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2530-BDS连续测斜探头

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2530 BDS 连续 探头
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530七年十一月一、 仪器简介• 53030快速测井平台系统中,用来测量裸眼井重要的工程参数井斜( 井斜方位( 一号极板方位角 和相对方位( 参数的重要仪器之一。连续测斜仪所得的值可以让施工人员把握实际裸眼井的轨迹是否与最初设计的施工轨迹相吻合,从而判断此裸眼井是否打成功,满足了施工人员对所钻裸眼井轨迹姿态把握的需要。 530温瓶杆和保护外壳组成。• 其电路芯架外形全貌如下图 1所示:图 1. 连续测斜仪电子线路1。 31芯上端头; 2。电源及信号处理电路; 3。探管保温瓶; 4。 31芯下端头二、组 成• 它由二部分组成:电子线路 、 测斜仪 (功能上与。• 电子线路安装在芯架上 ,由变压器 、 测斜仪安装在保温瓶内 , 由 三个石英挠性加速度计和三个以二次谐波原理制成的磁通门磁力计等六个敏感传感器组成 。 共 输出八个模拟量:三个加速度计信号 、 三个磁力计信号 、 保温瓶内温度信号和电平转换参考电压 , 即 Z、 T, 及 经过数字化处理后传输到 由地面系统进行处理计算 。三、 主要技术指标• 电子线路• 主 电 源: 25010% 50/60工作温度: ~ 155℃ ; ~ 175℃• 有效长度: 1400总 长: 1840仪器重量: 30最高耐压: 100140冲 击: 50g 三维( 11 震 动: 5 g 三维( 10— 60 可 靠 性:一次测井成功率 ≥95%主要技术指标• 测斜仪• 加速度计灵敏度: 5V/g 范围 ± 磁 力 计: 测 量 范 围:井斜角 0° ~ 180°• 方位角 0° ~ 360°• 一号极板方位角: 0~ 360°• 相对方位角 0~ 360°• 测 量 精 度:常温下测量:井斜角 ± 方位角 ± 2°• 一号极板方位角 ± 2°• 相对方位角 ± 2°• (注:以上数据取自 ° 时)• 当井斜角 ≤2° 时允许方位不定• 井斜 2~ 5° 时,方位允许误差为 ± 3°在 530仪器系统中的位置. 连斜在仪器串中的位置四、使用时应注意的安全事项• 仪器工作电压达到 250此应注意人身安全,操作要防触电。• 测斜仪内石英挠性加速度计为灵敏传感器件,在不加电的情况下,容易震荡受损,在运输和搬运过程中应注意防震冲击。• 测井完毕后,应及时清洗仪器外壳,以免泥浆长期淤积,导致钛合金外壳生锈。五、 工作原理• 530 地理坐标系、仪器坐标系) 中利用三个加速度敏感传感计,三个磁力计测量出所需 电和磁的两个向量 参数,这些参数经过 出井斜角( 方位角( 一号极板方位角和相对方位角( 井斜探头原理框图图 3. 连斜仪接线框图加速度计、磁通门磁力计、温度传感器、信号发生器和滤波8路信号放大和极性变换滤波、多路转换,可变增益放大和 12位 A/存器X, T, X, 图 4 连斜探头线路原理框图上端 31芯• 1# , 4# 16#源地 ;• 25#27#28#下端 31芯• 1#, 4#50 11#-- 13# 14#-- 16#源地;• 17#-- 18#-- 19#-- 22#-- t; • 25# 27# 28#• 30#Z; 31#;• 其它• 2#,9#,10#,15#,23#,29#为直通线供其它仪器使用。电子线路简介• 530(在有其他仪器一起下井的时候,必须接电子线路段 2才能正常工作。)。电子线路 2供给其它仪器所使用的模拟通道只能传输小于 测斜仪根据不同的井斜和方位,其输出为大小不等的正负信号。因此连续测斜仪电子线路的第一个功能就是把测斜仪所输出的 Z、 时还提供一个参与计算的标准信号 过共用电子线路 2上传到 传输到地面系统。 5301)启动快、精度高• 2)耐高温、抗冲击(加电时)、适应恶劣环境能力强• 3)可用于各种连续测斜仪、随钻测斜仪和地层倾角仪作为定向短节用。 结构及组成• 530号发生和处理电路以及为它们提供精确的按三维直角坐标布置的安装基准体(骨架)组成。而定向模块由三个石英挠性加速度计、三个磁通门磁力计组成。此外,还有设置在信号发生和处理电路上的温度传感器 系统提供仪器的环境温度信息。530通门磁力计及其信号处理电路请参照实物图六。技术指标温度:连续工作温度 ~ 70℃冲击: 50g 10 半正弦振动: 5 g 10~ 200 峰 — 峰值 20— 40 5。加速度计部分图 6。 两套坐标系的建立• 地理坐标系:由水平东向、水平北向和铅垂方向(彼此正交)组成。在此系统中电力场向量 在一条线上,磁场向量 N、 V)平面内它与水平北向的夹角为磁倾角( I) ,这一角度和两个向量在一个固定的地理区域内为不变值。• 仪器坐标系:由探头轴 K、极板 1#方向 #方向 于探头在钻探井中是随机移动的,向量 在仪器坐标系中有任意位置。• 测斜仪就是利用仪器坐标系的三个加速度计、三个磁力计(正交坐标系)测量 的,这两个向量在地理坐标系中是容易确定的。这样,通过 使仪器坐标系和地理坐标系就建立起了一种关系。井斜角、方位角、相对方位角、 1#极板方位角定义• 井 斜 角:垂线与仪器轴线在垂直平面上的夹角。• 斜方位角:磁北与探头轴线在水平面上投影之间的夹角。• 板方位角:磁北与 1#极板方向在水平面上投影之间夹角。• 1#极板方向与仪器高边在垂直于仪器轴线平面内的夹角。 井斜角、方位角、 1#极板方位角、相对方位角• 根据仪器坐标系三个加速度计( 三个磁力计( Y、 提供的六个参数,即重力场和磁场在各坐标的三个分量,通过 所述公式即可计算出 加速度计和磁力计• 加速度计采用石英可挠加速度计、灵敏度 g,最大调整为 磁力计采用磁通量闸门磁力计,最大调整为 加速度计和磁力计出厂时都已在校正平台上通过两个电位器(调零、调幅)都已调整好,且定位相对固化,一般到现场不需调整,除非更换加速度计或磁力计。 传感器定位• 测斜仪坐标系由仪器轴线( K)、 1#极板( i)、 2#极板( j)相互正交组成。仪器轴线对应 Z、 1#极板对应 X、 2#极板对应 Y。即 X、 Y、 加速度计、三磁力计对应安装在这三个方向上,形成: 相对定位如下:• 当仪器垂直时, 当仪器水平 , , 当仪器水平 , , 参数计算测斜仪系统在测斜仪的轴线上安装有三维加速度计传感器和三维磁力计传感器,线路板上装有温度传感器。三维加速度计传感器所获得的信号通过滤波器使其输出为稳定不受干扰的信号,三维磁力计传感器所获得的信号是由晶振输出一个频率信号按 整流,低通滤波使其输出为稳定不受干扰的信号,温度传感器是用来测量保温瓶内的温度,以便检测保温瓶的质量,从而确保测斜仪在正常温度范围内工作。测斜仪的计算公式如下所述: 个磁力计和一个温度信号的测量值。•• A=( 1/2 … ⑴• F=( 1/2 … ⑵• 参与计算值• X/A Z/A …… ⑶• …… ⑷• 井斜角 1/2/0~ 90° 范围 …… ⑸• H1=ax*H2=fx*ax+fy*ay+fz* …… ⑹• 井眼方位角 2) …… ⑺测斜仪• 象限判断参照图 7的十字坐标系所示:• a: ~ 90°• b: 70° ~ 360°• 一号极板方位角• 1/ 0~ 360° 范围 …… ⑻• 其中 H1=fz*H2=象限判断如图 6。• 相对方位角• RB=…… ⑼• 273+℃ ) /100• 在测井过程中,三维加速度计的平方和开方应当是重力加速度模量,而三维磁力计的平方和开方应当是磁场模量,而这两个量都是恒定的,故对这两个量进行监视,可了解测斜仪工作状态是否正常。 图 7测斜仪芯简要原理5。 2。 9 调试须知• 一般调试方法参照 “ 传感器定位 ” ,使三个加速度计、三个磁力计正确安装在三个正交面上,即当一个为最大时,另两个为最小。• 需要注意的是,当用井眼几何形状测试盒 31芯电缆与 使用以下公式( 测试盒所示测量值)• × ( ; × ( • × ( ; × ( • × ( ; × ( • 其中 然后再运用公式( 1)~( 9)计算 当用井眼几何形状测试盒 15芯电缆直接与测斜段检查时,通过其显示的 1)~( 9)计算。 测斜信号处理电路外部信号处理电路的组成外部信号处理电路即处于保温瓶外的电路部分。由 ) 外部信号处理电路的 附图二或者下图 8)是电源板,它负责将输入的 2501降压,整流桥整流后由 压成测斜仪需要使用的 ± 12 5 2 03C 1 040 C 2 040 C 1 032 2 022 2 021 00 021 00 022 40R 3 4R 2 03R 2 022 40V o 01C W 1 3 7C KV o 01C W 1 1 7C 012 20 U x 2C 2 012 20 U x 2V 1 03UV o 01C W 1 3 7C 02 S D - 6T O - S D - 4121 。电源板• 如上图所示, 250约形成两组 22通过 12一组则由 12 12接到图 7左下角的 通过 5)信号处理板 。信号处理板测斜信号处理电路• 如上图 9所示 , 图中所显示的就是从测斜仪芯中输出的 于 正有负。但是电子线路段 2只能传输大于 0小于 此该电路的极性变换就显得非常重要了。如右图所示以解电路的原理• 我们使用的是双列直插的运算放大器 图中可以看出,由于从测斜仪器芯出来的 与 增益电阻 K, 0K,则该负反馈放大电路的增益应该为:• A=1=0K= ………… ⑽• 那么我们就可以得到输出信号为:• X+( ]= ………… ⑾• 由第三章第四节的测斜仪调试方法中,我们知道,加速度计 么我们把这个范围代入上面的公式⑽计算,可以得出结论:• 0≤解电路的原理• 右图所示, 此公式⑾中的 ,我们可以很快的算出 然, 常情况下,我们在调试电源板输出电压时为了防止,上传到地面的电信号大于 么经过公式⑾换算后,我们可以知道 路中还会有些微小的损耗,所以不确定)。而处理 右面的电路分图九所示:• 由于 0K, 0K,因此增益 A=1,所以这里 手册后面会另附附图 530用户将更加清楚所有信号的传输路径。六 连续测斜仪芯的调试方法准备工作• 1)调 位与罗盘指针方向一致,并远离磁性物质。• 2)将测斜仪固定于校验台。并用 15芯专用线于测试合相连。加速度计调试1)将测斜仪调至水平,使 22)调 3出 3)保证 转测斜仪 180度,再使 2 出 时 步时符号相反,幅值相近)• 4)调整加速度计滤波电路板上的电位计 2• 5)保证 自转测斜仪 180度,在使 2证此时的 2,且与 4)时符号相反,如果相差超过 56)如零位已调好,调节 自转测斜仪 180度检验加速度计调试1)测斜仪调至水平,使 22)调 2出 3)保证 80º,再使 2出 时 步时符号相反)• 4)调整加速度计滤波电路板上的电位计 2• 5)保证 自转测斜仪 180º,使 2证此时的2,且与 4)时符号相反,如果相差超过 56)如零位已调好,调节 自转测斜仪 180º检验1)将测斜仪竖直向上,使 3 值 )• 2)将测斜仪竖直向下,使 3 值 )• 3)调整 2• 4)再将测斜仪竖直向上,验证 2• 5)如零位已调好,调节 旋转测斜仪 180º检验• 注:如调节 w2,w4,磁力计调整1)使测斜仪水平, 2状态 1)• 2)在方位角为 0, 90, 180, 270度时分别读取 节 个固定镙钉,使 差不超过 5时 算四个方位的均值 3)自转测斜仪 180º使 2状态 2)• 4)在方位角 0, 90, 180, 270度时分别读取 查四个方位角的值是否趋于一致,如果一致,计算均值 果误差大于 5再次调节 7个固定镙钉,重复 2)- 4)• 5)在状态 2调节测斜仪方位使 1值,使此位置 调 使其值为 证在 0º, 90º, 180º, 270º4个方位值的约值是否绝对值为 6)调节到状态 1,验证在 0, 90, 180, 270度时 4个方位值的约值是否绝对值为 果误差超过 5复 2) 力计调整使测斜仪分别, 2状态 1)2) 在方位角 0, 90, 180, 270度时分别读取 个固定镙钉,使 差不超过 5时算四个方位的均值 转测斜仪 180º,使 2状态 2)4) 在方位角 0, 90, 180, 270度时分别读取 查四个方位角的值是否趋于一致,如果一致,计算均值 果误差大于 5再次调节 7个固定镙钉,重复 2)和 4)5) 在状态 2调节测斜仪方位使 2值,使此位置调 证在 0º, 90º, 180º,270º4个方位值的约值是否绝对值为 调节到状态 1,再验证在 0º, 90º, 180º, 270º4个方位值的约值是否绝对值为 果误差超过 5复 2) 力计调整• 测斜仪竖直向下, 2状态 1)2) 方位角 0, 90, 180, 270度时分别读取 调节 个固定镙钉,使 差不超过 5时 算四个方位的均值 旋转测斜仪 180º, 竖直向上,使 2状态 2)4) 在方位角 0, 90, 180, 270度时分别读取 查四个方位角的值是否趋于一致,如果一致,计算均值 果误差大于 5再次调节 7个固定镙钉,重复 2)和 4)5) 在状态 2调节测斜仪方位使 5值,使此位置 调 证在 0º, 90º, 180º, 270º4个方位值的约值是否绝对值为 调节到状态 1,再验证在 0, 90, 180, 270度时 4个方位值的约值是否绝对值为 果误差超过 5复 2) 连续测斜仪芯的调试方法综合检测• 将测斜仪在调试台的倾角分别调为 2度、 3度、 5度、 10度、 30度、 60度、 90度,方位从 0格 10度读出 Y,X,说明书上给出的公式进行计算,于实际值比较。注意事项• 1)连斜仪与其他仪器不同, 6个传感器之间的定位关系相当重要,要求的是两两之间互相垂直以及每个加速度计的模量、每个磁通门的模量尽量保持一致。因此,一旦动了已经调试好的连斜仪芯的加速度计或者磁通门中的任何一个的位置或者幅值的大小,整个连斜仪芯就得重新再调试一遍。• 2)由于国产传感器的一些显见的问题,连斜仪芯的传感器抗震性和耐持久性比国外仪器的都要低些,最好每隔 8 10。连斜校验架图 11 测斜仪校验台七 必备仪表设备• 数字万用表• 示波器(必要时) 日常检查• 检查上、下端头 31芯针座是否完好且处于浮动状态; 绝缘性和连通性检查• 电子线路绝缘性检查:上端缆芯 1、 2、 4、 9、 10、 12、16、 23、 25、 27、 28、 29对外壳绝缘电阻应为 ∞;下端缆芯 1、 2、 4、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、17、 18、 19、 23、 25、 27、 28、 29、 30、 31对外壳绝缘电阻应为 ∞。• 连通性检查请参照附表一指标检查。附表序 号 测 量 点 1 测 量 点 2 技 术 指 标1 上端缆芯 1 上端缆芯 4 15° ,按 90° 旋转依次检查 此基础上仪器绕顶点顺时针转一周半、逆时针转一周半检查其方位,应在测量精度范围内。常见的测斜仪芯杆故障• 任何违反工艺规程的误操作或超出规定的环境条件范围,皆会导致产品出现故障或精度遭到破坏。例如:• 井斜角输出正确,井斜方位角输出不正确或精度超差,则为磁通门磁力计出现故障或指标超差。• 井斜角、井斜方位角输出都不正确或精度超差,系加速度计出现故障或加速度计与磁力计同时出现故障或指标超差。• 当出现上述情况时,可对定向模块中六个传感器输出的模拟信号进行检查。磁通门磁力计或加速度计常见的故障有:– 机械引起的故障• ·偏值变大• ·标度因数超差• ·无输出• ·输出饱和或缓变至饱和• ·输出限幅或仅为一固定值– 电气引起的故障• ·电源电流剧烈变化,远远超出额定值• ·无输出• ·输出缓变至饱和• ·噪声增大乃至自激振荡(听到自激声音或观察到交流波形)校验、维护与维修• 定向模块应定期校检,用户可如图 9所示的校验台上进行。一旦发现有超差、损坏或上述任一情况出现,应及时维修调校。• 测斜仪校验应在无地磁异常、无铁磁干扰、无振动噪声的安静环境中进行,其中磁场异常应不大于 12动干扰应不大于 6京环鼎科技有限责任公司2007年 11月 15日谢谢大家!
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