陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
陀螺测斜仪在长庆油田的推广应用
图 ２ 地 球 自转 角 速 度 在 地 理 坐 标 系上 的 投 影
产生 修正 和补偿 效应 ， 间 接用 以测 量 陀 螺仪 的输 入 并
角 速 度 。 转 子 施 加 控 制 力 矩 ， 通 过 在 正 交 的进 动 对 是
中 图法 分 类 号 ：Ｐ ３ ． ３ ６ １６
文献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１０ —１４ ２ １ ） １ ０ ３０ ０４９ ３ （０ １０ ． ６ ３ ０
Ｏ 引 言
陀螺 测斜 仪 【 是 国内外 近些 年来开 发 的一种 测井 １ ］ 仪器 ， 工作原 理是 以地 球 的 自转 角 速 度 方 向 和重 力 其 为参 考 ， 应用速 率 陀螺 和 加 速度 计 构 成 捷 联式 数 学 平 台进 行定 向参 数 的测 量 ， 而具 有 自动 寻北 的 功 能 。 从 这种 定 向射孔 陀螺 测斜 仪 不 需 要 地 面初 始 对 准 ， 用 使
时只 需输入 当地 地理 纬 度 即可 实现 真 北 方 位 测 量 ， 是
一
种先 进 的惯导 级 陀螺 测 量 仪 器 ， 补 了普 通 连 斜 仪 弥
器测 方位 时受周 围磁场 影 响 的缺 陷 。它 主要用 于老 井
侧钻套 管开 窗 ， 管 内 、 眼井等 有磁 环境 下井 眼轨 迹 套 裸 测量 ， 临近井 等有 磁性 干 扰 环 境 下 的定 向侧 量 以及垂 直井定 向射孔 。
所示 ， 由图 中可 看 出 ， 向水 平 分量 还 可 以沿 ， 北 Ｙ轴
分解成 两个分量 ， 即在陀螺仪 自转轴 上的分量 。
溢流 。随后 给 井 内加 人 重 晶 石 ， 果 加 人 的 又太 多 。 结 不能 下人测 井仪 器进行测 井 。最后 采取先 下人套管 固
陀螺测斜技术的应用
1．陀螺测井原理动力调谐陀螺测井技术的核心部件是惯性测量组件，包括一个动力调谐速率陀螺和两个石英加速度计。
动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量；石英加速度计测量地球重力加速度分量。
所测信号经采集编码通过单芯电缆送至地面测井系统，经计算机解编可得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数，进一步计算可得出垂深、南北偏移、东西偏移、闭合方位等参数。
通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹。
2．陀螺测井的应用国内油区的油藏类型多、地质条件复杂、储层横向变化大、剩余油高度分散。
在勘探难度加大，综合调整余地变小的情况下，全面推广应用动力调谐陀螺测井技术，重新标定油井在油藏中的准确位置，研究油藏的微构造，分析油水动态分布，从而设计侧钻井位，控制油藏剩余储量，对挖掘高含水期复杂断块油藏潜力，提高储量动用程度都起到较大作用。
油田开发后期，在没有重大勘探突破的前提下，主要依靠打定向井、加密井或老井侧钻来稳产增效。
老井侧钻以其少投入、多产出、见效快成为油田老区块挖潜增效的一个重要方式。
其一般的程序为：陀螺校测、工程设计、陀螺定向、开窗、裸眼钻进和完井。
（1）井身轨迹复测：老井测试数据由于测试技术原因存在一定可疑性，而侧钻井、开发调整井的设计大多依据老井数据，很多油田的经验表明，按照原始设计进行施工往往见不到理想的油气显示，分析原因是没有达到设计的目的层。
而随着现代测试技术的发展，陀螺测试数据能真实反映井眼轨迹，在钻井施工前，进行陀螺测井，依据陀螺数据，新井井位和侧钻施工方案能得到及时变更或取消，真正起到挖潜目的。
（2）侧钻开窗：陀螺定向用于老井开窗侧钻，减少定向时间。
相对于钻盘钻进，螺杆钻井速度更慢，加上有线随钻的使用，更增加了井下复杂情况和井下事故的可能性，因此陀螺定向所节约的费用可归结为：螺杆及随钻费用、节约周期费用、潜在复杂情况及事故费用。
（3）钻井定向：陀螺单点定向进行定向井施工，实现磁性环境成功绕障。
在几口老井之间加密一口新井，一般的定向仪器（如磁性单、多点、随钻测斜仪等）由于磁性干扰，无法定向施工，这是必须使用陀螺测斜仪。
T型钻井技术
垂深 m
2324.14 2324.33 2324.53 2324.72 2324.92 2325.10 2325.28 2325.45 2325.60 2325.74 2325.86 2325.96 2326.03 2326.06 2326.09 2326.10 2326.11 2326.12 2326.12 2326.11 2326.00★ 2313.90★ 2313.63 2313.40
方位 °
289.17 307.19 337.97 11.92 33.69 45.78 53.04 57.87 61.36 64.06 66.26 68.14 69.80 70.58 71.34 72.07 72.79 73.51 74.22 74.94 75.22 75.22 75.22 75.22
钻，使高含水井复活
三、应用领域设想
应用领域6：水平井压裂
该技术是在T型钻井技术的基 础上，利用柔性钻具和水平井封 隔器，封隔掉窗口10~20m的裸 眼段，使压裂直接在T型钻孔进 行，可有效避开油层段上、下水 层，防止水淹。
也可用于低渗透及煤层气井增产，页岩气、页岩油探井的改造
三、应用领域设想
应用领域7：针对稠油井、超稠油井
9.0
80
24
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产油/t
0.96 0.96 1.48 1.48 1.58 1.58 1.79 1.38 1.38 1.87 1.97 1.80 1.9 1.8 1.8 1.71 1.71 1.8 1.71 1.71
成功实施例2
所属油田区块
开窗侧钻小井眼
Φ139.7mm套管开窗侧钻小井眼技术研讨陈向军迄今为止，小井眼钻井活动遍及世界许多国家，如美国、法国、德国、英国、加拿大和委内瑞拉。
90年代，小井眼的数量呈不断增长趋势，目前美国仍是钻小井眼最多的国家。
国内在许多油田都进行过小井眼的钻探试验，但是在Φ139.7mm套管上开窗侧钻小井眼的实践只有吉林油田、辽河油田、塔里木油田、中原油田及华北油田完成过。
小井眼钻井技术是国外近年来发展的热门钻井技术之一。
国外各公司对小井眼的定义不尽相同，但是目前普遍被人接受的定义是：完钻井径小于常规完钻井径（如Φ215.9mm）的井眼统称为小井眼。
促进这项技术发展的因素有经济、技术、勘探开发及环保压力等四方面的原因。
用于小井眼钻井的钻机可以是以下几种：小型常规钻机、车装式钻修井两用作业机，矿业连续取心钻机、专门研制的小井眼钻机，以及近年来发展起来的连续油管钻井装置。
现在国内普遍使用的有IDECD-80修井机，SNC-350型柱塞泵及由振动筛、除砂器等组成的钻井液净化系统，固井也均采用SNC-350型柱塞泵。
但是，钻小井眼存在着机械钻速低、固井质量差、事故复杂多、井眼轨迹难以控制以及配套工具设备缺乏等因素，近年来有所降温。
但是，由于钻小井眼存在着的巨大利益空间，不少油田及公司对此方面的研究仍在不断发展，并取得了较大的进步。
基于我油田发展及降低生产成本的需要，上级领导及部门有意在近期再上小井眼的工程，而且特指在Φ139.7mm套管上开窗后侧钻小井眼，所以本文所提的小井眼专指Φ139.7mm套管开窗后侧钻的小井眼。
本文分别从Φ139.7mm套管开窗及侧钻小井眼两方面进行研讨。
一、开窗套管开窗是侧钻技术中的首要环节，开窗成功与否直接影响到钻井周期、成本、质量。
对开窗技术进行系统的研究和实践有助于高效、安全地施工。
套管开窗是一项操作性较强的技术，规范作业、丰富的经验和理论都是必不可少的。
江汉油田在Φ244.5mm套管及Φ177.8mm套管开窗已有一定成功的经验，但在Φ139.7mm套管上开窗还没有先例，但是其主要的技术措施及方案应是相近的，较大的区别主要是开窗参数有所不同，所用的钻具尺寸更小，锻铣刀片较小（锻铣方式），或斜向器及磨铣工具更小。
陀螺定向应用
纬仪中的读数。 • （2）测前零位测量 • 在精密定向前，陀螺马达不转时，测定陀螺灵敏
部受悬挂带和导流丝扭力作用而引起扭摆的平衡 位置，就是扭力矩为零的位置。
陀螺定向应用
• （3）精密定向 • 精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。 • （4）测后零位测量 • 在精密定向后，陀螺马达不转时，测定陀螺灵敏
四、陀螺经纬仪的结构 • 1．基本结构
• 大部分陀螺经纬仪采用上架式结构，由陀螺仪、 经纬仪、供电电源和三脚架四部分组成，其中电 源由逆变器和充电电池组成。充电电池提供电力， 逆变器将二相电流转变成三相交流电，从而使陀 螺马达产生旋转。
陀螺定向应用
GAK－陀1螺型定向陀应螺用 经纬仪
陀螺定向应用
• 以陀螺仪旋转轴x轴为基准，将水平分量ω1可以 再分解成两个互相垂直的分量ω3（沿y轴）和ω4 （沿x轴）。ω3叫做地球自转有效分量，对陀螺 仪轴的进动有影响。
陀螺定向应用
4．陀螺仪轴对地球的相对运动
陀螺仪轴对子午面的相对运动示意图
陀螺定向应用
二、陀螺经纬仪定向的方法
• 1.陀螺经纬仪定向的作业过程
GAK－1陀螺仪结构示意图
• （1）陀螺灵敏部
• 陀螺的核心是陀螺马达，装在密封的充氢的陀螺 房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导 流丝和悬挂带及其旁路结构给其供电，悬挂柱上 安装有反光镜，整个构成陀螺灵敏部。
• （2）反射式光学系统
• 高精度的陀螺经纬仪大部分采用反射式光学系统， 其优点：
第一节 陀螺经纬仪简介
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪（现代多采用全 站仪）结合在一起的集光、机、电于一体的精密 测绘仪器，用于精确测定未知边（或待定边）的 方位。它不受时间和地形环境的限制，不论已知 边和待定边的距离远近，一次传递方位，观测简 单、方便，效率高，能保证很高的定向精度，是 一种先进的定向仪器。
青海油田井筒完整性测井特色评价技术的应用
青海油田井筒完整性测井特色评价技术的应用摘要：青海油田地质条件复杂，地层水矿化度较高，以及压裂、酸化及射孔等增产增注措施对油水井井筒的完整性造成了一定程度的破坏，而油水井井筒完整性是保证油水井正常生产的基本前提。
为了正确评价井下管柱的技术状况，给井筒作业施工提供有效信息，青海油田测试公司立足于油田开发，在近年来引进和推广了多项井筒完整性测井评价技术，已从单一测井技术发展为综合评价测井技术，正确指导了工程作业施工，取得了较好的效果。
关键词：青海油田；油水井；井筒完整性；测井技术；综合评价油水井井筒是油气藏与地面采收设备连接的唯一通道，其完整性是保证油水井正常生产的基本前提。
青海油田地质条件复杂，地下断层较多，地层水矿化度较高，以及对油水井进行压裂、酸化及射孔等增产增注措施作业，对油水井井筒的完整性造成了一定程度的破坏，以至于出现井内流体“窜漏”的情况，影响了油田的正常开发。
青海油田测试公司以满足油气田开发需要为第一要务，近年来引进和推广了多项井筒完整性测井评价技术，包括井温-噪声找漏、管外流体识别、套损检测、固井质量评价等，并形成了多项组合测井综合评价特色技术，为后续措施作业提供更加详实和可靠的测井资料，为油田的合理、高效开发提供依据。
1井筒完整性测井评价技术简介青海油田井筒完整性测井评价技术包括井温找漏测井技术、井温-噪声测井技术、氧活化管外流体识别技术、套损检测测井技术、固井质量评价测井技术等，每项技术都有其独特优势，也有一定局限性[1-7]。
1.1井温找漏测井技术温度是一种常规测井方法。
测量地温梯度和局部温度异常（微差温度），利用温度曲线可以快速、直观地判断出井筒中出液（进液）位置。
测量并识别这些变化，就能取得井下状况的认识，进而指导其他测井技术开展更为精确的井筒完整性测井评价。
1.2井温-噪声测井技术测井原理：在一定的压力梯度下，当液体/气体移动通过介质时就会产生噪声。
噪声频率和幅度确定管外流体的流动位置、流量及其类型。
老井套管开窗侧钻施工过程中关键点分析刘恩山
老井套管开窗侧钻施工过程中关键点分析刘恩山发布时间：2021-09-19T12:58:26.213Z 来源：《中国科技人才》2021年第16期作者：刘恩山[导读] 随着油田勘探开发进入中后期，老井小井眼套管开窗侧钻的作用更加突出。
本文对小井眼套管开窗钻井遇到的老井取套、工具选择、开窗、侧钻等各个方面的问题进行了描述和总结，提出了相关问题的解决方法，以期对小井眼套管开窗侧钻具有一定指导作用。
中国石油大港油田分公司第五采油厂天津 300280摘要：随着油田勘探开发进入中后期，老井小井眼套管开窗侧钻的作用更加突出。
本文对小井眼套管开窗钻井遇到的老井取套、工具选择、开窗、侧钻等各个方面的问题进行了描述和总结，提出了相关问题的解决方法，以期对小井眼套管开窗侧钻具有一定指导作用。
关键词：老井取套；套管开窗；侧钻；轨迹控制前言随着油田油气资源的开发生产，陆续有部分油水井由于套管变形和损坏、井下落物以及其它原因造成不能正常生产。
为了恢复油水井生产，有效开发剩余油气资源、提高采收率和油井产量、充分利用原有井场、地面采输设备，降低开发成本，提高综合经济效益，油田每年都对部分老井进行套管开窗侧钻。
开窗侧钻可以利用部分老井眼或老井套管，尤其对于深井和地面条件有限的地区，是节约投资和解决问题的有效手段。
本文通过相关实际井的具体施工总结了套管开窗和侧钻的技术，为以后类似的施工提供一定的借鉴。
1老井取套1.1套管切割点选择的原则（1）切割点选择前应先参阅老井固井声幅资料和完井资料，据完井资料避开套管接箍。
（2）据固井声幅资料保证切割点在环空水泥返高面以上。
（3）同时对 51/2 套管切割点以上进行刮壁通井，确保切割点处套管无变形。
（4）切割点的位置应能满足在套管开窗侧钻点 150-200m以下。
1.2切割工具和切割参数的选择套管内切割工具有机械式内割刀、液压式内割刀；喷砂切割、镁粉切割等。
通过比较，为了保证开窗安全，节约周期，降低成本，本着经济和操作方便的原则选择了机械式内割刀切割套管。
T型钻井技术
成功实施例2
井眼轨道垂直、水平投影图
成功实施例2
成功实施例3
霸111x井油层通道平面靶点图
成功实施例3
霸111井油层通道剖面示意图
成功实施例3
成功实施例3
井眼轨迹平视图
井眼轨迹俯视图
成功实施例3
四、小 结
1、目前在51/2’套管内的钻井技术已成熟。对低渗透油气藏、复杂断块 油气藏、薄油气层等可以显著改变油流状态，减小油流阻力，提高油井产 量，最终提高采收率。
20厘米 左右，对 套管损坏
小
水平段长度:
≤130° ，可稳斜
90°
1.5至1.8 米
200万元 左右
100m(51/2”套 管 )200m以上
（ 7”套管）
一、T型钻井技术
T型钻井技术由以下多项技术集成 1. 柔性钻具超短半径开窗技术 2. 柔性钻具超短半径侧钻技术 3. 柔性钻具超短半径多点轨迹测井技术 4. 可回收导斜器技术 5. 裸眼防砂技术
一、T型钻井技术
一、T型钻井技术
影片演示
地面试验
一、T型钻井技术
一、T型钻井技术
方位控制
● 陀螺仪定方位：确定开窗方位 ● 造斜阶段保方位：机械单弯结构 ● 钻进过程保方位
---专利过盈保径钻头
一、T型钻井技术
方位控制
一、T型钻井技术
轨迹（倾角）控制
轨迹测量
特制连续多点测斜仪，可以实现测斜仪测量轨迹
● 任何井型 ● 任意倾角 ● 任意方位
已申请国家专利，美国专利正在申报中
三、应用领域设想
应用领域1：低渗透油井增产
● 在垂直于最大主应力方 向钻水平井，在扩大油层 裸露面积同时,相当于再造 一个提高导流能力的定向 裂缝，降低渗流阻力,从而 增加油井产量。
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陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
作者：刘俊
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第05期
摘要：随着陆上油田开发中后期侧（水平）钻井以及海洋平台加密井和从式井数量的增多，不受磁干扰的陀螺测斜仪得到了广泛的应用，但目前国内应用的主要是有线陀螺测斜仪。
本文简要介绍TLX50-100D陀螺测斜仪的在定方位射孔中的应用进行详细论述。
关键词：定方位射孔；陀螺测斜仪射孔；管柱方位角
陀螺仪最早应用于航空航天领域的飞行器导航，是以惯性器件为核心的定位定向系统。
经过改进用于钻井的陀螺仪称为陀螺测斜仪，它可以满足油田钻探的耐高温（125℃）、可靠、小口径等一些特殊的要求。
陀螺测斜仪于上世纪90年代开始用于定向钻井中，因为其可感应地球自转速度，不受磁干扰，在强磁环境和油套管或钻杆中准确测量井斜、方位，磁重力高边而得到迅速的推广与应用。
陀螺测斜仪自动寻北，无需校北，测量数据为井眼轨迹的真实数据，无需校正就可直接使用。
常规射孔孔眼的方向是随机的，因此无法满足一些特殊情况对射孔施工的要求，而定方位射孔技术是一种可以进行井下有方向性射孔的射孔工艺技术，其利用油管输送射孔管柱的方式，在油管与射孔管柱之间接人一定方位短节，通过测量定方位短节上方位键的方位来确定射孔弹穿孔的方位。
陀螺测斜仪下端的导向装置与定方位短节内的定方位键吻合对接，测量定方位键的方位角（射孔弹穿孔的方向），若测量定方位键的方位角与目标方位角不一致时，则需在井口转动油管调整射孔管柱的方向，直至测量的方位角与目标方位角的误差在允许误差范围内后，测斜仪器进行射孔作业。
起出陀螺测斜仪器进行射孔作业。
1 TLX50-1000陀螺测斜仪工作原理
TLX50-100D陀螺测斜仪采用抗冲击、抗震动能力强的双轴动力调谐陀螺和三个石英加速度计作为核心传感器。
具有高精度高可靠性体积小重量轻等特点。
以北东地为基准建立一个参考坐标系即大地坐标系，以三维正交安装的加速度计和陀螺建立测量坐标系即仪器坐标系。
在大地坐标系中X指向水平东Y指向水平北oZ垂直地面向上，在仪器坐标系中，由仪器轴线方向定义为Z轴，将与仪器轴线垂直的截面上一对正交的方向定义为x，Y轴。
如果人为地将两个坐标系重合，则xo对应X，Yo对应Y，oZ对应z。
仪器坐标系x、Y、z的任何位置
可以认为相对于大地坐标系XYoZ经过三次旋转。
仪器在井眼中静止时，利用仪器三维坐标轴上分别安装的三个加速度计和一个二自由度的动调陀螺的测量数值，采用罗盘算法，计算出仪器在井中的任意姿态，进而可以得到仪器的方位角和倾斜角，工具面角等参数。
2 TLX50-1000陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
2.1 预定深度
用油管将射孔管柱输送到预定深度，用电缆挂接自然伽马和磁定位仪器下人油管内射孔管柱顶部，通过测量自然伽马和磁定位曲线进行校深，计算短油管和射孔管柱深度，调整油管管柱使射孔管柱与射孔层段深度对齐。
2.2 刻度标定
在地面连接陀螺测斜仪器并进行，放置水平，并使仪器下端导向装置的豁口垂直向上，给仪器加电，发送自寻北控制命令，测出仪器所处位置的井斜、方位、陀螺工具面、重力工具面，并保存数据。
2.3 下放井内
电缆挂接陀螺测斜仪器通过油管内部下人井内，下放速度小于1500米/小时，当仪器接近定方位短节深度时，下放速度小于60米/小时，观察磁定位曲线，仪器遇阻后停止下放，进行测量并记录数据；然后上提仪器50米，再次下放进行对接，仪器遇阻后进行测量并记录数据，对比两次测得的数据一致时，认为对接成功，计算定方位键的方位角与目标方位角的差值，确定旋转角度。
2.4 测量
通过旋转井口装置，转动油管，再次进行测量，直至定方位键的方位角与目标方位角的误差在允许误差范围内后，起出仪器进行射孔作业。
3 现场应用效果
目前使用TLX50-100D陀螺测斜仪进行定方位射孔共测井22井次，测井一次成功率10%，22井次的测量误差在412412之间平均测量误差为2004达到设计要求（士o5）的精度。
4 前景展望
随着大量陆上油田进入开发中后期和海洋石油的发展，侧（水平）钻井和丛式井、加密井的数量不断增多，陀螺测斜的的应用将更加的广泛。
无线随钻陀螺测斜是一项革命性的新技术，因为其测量时间段、施工人员少，操作简单，测量精度高，优化定向操作、安全和防碰系数高等优势必将成为定向钻井的主导技术，在侧（水平）钻井和海洋钻井中应用前景广阔。
我国的有线陀螺测斜技术已经趋于完善，但无线随钻陀螺测斜技术发展缓慢，我国开展和推广无线随钻陀螺测斜技术的时机已经成熟，必将产生良好的经济效益和社会效益。
TLX50-100D陀螺测斜仪具有精度高、可靠性强等特点在井下自动寻北，在有磁环境下进行井斜角、方位角工具面角等参数的定点测量，自带伽马和磁定位，一次下井可同时完成校深和测量，在定方位射孔中提供精准的测量数据，使射孔管柱能够精确对准目标方位角，完成定方位射孔施工作业。
参考文献：
[1]梁拥华.定方位射孔技术研究及应用[J].叶科技创新导报，2012（17）.
[2]孙国鼎TLX05-010D陀螺测抖仪使用维修手册阿[Z]，西安思坦仪器股份有限公司，2013.
[3]杨全进.速率陀螺测斜仪在海洋CDX井组的应用[B].石油钻探技术，2003：1001-0890.。