油田定向井随钻信号检测及处理

徐聪 袁超(中海油田服务股份有限公司 深圳 518067)

一、前言

随着石油勘探开发的不断深入，地层结构越来越复杂，深井、超深井和高温、高压井等特殊复杂井变得越来越多，因此为定向井随钻信号检测与处理带来了一定的困难。在石油钻井技术迅速发展的今天，利用随钻智能钻井技术是降低产油成本的关键，因此，井下工作状况的测量技术发挥了越来越重要的作用。本文就油田定向井随钻信号检测及处理进行了综述，希望对钻井工作的顺利开展有一定的帮助。

二、随钻测量参数

在定向井的钻井过程中，必须要有效的对井眼轨迹进行控制，也就是说必须要精确的测量井斜、方位、工具面等参数。一般，随钻测斜仪是完成这些参数测量的主要仪器。但是随钻测斜仪输出的数据要经过一定的坐标变换才能转化成角度参数形式才是井斜、方位、重力工具面和磁性工具面，为钻井工程技术人员所用。

井斜角β指井眼中心线与垂线之间形成的夹角，即在垂直方向的井斜角为0o度，水平方向的井斜角是90o。井斜角的范围是0o～180o；方位角α指地球磁北方向和井眼水平投影方向的夹角。地球磁北方向和平时我们所指的北方并不相同，并且在不同地球，磁偏角也是不一样的。一般规定方位角在0o～360o之间变化。当井斜角度为零时，无法确定方位角的角度；重力工具面也被称为高边工具面(GTF)γ，主要指俯视井眼方向仪器斜口朝向相对于井眼高边顺时针方向选择的角度。一般重力工具面的变化范围是0o～360o，并且当井斜角度为零时无法对重力工具面进行确定；磁性工具面角是指俯视井眼方向仪器斜口朝向与磁北方向之间的夹角。一般磁性工具面角的变化范围是0o～360o。当井眼的轴线方向与地球的极点方向恰好重合，就无法将磁工具面角测定出来。

另外，磁通门和加速度计也是随钻测斜仪中常用的工具。磁通门主要是对地球磁场的分量进行测量，加速度计主要是对地球重力场的分量进行测量。利用磁通门测量磁性工具面角，就不会受到井斜的影响，因此在井斜小于5o时，利用磁性工具对定向钻井进行监测和控制。但是在井斜角小于5o时，利用重力加速度计测量重力工具面角时会有较大的误差。

三、磁通门传感器输出信号处理

磁通门传感器是将两个绕组安装在一个闭合的高导磁性材料上，激磁变压器的副边组与两绕组组成了电桥。磁通门产生直流电压，经过反馈电阻后形成反馈电流，从而产生与外界磁场相抵消的磁场，使磁通门在无静差状态，从而使其具有较高的线性。一般，磁通门电路有以下功能。首先是信号电路尽可能提高前置放大器输入信噪比，从而使保证前置放大器信号放大时的准确性。其次，信号电路还需要将探头信号放大，但是其信号十分微弱，不宜进行滤波处理，所以需要设置前置放大器。再次，滤除噪声是信号电路的另一个重要功能。第四，信号电路的第四个功能就是具有相敏特性，从而使得输出信号可以标准磁场极性。最后，信号电路还有提供平稳模拟信号的重要功能。

四、加速度传感器输出信号处理

一般，加速度传感器对柔性部件运动过程中加速度的检测结果是其刚体运动加速度和柔性振动加速度两部分的和。通常，加速度计获取的响应是总加速度，为了得到刚体运动加速度和柔性振动加速度，需要做一些假设。首先，刚体运动加速度的功率谱的能量需要集中在很低的频段，其次，振动加速度的功率谱的能量需要集中在柔性部件的振动频率处。一般，后者频率小于前者，因此能够通过滤波器将振动加速度和刚性运动加速度进行分离，之后再由其他电路处理后得到不同信息。

五、随钻测斜误差

随钻测斜仪的测量误差主要包括传感器本身存在的误差、传感器在坐标系上的安装误差，后续信号处理和传输电子线路误差等等。其中，安装误差、处理误差和传感器测量误差能够独立的对测斜系统产生影响，降低测量精度。安装误差主要是由探管外部承压件、密封件和连接件等的加工和配合上出现的误差；处理误差一般包括两项内容：传输、记录方法引起的误差、数据处理不当引起的误差。当前，随着微电子技术的发展，为了减少处理误差，一般利用电子式产品进行数据的采集、存储和读取，从而降低人工参与；传感器测量误差主要是由传感器本身的不完善导致的。在实践过程中，能够解决误差的方法有很多，制药能够从测斜仪的原理出发去考虑，通过误差补偿技术和数字滤波技术，就能有有效的降低测斜仪产生的误差。

结束语

随着石油勘探开发的不断深入，地层结构也呈现出越来越复杂的形式，超深井、深井、高压、高温井等复杂井的数量也逐渐增加。因此，在定向井的钻探过程中，必须对地面以下井眼的位置进行测定，同时需要对测定数据进行正确的处理，从而为钻探技术人员提供相应的参考。因此，石油勘探部门应该重视油田定向井随钻信号检测机处理技术的应用于发展，从而为我国的石油行业贡献更多的力量。

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