù)是完成連續(xù)測斜、微球、微電極、井徑的測量功能，并有四道脈沖計(jì)數(shù)，可以對(duì)中子、密度下井儀計(jì)數(shù)。本文就連斜部分測量精度的問題進(jìn)行詳細(xì)討論，旨在提高測井的穩(wěn)定性和精度。

1 連斜部分的工作原理

連續(xù)測斜儀采用的是貫性導(dǎo)航技術(shù)，通常采用二個(gè)坐標(biāo)系，即大地坐標(biāo)系和儀器坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系作為儀器的參考坐標(biāo)系，儀器坐標(biāo)系作為測量坐標(biāo)系。通過這兩個(gè)坐標(biāo)系可以算出儀器在空間任意一點(diǎn)的姿態(tài)。儀器坐標(biāo)系由安裝在儀器探頭內(nèi)的兩類三組敏感元件(每組磁通門傳感器、重力加速度計(jì)各一只)正交安裝建立。通過計(jì)算兩坐標(biāo)系的夾角，求出儀器在井眼中的傾斜角和傾斜方位角。原理上只要保證儀器與井眼同軸，儀器的傾斜角和傾斜方位角就是井眼的傾斜角和傾斜方位角。

1.1 重力加速度計(jì)

SDZ-3070采用的是石英撓性伺候加速度計(jì)，它實(shí)際上是一個(gè)力平衡式的伺候系統(tǒng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鉆井中井身傾斜的測量。

加速度計(jì)通常由敏感質(zhì)量、換能器、伺候電路、力矩器四部分組成。在結(jié)構(gòu)上，有的將伺候電路集成于加速度計(jì)的殼體中，有的則采用分體結(jié)構(gòu)，將電路和表頭分為兩部分。當(dāng)外界的加速度a沿著敏感軸方向輸入時(shí)，敏感質(zhì)量m相對(duì)于平衡位置運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生慣力F，然后通過換能器將此機(jī)械運(yùn)動(dòng)按正比例轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)。該電壓使得伺候電路輸出電流信號(hào)i，如圖1所示。該電流被反饋到力矩器中，力矩器是由處于恒定磁場中的力矩線圈構(gòu)成，當(dāng)線圈流過電流時(shí)產(chǎn)生電磁力，當(dāng)電流流過力矩器時(shí)，力矩器產(chǎn)生反饋力Fc與慣性力F相平衡，直到敏感質(zhì)量再次恢復(fù)到原來的平衡位置[1]。

圖1 重力加速度計(jì)工作原理框圖

在平衡狀態(tài)下，F(xiàn)c=F。由牛頓第二定律可知，F(xiàn)=ma,又根據(jù)恒定磁場內(nèi)線圈流過電流而產(chǎn)生電磁力的公式可知，F(xiàn)c=BLi,故慣性質(zhì)量處于平衡位置時(shí)有：

ma=BLi

i=ma/BL=ka

k=m/BL

式中，B是恒定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L是線圈導(dǎo)線總長度。

1.2 磁通門傳感器

磁通門傳感器是一種磁測量傳感器，主要由磁通門(由鐵芯及線圈構(gòu)成)、激勵(lì)信號(hào)電路以及測量電路組成。其測量精度和穩(wěn)定性主要取決于鐵芯的導(dǎo)磁特性、線圈的繞制、激勵(lì)信號(hào)的頻率和測量電路的靈敏度。

對(duì)于一般的鐵磁物質(zhì)，其整體雖然表現(xiàn)為無磁性，但其內(nèi)部分布著一個(gè)個(gè)小磁鐵，所以當(dāng)鐵磁物質(zhì)靠近磁通門時(shí)，磁通門就能感應(yīng)出這些磁鐵產(chǎn)生的磁場，故在磁通門測量大地磁場時(shí)要遠(yuǎn)離鐵磁物質(zhì)[2]。

2 提高測量精度的方法

2.1 縮短儀器校驗(yàn)周期

儀器經(jīng)過長時(shí)間的使用，在測井過程中出現(xiàn)傾角誤差值超過正負(fù)0.2°，方位值誤差超過正負(fù)2°，探頭部分的精度必然受到影響。新鄉(xiāng)第二十二所規(guī)定每6個(gè)月需對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試校驗(yàn)，為提高測井的穩(wěn)定性與測量精度，可將校驗(yàn)周期縮短為3個(gè)月。

2.2 調(diào)整重力分量、地磁場分量對(duì)應(yīng)低通濾波器的輸入電阻

校驗(yàn)儀器時(shí)發(fā)現(xiàn)，重力分量的最大輸出值與標(biāo)量值(8000mV)相差較大時(shí)，儀器傾角、方位的測量精度受到影響，其計(jì)算方法見公式。

顯而易見，重力分量與磁場分量的輸出值能否達(dá)到標(biāo)量值8 000 mV與6 000 mV直接影響到傾角和方位角的測量精度。由加速度計(jì)的工作原理可知，反饋電流i正比于被測加速度a的大小，伺候電路輸出端接上精密電阻R，通過測量電阻上的輸出電壓即可測得被測加速度。Gx的輸出端與低通濾波器相連接，也就是說調(diào)整低通濾波器的輸入電阻即可實(shí)現(xiàn)[3]。

圖2 改進(jìn)后的Gx低通濾波電路

所需電阻R6*的計(jì)算公式：

G的最大輸出值×R6=G的標(biāo)量值(8 000)×R

R=R6*∥R6

同樣的方法也適用于磁場分量的調(diào)整。

以Mx為例，在輸入電阻R24上并聯(lián)電阻R24*后，可以補(bǔ)償Mx的最大輸出值使其達(dá)到標(biāo)量值6000mV，保證方位的測量精度。

圖3 改進(jìn)后的Mx低通濾波電路

所需電阻R24*的計(jì)算公式：

M的最大輸出值×R24=M的標(biāo)量值(6 000)×R

R=R24*∥R24

2.3 增加電位器調(diào)整磁通門板對(duì)稱性

由于儀器調(diào)校的補(bǔ)償系數(shù)范圍有限，一般遇到磁通門對(duì)稱性不好的情況，采取的方法是更換新板。經(jīng)過摸索與實(shí)踐，找到了解決問題的方法。如圖4所示，原來磁通門板上R7位置是連通線，在此位置加上一個(gè)可調(diào)電位器R7(阻值為103 Ω)，改變模塊輸出的電壓信號(hào)，從而改變磁通門輸出信號(hào)的對(duì)稱性[3]。改進(jìn)后的儀器上校驗(yàn)臺(tái)調(diào)校，經(jīng)過系數(shù)的補(bǔ)償，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合要求。

2.4 測井過程中在SDZ-3070后掛接無磁短節(jié)

磁通門傳感器是一種磁測量傳感器。其測量精度主要取決于鐵芯的導(dǎo)磁特性，線圈的繞制，激勵(lì)信號(hào)的頻率和測量電路的靈敏度。而鐵芯的導(dǎo)磁特性對(duì)磁通門傳感器的精度和穩(wěn)定性起著重要作用，磁通門傳感器主要是測量弱磁場的，其鐵芯是經(jīng)過特殊工藝加工而成的，當(dāng)其處于強(qiáng)磁場內(nèi)時(shí)，鐵芯的導(dǎo)磁特性發(fā)生改變，故而其精度與穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，這也就是磁通門要遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場的原因。

在實(shí)際測井中，儀器下部需要掛接其它儀器以完成組合測井，而其它儀器并非由無磁材料制成，一旦下部掛接的儀器被嚴(yán)重磁化，勢必影響到SDZ-3070。三塊磁通門傳感器位于儀器下部的電子線路內(nèi)，為避免下面掛接儀器產(chǎn)生的影響，組合測井時(shí)，在SDZ-3070后面掛接無磁短節(jié)，將磁通門傳感器與其它儀器隔離開來，避免了磁化帶來的影響，可提高測井的精度與穩(wěn)定性。

3 實(shí)際效果

通過在陜西宜君地區(qū)的宜5-04向1井、陜西韓城地區(qū)韓10-07井和山西保德地區(qū)5-04井等進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，解決了SDZ-3070傾角方位精度不達(dá)標(biāo)的問題，儀器的重力分量和磁力分量均可達(dá)到8 000 mV和6 000 mV的標(biāo)準(zhǔn)值，傾角誤差可控制在±0.2°，方位誤差控制在±2°，達(dá)到了精度的要求，滿足了儀器的測井工程需求。

[1] 中國電子科技集團(tuán)第22研究所. SDZ-3000快速測井平臺(tái)(電氣篇、結(jié)構(gòu)篇)[Z].2009：56-61.

[2] 尚作源.地球物理測井方法原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1987：102-108.

[3] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006：256-275.

DiscussiononMethodforImprovingAccuracyofSDZ-3070IntegrativeUnit

SHICe

(WirelineLoggingCompany,ZhongyuanOilfieldServiceCorporation,Sinopec,PuyangHenan457001,China)

Aiming at the problem that the azimuth angle of SDZ-3070 integrated unit can’t meet the required accuracy, the discussion is made on four aspects which include the calibration period, the output value of the gravity accelerometer, symmetry of the flux gate sensor, and the anti-magnetization of the flux gate sensor. A feasible method for improving the accuracy is put forward.

accuracy of measurement; gravity accelerometer; flux gate sensor; symmetry; magnetization

史 冊(cè)，女，1988年生，助理工程師，2012年畢業(yè)于長江大學(xué)，現(xiàn)在中原石油勘探局地球物理測井公司數(shù)控測井中心從事儀修工作。E-mail:414696553@qq.com

P631.8+11

A

2096-0077(2017)05-0091-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.05.023

2016-11-01編輯姜 婷)