定向井轨迹测量仪器及测量原理
简述一井两井几何定向主要原理
简述一井两井几何定向主要原理
井是钻探工程中常见的工具，用于从地面向下钻孔，进而获取地下的地质信息以及开采地下资源。
在钻探工程中，一井是指从地面钻向其中一方向的单个井，而两井则是指从地面钻向两个不同方向的井。
一井的几何定向主要原理是通过借助测量仪器，如方位仪和倾斜仪，来测定钻孔的方位和倾斜角度。
方位仪可以用来确定钻孔的方向，倾斜仪可以用来测量钻孔的倾斜角。
通过不断测量并记录数据，可以绘制出井的几何示意图，从而得到钻孔的准确位置和方向。
而两井的几何定向主要原理则是通过两个井的相互测量和计算，来确定它们之间的相对位置和方位角。
这可以通过在两个井中安装方位仪和倾斜仪，并进行测量来实现。
首先，在第一个井中进行测量，获取该井相对于地面的方位和倾斜角度，然后在第二个井中进行同样的测量。
最后，通过对两个井的数据进行分析和计算，可以确定它们之间的方位角和相对位置。
在实际应用中，一井和两井的几何定向主要是为了确定钻孔的准确位置和方向，以便更好地理解地下地质情况和开展后续的工程设计和开采工作。
这些定向技术可以提供有关井的地下位置和方向的可靠数据，从而为地质勘测、石油开采、环境监测等领域的工作提供有效的支持。
总结起来，一井和两井的几何定向主要是通过测量仪器来确定钻孔的方位和倾斜角度，以及两个井之间的相对位置和方位角。
这些技术在钻探工程和其他相关领域中具有重要的应用价值，可以提供准确和可靠的地质信息，为后续工程设计和开发提供支持。
定向井测量仪器分类、原理及技术
第一章定向井、水平井测量技术概述一、定向井、水平井测量的性质和特点（一）钻井过程中测量的方法、媒介和基准从物理意义上讲，测量井下钻具的工具面角为井下钻具定向，或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。
由于石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器，采取间接测量的方法来完成。
目前，石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介，即大地的重力场、大地磁场和天体坐标系，由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器。
（媒介－测量基准－测量元件－测量参数）（1）借助于重力场测量井斜角或高边工具面，采用的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。
这类仪器的测量基准是测点与地心的连线，即铅垂线。
（2）借助于地磁场测量方位角或磁性工具面，采用的测量元件为罗盘或磁通门等。
这类仪器的测量基准是磁性北极，所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极，即地理北极的数据。
（3）借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面，采用的测量元件为陀螺仪。
陀螺仪为惯性测量仪器，不以地球上任何一点为基准。
这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。
（二）钻井过程中测量的特点（1）钻井过程中的测量是间接测量，必须借助专用工具和仪器完成。
而且根据测量仪器的数据记录和传输方式的不同，钻井测量分为实时测量和事后测量。
（2）测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制，特别是下井仪器的径向尺寸必须能够下入套管和钻具内，而且不会因仪器的下入而影响泥浆的流动或产生过大的泥浆压降。
（3）下井仪器受到地层和泥浆的高压，仪器的保护筒和密封件必须能够承受这种高压，而且还应具备一定的安全系数。
（4）由于地层的温度随着井深变化，下井仪器是在高于地面温度的环境里工作，要求下井仪器具有良好的抗高温性能，一般称耐温125℃以下的仪器为常温或常规仪器，称耐温182℃以下的仪器为高温仪器。
（5）某些仪器在使用过程中要承受冲击（如单多点测斜仪的投测）、钻具转动（如转盘钻具中的 MWD 仪器）、钻头和钻具在钻进过程中的振动（如MWD 和有线随钻测斜仪）等。
定向井测量仪器简介1
第一编基本知识第一章名词解释1、井斜角：该测点处井眼切线（方向线）同铅垂线之间的夹角。
2、井斜方位角：以真方位线为始边，顺时针旋转至井眼方位线所转过的角度。
3、高边工具面：仪器工具面同井眼高边工具面之间的夹角叫高边工具面角4、磁性工具面：仪器工具面同磁北极工具面之间的夹角叫磁性工具面角。
5、测深：仪器传感器位臵所在的深度。
6、定向井：井眼按照预定方向（设计方向）钻达目的层的井叫做定向井。
7、磁偏角：地理北极同磁北极之间的夹角叫磁偏角。
第二章基本概念定向钻井测量仪器是定向工作者的眼睛，是控制井眼轨迹必不可少的工具。
定向钻井测量仪器和定向钻井工艺是相辅相成的，二者缺一不可。
现在随着越来越多的定向钻井实践证明，定向钻井技术的发展，主要依赖于先进的测量仪器和先进的工具，只有先进的仪器和工具才能打出高质量高难度的井来。
定向井测量是为定向井服务的，目前定向井测量仪器包括单多点测量、陀螺测量、随钻测量三种，随钻测量又分有线随钻测量和无线随钻测量两种类型。
单多点仪器测量主要利用浅井定向和施工井完成井段轨迹测量，主要有照相单多点和电子单多点两种；陀螺测量主要用于有磁干扰环境下的定向和轨迹测量，分为框架陀螺和挠性陀螺，主要有地面记录陀螺、电子陀螺、框架式挠性陀螺和动调式自寻北陀螺；随钻测量主要应用于深井定向和水平井测量施工，主要有有线随钻仪器（SST、MS3、DST、RST、YST 等）和无线随钻仪器。
有线随钻测量主要通过电缆分别同井下仪器（探管）和地面接收处理设备连接，地面设备包括地面供电装臵、地面处理仪、打印机、司钻阅读器、电缆排放缠绕设备（车装设备、撬装设备）以及其他配套设备组成，井下仪器包括探管，外筒总成等组成。
无线随钻包括泥浆脉冲（正脉冲、负脉冲）无线随钻和电磁波无线随钻两种类型。
第三章仪器分类照相单多点磁性仪器：电子单多点：ESS、YSS、RSS电磁仪器：随钻类：有线类：SST、MS3、RSS测 YST、DOT、DST量无线类：泥浆 SPERRY-SUN仪脉冲类：SCIENCE DRILLING器 GEOLINK QDTYST-48X电磁波： SPERRY-SUNSCIENCE DRILLING非磁性框架陀螺 SRO地面记录陀螺仪器： BOSS电子陀螺挠性陀螺 KEEPER 陀螺TLCX动调式自寻北陀螺斯伦贝谢第二编仪器介绍第一章通用部分注意事项1 凡是进口的ESS,SST,MS3（美国SPERRY-SUN公司产）等测量仪器，其电源都是110伏，绝对不能误用220伏电源为这类测量仪器供电。
定向井测量仪器
第四节定向井测量仪器为了满足在不同情况下进行井眼轨迹控制的要求，近年来，用于井眼轨迹测量的仪器有了很大的进步，出现了多种使用方便、测量精确、性能可靠的井眼测量仪器。
按照仪器的结构、性能、工作方式，可归纳为磁性测斜仪和陀螺测斜仪两大类，达十种之多。
一、磁性单点照像测斜仪1．常温单点测斜仪1）结构组成（1）外筒总成①定向用外筒总成有绳帽、活动联轴节、扶正接头、加长杆、密封接头、仪器筒、下连接器、定向杆、定向鞋。
②投测用外筒总成有打捞头、活动联轴节、扶正接头、上连接器、仪器筒、下连接器、加长杆、减震引鞋。
（2）测角机构总成测角机构总成包括：罗盘、照像机、定时器（机械钟或电子定时器）或传感器（非磁传感器或运动传感器）、电池筒。
（3）打捞杆总成（用于仪器回收）打捞杆总成包括：绳帽、加重打捞杆、卡瓦式打捞矛。
2）辅助设备、工具包括胶片盒、显影罐、阅读器、铅模、测斜绞车、管钳、秒表。
3）性能、规范①测量参数。
井斜角、磁方位角、造斜器工具面角。
②测量范围。
为井斜角0°～120°，方位角0°～360°，工具面角0°～360°③测量精度。
为井斜角±0.5°，方位角±l°。
④工作温度不超过100℃。
⑤电源4.5V，2号碱性电池3节。
⑥仪器杆外径为44.45mm（13／4″）4）用途。
用于井下定向造斜、测量井斜角、方位角、扭方位。
5）操作注意事项①进行投测时，测角机构的罗盘向上，不得倒置。
②定向用仪器外筒总成不得投测。
③定向杆的定向鞋缺口必须与仪器悬挂装置上的刻线在同一条直线上，下井前须检查、校准。
2．高温单点测斜仪高温单点测斜仪与常温单点测斜仪的工作原理和基本结构相同。
其耐高温性能好，是因为将仪器的测量系统装在一个特制的隔热套筒内，可用于260℃高温的深井测斜，连续工作可达4h。
二、磁性多点照像测斜仪1．常温磁性多点测斜仪1）结构组成①仪器杆外筒总成包括打捞头、联轴节、扶正短节、加长杆、上连接器、仪器筒、下连接器、加长杆和减震引鞋。
石工定向井轨迹测量及方位控制
中国石油大学（钻井工程）实验报告实验日期：2014 成绩：班级：石工11 学号：姓名：教师：同组者：定向井轨迹测量及方位控制一、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结构和测量原理，直观认识磁千扰现象。
3.定向及扭方位操作演示（或井眼轨迹测量操作演示）。
二、实验仪器（1）电子单多点测斜仪（探管）1套：YSS-32电子单多点测斜仪；（2）测斜仪校准台1台；（3）定向及测斜杆件1套（定向杆，抗压筒，加重杆各1个）；（4）定向接头；（5）计算机1台：预先安装与测斜仪配套的操作软件。
三、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结构及测量原理。
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、可靠性高等忧点，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：（1）测量精度见表1 ;（2）工作温度范围：+ 6〜105°C ；（3）预热时间：30min:3.1测斜仪的结构测斜仪主要由探管、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下井不可缺少的重要组成之一。
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，测星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，可以测堂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，都可以通过各传感器的测量值计算出井眼参数。
(1)加速度计加速度计是用来将输人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罝圆柱头永久磁铁（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。
竖井定向测量方法
竖井定向测量方法
竖井定向测量方法是一种常用的地质勘探技术，它可以用来确定地下岩层的方向和倾角，以及地下水位的深度和流向等信息。
这种测量方法主要是通过在竖井中安装测量仪器，利用重力和磁场的作用，来测量地下岩层的方向和倾角。
竖井定向测量方法的基本原理是利用重力和磁场的作用，来测量地下岩层的方向和倾角。
在竖井中安装测量仪器，通过测量仪器的重力和磁场的变化，来确定地下岩层的方向和倾角。
这种测量方法可以用来确定地下岩层的结构和性质，以及地下水位的深度和流向等信息。
竖井定向测量方法的具体步骤是：首先，在竖井中安装测量仪器，包括重力仪和磁力仪等。
然后，通过测量仪器的读数，来确定地下岩层的方向和倾角。
最后，根据测量结果，来确定地下岩层的结构和性质，以及地下水位的深度和流向等信息。
竖井定向测量方法的优点是测量精度高，可以测量到较深的地下岩层，同时还可以测量地下水位的深度和流向等信息。
缺点是需要在竖井中安装测量仪器，工作量较大，同时还需要考虑竖井的深度和直径等因素。
竖井定向测量方法是一种常用的地质勘探技术，它可以用来确定地下岩层的方向和倾角，以及地下水位的深度和流向等信息。
这种测
量方法具有测量精度高、测量范围广等优点，但也存在一些缺点，需要在实际应用中加以考虑。
简述一井,两井几何定向主要原理
简述一井,两井几何定向主要原理一井、两井几何定向是指在地下井筒钻探过程中，通过测量钻探参数和地质参数的变化，利用几何原理确定井的几何方向和位置。
一井、两井几何定向主要原理包括惯性法、磁场法、地电法、声波法等。
惯性法的原理是通过测量钻铤运动的加速度或转角，来推导出井的几何方向和位置。
它利用了牛顿第二定律和欧拉方程，根据钻铤的运动参数计算出井的倾角、方位角和真正北角等信息。
由于惯性传感器能够实时测量相关的运动参数，并且不受地磁场、地电场等因素的干扰，因此惯性法具有较高的精度和可靠性。
磁场法的原理是根据井眼附近地磁场的分布情况，通过测量地磁场的强度和方向变化来确定井的几何方向和位置。
地磁场被认为是地球的光环状电流通过地壳流动而形成的。
通过在井内悬挂磁力仪器并进行测量，可以推导出地磁场的强度和方向，从而计算出井的倾角和方位角等参数。
磁场法的优点是测量简便、成本低，但由于地磁场易受外界干扰，因此精度较差。
地电法的原理是利用地壳中的电阻率差异测量井的几何方向和位置。
地球的地壳中含有不同的岩层、矿藏和地下水等，它们的电导率和电阻率差异较大。
通过在不同位置和深度处测量地下电阻率的变化，可以推导出井的倾角和方位角等参数。
地电法的优点是对地下结构响应较灵敏，但由于地下岩层和矿藏的复杂性，需要进行大量的数据分析和处理。
声波法的原理是利用声波在岩石和地层中传播的特性来测量井的几何方向和位置。
声波在不同岩石和地层中的传播速度和传播方向会有所不同。
通过在井内放置声发射器和接收器，并进行声波传播时间的测量，可以推导出井的倾角和方位角等参数。
声波法的优点是测量精度高、不受地磁场和地电场的干扰，但由于声波受地下介质的影响较大，需要根据不同的地质条件进行校正和修正。
总之，一井、两井几何定向主要通过测量和分析地下井筒钻探参数的变化，利用不同的物理原理推导出井的几何方向和位置。
不同的方法各有优缺点，需要根据具体情况和实际需求选择合适的方法进行定向测量。
定向钻原理
定向钻原理定向钻井技术是一种通过操纵钻头方向，使其在地下沿着特定轨迹钻进的技术。
在石油、天然气勘探开发中，定向钻井技术被广泛应用，可以有效地钻取复杂地质构造下的油气藏，提高油气开采效率。
本文将介绍定向钻井的原理及其应用。
定向钻井的原理主要包括以下几个方面：首先，定向钻井需要通过一系列的测量和控制手段来实现。
在钻井过程中，通过地面仪器和传感器实时监测井口位置、井身轨迹、钻头方向等参数，然后通过控制钻井工具的旋转、倾斜、推拉等动作，来调整钻头的方向，使其按照设计要求钻取井眼。
其次，定向钻井依靠地下导向系统来实现。
地下导向系统是由测量仪器和控制装置组成，通过传感器测量井下方位参数，然后通过控制装置对钻头进行调整。
这些测量仪器和控制装置通常安装在钻头底部或井下钻具上，能够实时监测井下方位信息，并将数据传输至地面控制中心。
另外，定向钻井还需要依赖钻头设计和钻井液的选择。
钻头设计要考虑到地层性质、井斜角度、井深等因素，以保证钻头能够稳定、高效地钻取井眼。
而钻井液的选择则需要根据地层条件和钻井目的来确定，以保证钻井过程中的冷却、润滑、悬浮、输送等功能。
最后，定向钻井还需要依赖专业的钻井工程师和技术人员来进行操作和监控。
他们需要根据地质勘探资料、测量数据、钻井液性质等信息，制定钻井方案，并实时调整钻井参数，以保证钻井过程的顺利进行。
定向钻井技术在油气勘探开发中有着广泛的应用。
它可以有效地钻取复杂地质构造下的油气藏，提高油气开采效率。
同时，定向钻井技术也可以减少钻井井位数量，降低钻井成本，减少对环境的影响。
总之，定向钻井技术是一种通过操纵钻头方向，使其在地下沿着特定轨迹钻进的技术。
它依靠一系列的测量和控制手段、地下导向系统、钻头设计和钻井液选择以及专业的钻井工程师和技术人员来实现。
定向钻井技术的应用可以提高油气开采效率，降低成本，减少对环境的影响，具有重要的意义。
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第四章定向井轨迹测量仪器及测量原理
4.1 定向井轨迹测量仪器的种类
定向井轨迹轨迹测量仪器包括：
.MWD无缆随钻测量仪
.SST 有缆随钻测量仪
.ESI电子多点
.BOSS电子陀螺仪
.SRO电子陀螺仪
.Single-Shot单点测斜仪
4.2 定向井轨迹测量仪器的基本原理
下面分别介绍各主要测斜仪器的基本结构和原理
4.2.1 Measurement-While-Drilling(MWD)
MWD(Measurement While Drilling)无缆随钻测斜仪作为当今钻井作业中的五大高新技术之一，于八十年代后期在国际上广泛应用于定向井作业中。
以Sperry-Sun MWDO 为例，其基本原理是：利用重力加速度计做倾角传感器，用磁通门做方位参数传感器，用集成电路温度传感器提供井下温度参数。
MWD测量仪器井下部分，在入井之前，预先按定向井工程师对所采集测量数据的要求，进行特定的模式设置，然后将其随钻具组合一并下入井内，由泥浆流动作其动力源，测量信号的输出由泥浆的脉冲波动来完成。
在地面井口处安装脉冲信号接收装置--压电感应器，压力感应器将泥浆脉冲信号输进地面计算机，再由计算机对此信号进行处理，并将处理过的信息送至钻台上的司钻读数器及操作间内的操作终端，加以显示、输出，其所输出的测量结果是定向工程师可直接采用的倾角、方位、工具面值，到此完成整个测量过程。
能保证此套仪器工作所需的泥浆排量为220-1200GPM，完成一组数据的传送时间为：长测量模式下：4.2分钟，短测量模式下：2.3分钟，工具面：18秒钟。
MWD的最大特点是，信号传输以泥浆脉冲形式，不需要电缆。
无论井下马达钻进还是转盘钻进，都可以随钻测量。
MWD的主要技术性能：
测量精度：方位±1.5°(0-360°)
井斜±0.2°(-=189°)
工具面±2.5°(0-360°)
温度±3°
最高工作温度： 257°F(125℃)
最大压力： 15000PSI
4.2.2 SST(Survey Steering Tool)
SST的工作原理大致为：钻具组合中，弯接头上部接定向接头，弯接头与定向接头连接完毕后在定向接头内坐入斜口管鞋，并调整对准斜口管鞋键与弯接头刻线方向，到此井下部分准备完毕，下钻到测量点。
地面设备在调整、连接完毕后，由电缆绞车通过悬挂在钻台上的天、地两滑轮将仪器探管通过循环头或旁通头(电缆入井的两种送入方式)送入井下，地面仪器监测定向键是否坐入斜口管鞋键内，坐入后，仪器便开始正常工作，提供工具面，倾角、方位等测量值，直至完成整个测量工作。
由于SST的信号传递需通过电缆，因此，它只能用于定向造斜或纠方位时的井迹监测。
而不能象MWD一样能随钻于转盘钻进。
Sperry-Sun的SST的主要技术参数：
测量精度：方位±2°
倾角±0.5°
高边工具面±2°
磁性工具面±2°
最高工作温度： 257°F(125℃)
仪器保护筒尺寸:直径：1-3/4”
长度：9英尺
挤碎压力： 15000PSI
4.2.3 ESI(Electron Survey Instrument)介绍
ESI系统在裸眼井(钻杆中)测量的精度与高精度陀螺仪在套管中测量的精度相同。
在下套管前，ESI给你确定的测量，对钻具的磁干扰进行修正，同时帮助进行定向井轨迹修正。
测量数据包括：时间、深度、垂直深度、井斜、方位、修正方位、重力高边、地磁倾角、地磁场强度、探管温度、三个加速度计和三个磁通门分别测量的原始数据。
下面是Sperry-Sun的ESI系统技术指标
操作压力：13848PSI
操作温度：0～125℃
温度精度：±3℃
方位精度：±0.1°
井斜：±0.1°
地磁场强度±0.2微特斯拉
地磁倾角：±0.2°
测量间隔：10～600秒
延长时间：10～9999秒
抗压管长：12英尺
抗压管直径：1-3/4”
4.2.4 BOSS电子陀螺仪
BOSS(Borehole On-Line Survey System)陀螺是一种快速、准确的井眼轨迹测量仪，其可按用户的要求以任意的测量间距对已完成的裸眼井下入套管后的井进行轨迹测量。
由于BOSS 陀螺测量过程中的任何时候，按用户的要求对不同的井段进行加密测量，同时在测量过程中不受磁性干扰，测量数据精确。
下面是Sperry-Sun的BOSS陀螺系统规范
探管工作温度：14～257°F(-10°～125℃)
机架： 32～95°F(0°～35℃)
电缆要求： 20000FT单芯电缆(3.5Ω/1000Ft)
最大起下速度：200Ft/min(60M/min)
常规起下速度：160Ft/min(50M/min)
电源要求： 110～135VAC，50～60HZ
测斜范围：倾角0～70°
方位0～360°
测斜精度：倾角±0.1°
方位F±0.5°
最大井下压力：11850PSI(考虑安全因素)
14813PSI(挤碎压力)
运行时间： 32767秒=9小时6分7秒
每次测量间距：<300英尺与5°狗腿
4.2.5 SRO电子陀螺仪
SRO(Survey Recording Orientor)电子陀螺仪是一种不受外来磁场影响的定向井轨迹测量仪器。
由于它不受外来磁场干扰，因此它最适合套管开窗侧钻、丛式井中有邻井磁干扰时的定向作业。
SRO还可与各尺寸的井眼及其它专门测斜要求配套，还能在任何井段获得定向井测斜数据以提供任何一部分的仔细研究。
下面是Sperry-SRO系统规范
工作温度： -20～257°F
额定压力： 15000PSI
井斜测量范围：0～70°
抗压管外径： 1-3/4”
漂移情况：
A：0度倾角，方位0度北，5分钟漂移±0.5°
B：45°倾角，方位304°北，5分钟漂移±1°
C：45°倾角，方位54°，5分钟漂移±1°
D：0～10°陀螺方位=参考方位
E：10～70°陀螺方位=参考方位-井眼方位
4.2.6 Single-Shot 单点测斜仪
单点测斜仪是最简单的一种，它利用罗盘和照相原理。
单点的测量精度比较高。