SDZ-3070連斜微球短節測量精度的提高方法探討

(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連斜微球短節測量精度的提高方法探討

史冊

(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SDZ-3070連斜微球短節在測井中出現傾角方位精度不達標的現象，從校驗期限、加速度計輸出值是否達到標量、磁通門傳感器對稱性、以及線路磁化四個方面進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；磁通門傳感器；對稱性；磁化

0 引 言

SDZ-3070連斜微球短節是SDZ-3000快速測井平臺的一部分，它的任務是完成連續測斜、微球、微電極、井徑的測量功能，并有四道脈沖計數，可以對中子、密度下井儀計數。本文就連斜部分測量精度的問題進行詳細討論，旨在提高測井的穩定性和精度。

1 連斜部分的工作原理

連續測斜儀采用的是貫性導航技術，通常采用二個坐標系，即大地坐標系和儀器坐標系。大地坐標系作為儀器的參考坐標系，儀器坐標系作為測量坐標系。通過這兩個坐標系可以算出儀器在空間任意一點的姿態。儀器坐標系由安裝在儀器探頭內的兩類三組敏感元件(每組磁通門傳感器、重力加速度計各一只)正交安裝建立。通過計算兩坐標系的夾角，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

SDZ-3070采用的是石英撓性伺候加速度計，它實際上是一個力平衡式的伺候系統，現已廣泛應用于鉆井中井身傾斜的測量。

加速度計通常由敏感質量、換能器、伺候電路、力矩器四部分組成。在結構上，有的將伺候電路集成于加速度計的殼體中，有的則采用分體結構，將電路和表頭分為兩部分。當外界的加速度a沿著敏感軸方向輸入時，敏感質量m相對于平衡位置運動，產生慣力F，然后通過換能器將此機械運動按正比例轉換成為電壓信號。該電壓使得伺候電路輸出電流信號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成，當線圈流過電流時產生電磁力，當電流流過力矩器時，力矩器產生反饋力Fc與慣性力F相平衡，直到敏感質量再次恢復到原來的平衡位置[1]。

圖1 重力加速度計工作原理框圖

在平衡狀態下，Fc=F。由牛頓第二定律可知，F=ma,又根據恒定磁場內線圈流過電流而產生電磁力的公式可知，Fc=BLi,故慣性質量處于平衡位置時有：

ma=BLi

i=ma/BL=ka

k=m/BL

式中，B是恒定磁場的磁感應強度，L是線圈導線總長度。

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(由鐵芯及線圈構成)、激勵信號電路以及測量電路組成。其測量精度和穩定性主要取決于鐵芯的導磁特性、線圈的繞制、激勵信號的頻率和測量電路的靈敏度。

對于一般的鐵磁物質，其整體雖然表現為無磁性，但其內部分布著一個個小磁鐵，所以當鐵磁物質靠近磁通門時，磁通門就能感應出這些磁鐵產生的磁場，故在磁通門測量大地磁場時要遠離鐵磁物質[2]。

2 提高測量精度的方法

2.1 縮短儀器校驗周期

儀器經過長時間的使用，在測井過程中出現傾角誤差值超過正負0.2°，方位值誤差超過正負2°，探頭部分的精度必然受到影響。新鄉第二十二所規定每6個月需對儀器進行調試校驗，為提高測井的穩定性與測量精度，可將校驗周期縮短為3個月。

2.2 調整重力分量、地磁場分量對應低通濾波器的輸入電阻

校驗儀器時發現，重力分量的最大輸出值與標量值(8000mV)相差較大時，儀器傾角、方位的測量精度受到影響，其計算方法見公式。

顯而易見，重力分量與磁場分量的輸出值能否達到標量值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，也就是說調整低通濾波器的輸入電阻即可實現[3]。

圖2 改進后的Gx低通濾波電路

所需電阻R6*的計算公式：

G的最大輸出值×R6=G的標量值(8 000)×R

R=R6*∥R6

同樣的方法也適用于磁場分量的調整。

以Mx為例，在輸入電阻R24上并聯電阻R24*后，可以補償Mx的最大輸出值使其達到標量值6000mV，保證方位的測量精度。

圖3 改進后的Mx低通濾波電路

所需電阻R24*的計算公式：

M的最大輸出值×R24=M的標量值(6 000)×R

R=R24*∥R24

2.3 增加電位器調整磁通門板對稱性

由于儀器調校的補償系數范圍有限，一般遇到磁通門對稱性不好的情況，采取的方法是更換新板。經過摸索與實踐，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，在此位置加上一個可調電位器R7(阻值為103 Ω)，改變模塊輸出的電壓信號，從而改變磁通門輸出信號的對稱性[3]。改進后的儀器上校驗臺調校，經過系數的補償，各項技術指標均符合要求。

2.4 測井過程中在SDZ-3070后掛接無磁短節

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磁特性，線圈的繞制，激勵信號的頻率和測量電路的靈敏度。而鐵芯的導磁特性對磁通門傳感器的精度和穩定性起著重要作用，磁通門傳感器主要是測量弱磁場的，其鐵芯是經過特殊工藝加工而成的，當其處于強磁場內時，鐵芯的導磁特性發生改變，故而其精度與穩定性受到嚴重影響，這也就是磁通門要遠離強磁場的原因。

在實際測井中，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，為避免下面掛接儀器產生的影響，組合測井時，在SDZ-3070后面掛接無磁短節，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定性。

3 實際效果

通過在陜西宜君地區的宜5-04向1井、陜西韓城地區韓10-07井和山西保德地區5-04井等進行試驗應用，解決了SDZ-3070傾角方位精度不達標的問題，儀器的重力分量和磁力分量均可達到8 000 mV和6 000 mV的標準值，傾角誤差可控制在±0.2°，方位誤差控制在±2°，達到了精度的要求，滿足了儀器的測井工程需求。

[1] 中國電子科技集團第22研究所. SDZ-3000快速測井平臺(電氣篇、結構篇)[Z].2009：56-61.

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

[3] 康華光. 電子技術基礎[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，女，1988年生，助理工程師，2012年畢業于長江大學，現在中原石油勘探局地球物理測井公司數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)