影响连续测斜仪测量精度的因素分析

马宸 晋永路

（中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南省新乡市 453000）

连续测斜仪的精度越高，测量成果可用性越强。但在实际应用环节，连续测斜仪的测量精度会受到多方面因素的影响，所以有效规避外力干扰，保障连续测斜仪测量数据的精确性是仪器应用人员的工作重点。在实践作业环节，相关工作人员应该重点关注影响连续测斜仪测量精度的各项因素。

1 连续测斜仪概述

连续测斜仪是一种专用测量仪器，该仪器主要应用在油气井钻探和测量领域。在石油钻探过程中对井眼轨迹进行精确测量，从而获得石油钻、测井的方位角和倾斜角数据。这种测量仪器内部包括高精密度的传感器，如磁力计、重力计等。在连续测斜仪的使用过程中，将基于微机处理，连续获得方位-倾角数据集；此类型仪器还会利用单片机采集传感器数据，从而为有效计算倾斜角和方位角提供辅助。在连续测斜仪出现前，油田开发人员大多使用单点测斜仪进行钻、测井测量，虽然能满足灵活、方便的测量需求，但却无法提高数据采集和测量质效。而连续测斜仪的出现，则弥补了这一缺陷，让钻、测井测量的精度、稳定性、重复性和连续性都大幅提升。此外，基于连续测斜仪，能更为准确而全面地确定地层层面的倾斜角和方位角，还能确定油气层厚度，更能让相关工作人员准确了解高密度开发井的井深轨迹，基于探井钻头位置，将会使井斜资料的可利用性得到增强[1]。

2 连续测斜仪的测量原理

3 连续测斜仪的测量精度影响因素和优化措施

连续测斜仪是开展定向井与水平井井眼轨迹钻探的专业仪器，可发挥极为重要的作用。而随着钻井深度的加深，石油钻探难度不断加大，测量仪器所承受的环境压力和外部影响力也不断提升。在此情况之下，提高测量仪器的可靠性和稳定性，强化连续测斜仪的连续工作能力与测量精确性成为了工作重点。为此，本文对影响连续测斜仪测量精度的各项因素进行了简要分析，并且针对各因素提出了针对性优化措施。

3.1 井斜下井仪器的校验台精度

石油钻、测井工作区域的施工条件十分复杂，当仪器被频繁应用时容易出现性能变化。比如，使用寿命、下井使用频次的增多，都会对仪器仪表以及电子电路的性能产生影响，性能老化或故障的出现几率极高。为了保证仪器应用质效，相关工作人员需要基于规定时间完成仪器校验和数据采集整理工作，并全面检查仪器的性能。

3.1.1 影响因素分析

对于井斜下井仪器来说，基于已知的校验台倾斜角和方位角，开展探管相应量调校是最为常见的校验方式；而且，校验台的精度将会对连续测斜仪的调校精度和测量精度产生直接影响。传统的校验台精度调校工作需借助于水平仪和罗盘来开展，这两种仪器的数据都会以指针和刻度来显示，在数据读取过程中十分容易出现读取差异，所以难以保证井斜校验台的精度。为此，调校人员应该选用其他方法与传统校验台精度调校法搭配使用。比如，基于传统方法完成校验台初步调校后，再使用工作正常的下井仪探管重力计和磁力计，对校验台的精度进行二次调校和验证。

（1）在实际操作环节，相关工作人员应该保证地面仪与校验台上处于正常工作状态的探管正确连接，然后用仪器的重力传感器输出值调校校验台。当探管倾斜角为某一固定角度时，观察AX或AY的值，将方位盘旋转一圈后，观察AX或AY在校验台各支架位置的量化值，并基于这三个数据分别对校验台各支架的高度进行调整。当校验台三个支架方向上的AX或AY量化值相等时，意味着校验台已经调整至水平位置，其水平精度已符合要求。

（2）确保校验台水平后，相关工作人员还应该对其方位进行确定。此时，应基于探管倾角处于直角（90°）的状态，读取方向盘为0°时的读数（MZ1）和方向盘为180°的读数（MZ2），并利用这两个方位的MZ值进行计算MY值。此时，应基于公式MZ1+MZ2=2MY确定MY值；此时方位刻度上的0 所指方向，就是0°或180°方位的精确定位。

（3）经过以上调校后，相关工作人员还应该对井斜校验台的铅垂线进行精确调校。此时，需要在探管倾角为直角（90°）状态下读取不同方位的AZ 值，其中方向盘为0°时读数为AZ1，方向盘为180°时读数为AZ2，准确读数后应比较不同方位的AZ 值，若二者完全相等则表示探管的倾角刻度线完全重合于校验台铅垂线，这样一来铅锤线调校工作也将顺利完成。

⑤对探孔时发现涌渗水量大的情况，压力注浆结束达到初凝状态后，可在涌渗水量大的孔位附近布设一个或多个效果检测孔，确定防治水效果达到预期效果后，再进行掘进施工，否则，应增加压力注浆孔数量。

3.1.2 优化方式

若要提高连续测斜仪的检测精度，就应该对校验台调校精度这一关键性影响因素加以重视。在实践中，选用科学的调校方法，调高校验台校验或验证精度，将成为降低连续测斜仪测量误差的有效方法。为此，相关工作人员不仅需要合理利用传统方法高效完成校验台的初次调校，更需要严谨而规范地开展后续调校。相关工作人员应该根据上述流程，利用重力计与磁力计做好二次调校工作，更可以借助于工作正常的传感器完成深入调校。当然，在开展校验工作时，相关工作人员还需保证校验台底座水平。

3.2 探管自转误差

3.2.1 影响因素分析

连续测斜仪在使用时，需以仪器调试说明为依据，利用高级精度校验台调试，此时可发现当探管的自转角不同时，其输出的工程值也不同。依据连续测斜仪的应用原理，可假定基准状态下的连续测斜仪X 轴与地理坐标北重合、Y 轴与地理坐标东重合而Z 轴则与地理坐标地心重合。但是在实际应用环节，连续测斜仪基准状态下的传感器敏感轴并不能实现绝对正交。因此，重力计以及磁力计安装时的敏感轴误差，会导致探管自转时，基于差异化自转角输出差异化工程值。

3.2.2 优化措施

既然探管自转的误差会对连续测斜仪的测量精度造成影响，那么技术人员就应该在工作中有效完成误差修正工作，进而为获得高度精确的钻、测井数据奠定基础。修正探管自转误差时，不同的仪器所需要的修正系数也不尽相同，相关工作人员需要找到这些修正系数并且利用地面软件对探管自转输出的工程值加以修正，让测井数据的精度更高。在此环节，应该用如下模式进行修正：

在公式之中，i=x，y，z；p 的取值范围为1-3 之间的整数；q的取值范围是4-6 之间的整数。而且，Gi代表传感器（3 个磁力计+3 个重力计）的工程值，Gi0 代表传感器的测量值；Kp和Kq分别表示重力计与磁力计的增益系数；Bp和Bq则分别表示重力计与磁力计的修正偏值。应用公式时，还需要根据B 值计算公式对其数值进行准确计算，从而为有效调整传感器对称性奠定基础。此时，

其中，倾斜角10°探管自转间隔90°时的测量值以GXi、GYi、MXi和MYi（i=1,2，3,4）表示；倾斜角和自转间隔都为90°的测量值以GZi和MZi（i=1,2，3,4）表示。在此环节，准确计算B 值的根本目的，是确定传感器的修正偏值，进而合理调整传感器使其具备对称性。调校人员还应该对K 值进行合理计算，此时利用重力传感器输出值、磁力传感器输出值和传感器设计标量最大值来确定K 值。比如，相关工作人员可基于“传感器设计标量最大值/重力传感器垂直水平面的输出值”计算K1、K2、K3；基于“传感器设计标量最大值/磁力传感器水平指向正北方向的输出值”计算K4、K5、K6。借助于计算K 值，可以确定连续测斜仪的增益系数，然后通过修正其输出值将传感器输出量调至最大。

3.3 井眼环境

3.3.1 影响因素分析

井眼环境是连续测斜仪测量精度的重要影响因素，井眼将会影响倾角和方位。在实践中，连续测斜仪工作于裸井眼当中，当其轴心与井身的轴心重合时，可精确地反映出井身轨迹，从而让测量人员准确地了解探管的倾斜角和方位角。但由于施工现场环境复杂，井眼的直径大多比连续测斜仪抗压管大，致使井身与仪器的轴心无法完全重合，导致测量误差扩大。比如，某型号的连续测斜仪抗压管外径为9cm，在2.3m 的仪器短节上下位置各加一个扶正器（外径为12.2cm）后，井眼对其产生的影响仍然非常大。所以，要提高连续测斜仪测量精度就必须降低井眼环境的干扰。

3.3.2 优化策略

通常来说，要规避井眼对连续测斜仪测量精度的影响，可以使用扶正器。扶正器是一种用于油气钻探的导正器，有弹簧式、灯笼状两种，具有高强度和高刚度，能保障套管柱位于井筒中心，能为提高井下测量的方位准确性提供辅助。为此，相关工作人员可基于实际情况，有针对性地加装扶正器，或加长仪器。

3.4 铁磁物质

3.4.1 影响因素

在连续测斜仪使用过程中，因铁磁物而导致的测量误差也不容忽视。基于连续测斜仪的磁力计响应敏感状态，该仪器的三个正交地磁场矢量的三个分量，会受到铁磁物质的影响。实际上，受到铁磁物质影响的是地磁场矢量，但由于连续测斜仪在使用环节需要利用地磁场矢量，所以其测量准确性也会受到影响；而且，铁磁物质对测量方位产生的影响与它和探头的距离有关。在实践中，部分油田使用的连续测斜仪拥有材质为普通钢的接头，当其被磁化后就会干扰仪器测量，从而导致测量误差。

3.4.2 优化策略

为避免因铁磁物质而引发连续测斜仪使用误差，相关工作人员应该着力消除该物质对方位的影响。此时，可从仪器校验和仪器材质选用方面着手。使用连续测斜仪前，需要对校验台进行现场调校，在此过程中应避免铁磁物质干扰。比如，严禁校验台周边出现铁器，校验台半径10m 以内均不允许出现；严禁校验台周边存在强磁场，若距离校验台半径20m 以内出现了强磁场则需要重新选址调校。另外，相关工作人员还需要重视下井仪的接头材质和加长仪器材质选用问题。比如，选用无磁材料或加装防磁隔离短节（≥1.5m），以免连续测斜仪测量结果受到铁磁物质的干扰。

3.5 其他因素

除了上述影响因素，连续测斜仪的测量精度还会受校验方式、测井速度等因素的干扰。在实践中，下井仪往往会因校验台夹具长度和高度的限制而无法实现整体校验，所以会出现校验缺陷。为避免这一问题，应保证探管轴线、抗压管轴心一致，下井仪的整体校验有效。此外，还需在实践中保持测井提速均匀。若测速过快，就容易增加地面滤波干扰，从而导致误差，在匀速测井条件下因地面滤波而引发的深度误差将会大幅降低。

4 结论

综上所述，连续测斜仪的性能比单点测斜仪更为优越，能更加切实地满足石油钻、测井工作的测量需求。但在使用连续测斜仪的过程中井斜校验台的精度、探管自转误差、井眼环境、铁磁物质和其他干扰因素的存在，都会对连续测斜仪测量精度造成影响，所以测量人员需要根据影响因素制定针对性解决方案。