陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
陀螺井斜测井技术油田应用培训
陀螺井斜测井的数据处理方法
数据处理是陀螺井斜测井的关键环节，包括数据采集、传输、预处理、分析和解释 等步骤。
数据处理的主要目的是消除误差、提取有效信息，并将测量数据转化为可用的地质 数据，如井眼轨迹图、地层倾角和走向等。
现代数据处理技术采用自动化和人工智能算法，以提高数据处理的速度和精度，为 油田的勘探和开发提供更准确的地质模型。
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常见问题二：测量精度不高
总结词
测量精度不高是陀螺井斜测井技术应用 中的另一个常见问题，这可能导致测量 结果误差较大，影响油田开发效益。
VS
详细描述
造成测量精度不高的原因可能包括设备老 化、传感器精度下降、数据处理算法不完 善等。为了解决这个问题，可以采用高精 度传感器、加强数据处理算法等措施，提 高测量精度和准确性。
成熟阶段
20世纪80年代，随着电子技术和计算 机技术的发展，陀螺井斜测井技术逐 渐成熟，并成为石油工业中重要的测 井技术之一。
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CATALOGUE
陀螺井斜测井技术原理
陀螺仪的工作原理
陀螺仪是一种能够测量或维持方向的 工具，其工作原理基于角动量守恒。 当陀螺仪在不受外力矩作用时，其自 转轴会保持稳定的方向。
陀螺井斜测井的操作流程
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设备安装与调试
根据测井需求，将陀螺井斜测 井设备安装在钻杆或钻铤上，
并进行必要的调试。
测井准备
检查设备是否正常，确认测井 参数设置正确，对测井环境进
行评估。
测井操作
按照规定的操作流程，将设备 下入井中，进行测井测量。
数据处理与解释
对采集到的数据进行处理和解 释，生成测井报告，为油田开
陀螺测井技术的研究与应用
陀螺测井系统 由两大部分组成 ：动力 调谐速率 陀螺测井 仪 （ 井下仪 ） 和地 面测井系统。动力调谐速率陀螺测井仪由惯性体 、 陀螺 电路 舱 、 电源舱 、 微机舱 、 磁定 位器 、 减震器 、 马龙头等几个 部分组成 。地面系统分便携式和车载式 ， 二者 的功能完全相 同。
１陀 螺 测 井 技术 的提 出
高速旋转 ， 并在 中途传感器组件发生对转 ， 通过测量对转前后传
早期油 田开发过程 中，新井完钻后工程师们即按 预先设计 感器参数并对其加权平均 以消除测量误差 。 的井在油藏 中的位置来部署油藏开发的过程 。 但实践证明 ， 由于 ５实 际 应 用
４关 键 技 术 和创 新点
角） ， 位移 １ ５ ４米 ， 处于南部一条小屋脊 的低部位。通过侧钻靶点 调整后 ， 在 南部 的小屋脊钻遇沙一 １ ０ ． ６米， ２ 层油层 ， 投产获 日产
４ ０吨高产。同时河 ４ ６ 一 斜 ｌ ０屋脊东部经构造校正后 ， 向东扩 大 含油面积 ０ ． ０ ２ ｋ ｒ ｎ ， 增加优质储量 １ Ｏ万 吨 ， 后设计 河 ４ ６ 一 Ｘ ２ ３ 井 取得较好效果 。
摘 要： 陀螺测井是一种用于 已下套管的油水井重新测量其井身轨迹的先进技术。 这项技术以动力调谐速率 陀螺测量地球 自 转角速率分量 ， 通过对井筒不同深度的测量， 即可得 出井身轨迹曲线。 可应用于有磁屏蔽的套管、 油管、 钻杆 内 和有磁干扰的丛式井组进行井眼轨迹测量以及定向钻井。 应用此项技术可进行复杂断块油藏及岩性 油藏中井点校正 ， 分析油藏剩余油潜力和油水动态分布， 挖掘油藏潜力， 提高储量动用程度具有较好的效果。 关键词 ： 陀螺测井 ； 动力调谐速率陀螺 ； 井身轨迹测井； 定向钻井； 技术应用
陀螺测斜仪简介
上午9点陀螺指向东南 S
下午3点陀螺指向西南 S
陀螺测斜仪简介
E
E
微硅机械陀螺（电子陀螺）
低精度，漂移大，光纤陀螺和动调陀螺应用后开始淘汰
陀螺测斜仪简介
陀螺测斜仪自寻北概念
通过测量地球自转角速度及其分量来确定北向方位的过 程称作自寻北过程 自寻北的优点是，每个测点上的方位测量都是独立的，测 量精度或误差与前面测点结果的误差无关，所以没有累积 误差。每次都直接寻找北极方向，所以也不会有与地球自
陀螺测斜仪简介
转有关的漂移误差
自寻北陀螺测斜仪方位测量原理
陀螺测斜仪简介
框架式陀螺测斜仪特点
•
相对测量钻孔的方位角，测量不依赖地磁场，可以在磁性矿区 和钻杆、套管里使用
•
• • • •
其原理是根据经典的惯性力学理论，用户很容易理解
结构复杂，制造和调试较困难 使用和维修不够方便 方位测量精度比较低 方位有漂移和累积误差
陀螺测斜仪简介
框架式陀螺测斜仪的时漂
陀螺测斜仪简介
微硅机械陀螺测方位
=K dt + 0
0 t
ω
转过的角度Φ 等于陀螺转动角 速度ω对时间的积分
钻孔的空间方位变化需要对三轴向的陀螺输出积分和转换计算得到，冲击力矩、 与G有关的误差输出、噪声都会被积分造成方位误差。灵敏度低也是误差的主要 因素。和框架陀螺测斜仪一样测量的是相对方位
（1）技术很成熟，已经完全国产化 （2）与原框架式陀螺相比有以下特点 机械寿命较长（3000小时） 可靠性较高，故障率小 体积小，便于安装使用
动力调谐陀螺测井技术及应用
动力调谐陀螺测井技术及应用动力调谐陀螺测井技术及应用,生产一线,蒋伟民约2948字摘要:本文介绍了一种目前国内外先进的陀螺测斜技术及现场应用情况。
该测井技术以动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量;石英加速计测量地球加速度分量，经计算机计算可得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数。
通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹曲线。
此项测井技术可用于井身轨迹复测、钻井定向和侧钻井开窗定向等。
胜利石油管理局现河采油厂应用此项技术进行复杂断块油藏及岩性油藏中井点校正，对于落实层系局部微高，分析油藏剩余油潜力和油水动态分布，挖掘油藏潜力，提高储量动用程度获得了较好的效果。
关键词:动力调谐陀螺;测井技术;应用1、引言在油田开采初期，由于测井技术落后，钻杆在地下的实际运行轨迹并不十分清楚，而且，井上测得的深度并非井的垂直深度，在打到预定“深度”时仍未发现出油，就会得出错误的“此地无油”的结论，造成废井。
另一方面，随着油田开发过程的不断延伸，地质报废和工程报废的油井越来越多，在石油资源日益枯竭的情况下，如何使报废井及老油井焕发出新的活力，同时在新油井开发过程中，如何为钻头走向提供正确的控制信息，提高油井的产出效益比，运用现代测井技术是一种必不可少的手段。
本文介绍的动力调谐陀螺测斜仪就是能在油田生产中起着开窗侧钻、打水平井的一种仪器，该仪器以测量地球自转角速率分量来确定空间某点方位，不受地磁的影响，由此可在井下通过陀螺测量出该开窗的方位，这样可在旧井、老井下按实际油层方向重新开窗，使旧井、老井得到二次开发，大大节省了人力、物力、财力，可应用于有磁性干扰的丛式井组、加密井和存在磁屏蔽的套管、油管、钻杆内进行井眼轨迹测量或定向钻井。
因此，该测井技术的推广应用将对加速石油天然气勘探和开发步伐有着极大的推动作用。
2、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。
陀螺经纬仪定向在矿井联系测量中的应用
陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零线代表的光轴通常 不在同一竖直面中， 该假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午 线重合。 二者的夹角称为仪器常数， 一般用Δ表示。 如果陀螺仪子午线 位于地理子午线的东边， Δ为正； 反之， 则为负。 仪器常数Δ可以在已知 方位角的精密导线边直接测出来。 图1中精密导线边CD的地理方位角为 A0。 在C点安置陀螺经纬仪， 测出CD边的陀螺方位角aT， 所以可得仪器 常数： ∆ 行2～3次。 各次之间的互差对于GAK-1， JT15等型号的仪器应小于 40′′ 。 每次测量后， 要停止陀螺运转10 ～15min， 经纬仪度盘应变换180° / （2～3） 。 （2） 在井下定向边上测定陀螺方位角 井下定向边的长度应大于50m， 仪器安置在C′ 点上， 如图1， 可测 出C′ D′ 边的陀螺方位角aT ， 则定向边的地理方位角A为 A = aT ′ +∆ 。 测定定向边陀螺方位角应独立进行两次， 其互差对于GAK-1， JT15等型 号的仪器应小于40″ 。 （3） 仪器上井后重新测定仪器常数 仪器上井后， 应在已知边上重新测定仪器常数2～3次。 前后两次 测定的仪器常数， 其中任意两个仪器常数的互差对GAK-1、 JT15型仪器 应小于40″ 。 然后求出仪器常数的最或是值， 并按白塞尔公式来评定一 次测定中误差。 （4） 求算子午线收敛角 一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角α0， 需要求算 的井下定向边， 也是要求出其坐标方位角 α， 而不是地理方位角A。 因此还需 要求算子午线收敛角 γ 。 地理方位角和坐标方位角的关系为： A0
中： ——仪器常数的平均值。a
= A0 − aT = a0 + g 0 − aT ′ + ∆平 − g = A − g = aT
地下深处如何确定方向，井下陀螺高精度定向原理（技术贴）
地下深处如何确定方向，井下陀螺高精度定向原理（技术贴）目前，超长型巷道的贯通越来越多，为保证贯通工程的横向精度，在贯通测量的地下控制导线部分，广泛使用了陀螺定向技术，陀螺定向可有效减少巷道导线方位误差的累积，与未加测陀螺边的巷道导线相比，可使贯通的横向精度产生增益。
机械化程度提升后对煤炭生产企业的长距离巷道贯通精度要求越来越高，由于导线测角误差的累积影响，不可避免地造成远离起算边的控制导线点的精度降低，满足不了大型贯通工程实际要求。
鉴于陀螺定向的优点，本文对陀螺全站仪定向工作进行了研究，以保证大型贯通工程的顺利贯通，提高贯通精度。
1井下陀螺定向的意义在贯通测量中，导线是巷道中控制测量的基本方式，巷道中的导线随巷道的掘进而布设，在贯通前无法闭合，随着巷道的延伸，导线的长度、测站数也随之增加，导线测角误差将随导线的延长而不断累积，限制巷道内导线方位误差是提高贯通横向精度的主要方式。
陀螺定向的基本特点是独立定向，定向位置可选取在任何需要的位置，定向不受导线测量的影响，巷道内的导线在加测陀螺定向边后，限制了导线方位误差的累积，从而提高了贯通导线的方位精度，使贯通横向误差减少，横向精度产生增益。
2煤矿井下陀螺定向的应用2.1巷道掘进中的加测陀螺方位角法一般情况下在井下掘进的过程中，是用导线来完成巷道掘进的任务，但是由于在施工后期，由于巷道未形成一个环形，因此在这种时候只能采用支导线的方式来对掘进方向进行控制，支导线的误差累积很快，巷道较长时很难保证精度要求，因此在掘进过程中我们可以采用加测陀螺方位角的方法，这种方法也在实际生产过程中取得了很好的效果。
加测陀螺边一般有三种方法：其一，在支导线最末边加测一条陀螺边，形成附合导线；其二，每条边上都加测陀螺方位角，这种形式也叫陀螺导线；其三，在支导线上等间隔二条陀螺边，形成两条附合导线。
通过理论与生产证明，加测1至2条陀螺边能在降低人的工作量与提升精确度这2个方面达到平衡。
论述陀螺定向在矿山测量中的应用
论述陀螺定向在矿山测量中的应用牛家宽1李涛2南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司江苏南京 223000江苏省淮安市淮阴区测绘院江苏淮安 223001摘要：本文在查阅了大量相关文献的基础上，通过对各种实例的应用分析，总结了陀螺仪在矿山测量中的主要应用领域。
关键词：陀螺定向;贯通测量;应用一、引言陀螺经纬仪是一种定向仪器，依据陀螺的力学原理制成，能应用于地下矿山、隧道、军事、森林和其他测区的测量，无时间、地点和环境条件的限制。
广泛应用在矿山测量中，陀螺经纬仪不需要传统的几何定位就能进行地上地下坐标之间的联测，不需要井筒就能进行定向，并且能极大地提高地下导线的精度，是节省时间，节省劳动力的先进定向仪器。
陀螺仪的简单工作原理是，陀螺绕其质量对称轴高速旋转。
陀螺经纬仪有两个基本特征：即定轴性和进动性。
陀螺仪就是根据这两个基本特性和在地球自转的作用下，根据陀螺绕测站点的子午线作简谐摆动的原理制成的。
陀螺仪在20世80年代开始应用于矿山井下以来，以其不受时空限制、定向精度高、施测时间短的优点，越来越多地应用于矿山测量，尤其我国浅部矿产资源日益枯竭，矿山深井开采数量越来越多，陀螺仪定向的优点更加显现，由此带来的经济效益也更加明显。
二、陀螺仪在矿山测量过程中的应用（一）陀螺仪应用于井下平面控制。
一般情况下在井下掘进的过程中，是用导线来完成巷道掘进的任务，但是由于在施工后期，由于巷道是形成一个环形，因此在这种时候只能采用支导线来对掘进方向进行控制，支导线的误差累积很快，因此在巷道较长时很难保证精度要求，因此在掘进过程中我们可以采用加测陀螺方位角的方法，这种方法也在实际生产过程中取得了很好的效果。
加测陀螺边一般有三种方法：1、在支导线最末边加测一条陀螺边，形成附合导线；2、每条边上都加测陀螺方位角，这种形式也叫陀螺导线；3、在支导线上等间隔二条陀螺边，形成两条附合导线。
通过理论研究和生产实践，加测一到两条陀螺边可以在减少人员的工作量和提高精度这两个方面取得平衡。
射孔新技术
超正压射孔技术
工艺程序和机理： 一般来讲，超正压射孔作业都以同样的程序进行：首先将射孔 枪下到目标深度，接着在射孔枪的上部注入少量的液体（盐水、原 油、压裂液、酸或含有支撑剂的液体），在这些液体的上部或大部 分井筒中注入压缩气体（通常是氮气）之后给气体施加压力，形成 集能气体弹簧。有时还在气柱上面再注入液体以增加液柱压力，使 被压缩的气体的密度增加到0.12—0.36g/cm3。 随着射孔器的起爆射孔，射孔枪上部的液体在上部气体的快速 膨胀作用下高速挤入射孔孔道，由于液体的不可压缩性，在压力的 作用下液体像楔子一样在射孔孔道中激发裂缝，从而使井筒的有效 直径增加，液体的侵蚀作用，以大于16m3/min的排量高速流动对地层 进行冲刷，造成稳定的液体流动通道，压力和气体体积越大（气体 弹簧越大），所造成的裂缝也就越大。
水平井射孔技术
内定向射孔原理
定向问题是水平井射孔 工艺中解决的首要难题，由 于井身是在水平方向上向前 延伸的，考虑到射孔层段的 地层地质结构和射孔孔眼的 稳定性，不能在全方位上进 行射孔，所以，射孔的穿孔 点一般选择在井筒的两边， 从坐标上讲，在第三和第四 象限180度和360度两点附近。
水平井射孔技术
超正压射孔技术
施工计算方法：（以张6井为例） ： 张6井：井深：2900米; 射孔井段：2805.8—2835.0、2867.0—2869.0，全长：63.2米; ⑴ 预设起爆压力：P爆=66Mpa； ⑵ 射孔井段酸液柱压力（比重：1.07）：P酸下=17.7Mpa； ⑶ 氮气柱压力：PN2=2.8Mpa； ⑷ 起爆时氮气所承受的压力:P爆-P酸下-PN2=45Mpa； ⑸ 起爆时氮气柱高度:H N2=638m ⑹ 井口段酸液柱高度:H酸上=512m ⑺ 井口段酸液柱压力（比重：1.07）: P酸上=5.4Mpa； ⑻ 起爆时井口加压: P井口=41Mpa；
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陀螺测斜仪在定方位射孔中的应用
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。
标签：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，利用仪器三維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.。