SDZ-3070连斜微球短节测量精度的提高方法探讨

(中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司 河南 濮阳 457001)

SDZ-3070连斜微球短节测量精度的提高方法探讨

史册

(中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司 河南 濮阳 457001)

针对SDZ-3070连斜微球短节在测井中出现倾角方位精度不达标的现象，从校验期限、加速度计输出值是否达到标量、磁通门传感器对称性、以及线路磁化四个方面进行讨论并提出了可行的提高精度的方法。

测量精度；重力加速度计；磁通门传感器；对称性；磁化

0 引 言

SDZ-3070连斜微球短节是SDZ-3000快速测井平台的一部分，它的任务是完成连续测斜、微球、微电极、井径的测量功能，并有四道脉冲计数，可以对中子、密度下井仪计数。本文就连斜部分测量精度的问题进行详细讨论，旨在提高测井的稳定性和精度。

1 连斜部分的工作原理

连续测斜仪采用的是贯性导航技术，通常采用二个坐标系，即大地坐标系和仪器坐标系。大地坐标系作为仪器的参考坐标系，仪器坐标系作为测量坐标系。通过这两个坐标系可以算出仪器在空间任意一点的姿态。仪器坐标系由安装在仪器探头内的两类三组敏感元件(每组磁通门传感器、重力加速度计各一只)正交安装建立。通过计算两坐标系的夹角，求出仪器在井眼中的倾斜角和倾斜方位角。原理上只要保证仪器与井眼同轴，仪器的倾斜角和倾斜方位角就是井眼的倾斜角和倾斜方位角。

1.1 重力加速度计

SDZ-3070采用的是石英挠性伺候加速度计，它实际上是一个力平衡式的伺候系统，现已广泛应用于钻井中井身倾斜的测量。

加速度计通常由敏感质量、换能器、伺候电路、力矩器四部分组成。在结构上，有的将伺候电路集成于加速度计的壳体中，有的则采用分体结构，将电路和表头分为两部分。当外界的加速度a沿着敏感轴方向输入时，敏感质量m相对于平衡位置运动，产生惯力F，然后通过换能器将此机械运动按正比例转换成为电压信号。该电压使得伺候电路输出电流信号i，如图1所示。该电流被反馈到力矩器中，力矩器是由处于恒定磁场中的力矩线圈构成，当线圈流过电流时产生电磁力，当电流流过力矩器时，力矩器产生反馈力Fc与惯性力F相平衡，直到敏感质量再次恢复到原来的平衡位置[1]。

图1 重力加速度计工作原理框图

在平衡状态下，Fc=F。由牛顿第二定律可知，F=ma,又根据恒定磁场内线圈流过电流而产生电磁力的公式可知，Fc=BLi,故惯性质量处于平衡位置时有：

ma=BLi

i=ma/BL=ka

k=m/BL

式中，B是恒定磁场的磁感应强度，L是线圈导线总长度。

1.2 磁通门传感器

磁通门传感器是一种磁测量传感器，主要由磁通门(由铁芯及线圈构成)、激励信号电路以及测量电路组成。其测量精度和稳定性主要取决于铁芯的导磁特性、线圈的绕制、激励信号的频率和测量电路的灵敏度。

对于一般的铁磁物质，其整体虽然表现为无磁性，但其内部分布着一个个小磁铁，所以当铁磁物质靠近磁通门时，磁通门就能感应出这些磁铁产生的磁场，故在磁通门测量大地磁场时要远离铁磁物质[2]。

2 提高测量精度的方法

2.1 缩短仪器校验周期

仪器经过长时间的使用，在测井过程中出现倾角误差值超过正负0.2°，方位值误差超过正负2°，探头部分的精度必然受到影响。新乡第二十二所规定每6个月需对仪器进行调试校验，为提高测井的稳定性与测量精度，可将校验周期缩短为3个月。

2.2 调整重力分量、地磁场分量对应低通滤波器的输入电阻

校验仪器时发现，重力分量的最大输出值与标量值(8000mV)相差较大时，仪器倾角、方位的测量精度受到影响，其计算方法见公式。

显而易见，重力分量与磁场分量的输出值能否达到标量值8 000 mV与6 000 mV直接影响到倾角和方位角的测量精度。由加速度计的工作原理可知，反馈电流i正比于被测加速度a的大小，伺候电路输出端接上精密电阻R，通过测量电阻上的输出电压即可测得被测加速度。Gx的输出端与低通滤波器相连接，也就是说调整低通滤波器的输入电阻即可实现[3]。

图2 改进后的Gx低通滤波电路

所需电阻R6*的计算公式：

G的最大输出值×R6=G的标量值(8 000)×R

R=R6*∥R6

同样的方法也适用于磁场分量的调整。

以Mx为例，在输入电阻R24上并联电阻R24*后，可以补偿Mx的最大输出值使其达到标量值6000mV，保证方位的测量精度。

图3 改进后的Mx低通滤波电路

所需电阻R24*的计算公式：

M的最大输出值×R24=M的标量值(6 000)×R

R=R24*∥R24

2.3 增加电位器调整磁通门板对称性

由于仪器调校的补偿系数范围有限，一般遇到磁通门对称性不好的情况，采取的方法是更换新板。经过摸索与实践，找到了解决问题的方法。如图4所示，原来磁通门板上R7位置是连通线，在此位置加上一个可调电位器R7(阻值为103 Ω)，改变模块输出的电压信号，从而改变磁通门输出信号的对称性[3]。改进后的仪器上校验台调校，经过系数的补偿，各项技术指标均符合要求。

2.4 测井过程中在SDZ-3070后挂接无磁短节

磁通门传感器是一种磁测量传感器。其测量精度主要取决于铁芯的导磁特性，线圈的绕制，激励信号的频率和测量电路的灵敏度。而铁芯的导磁特性对磁通门传感器的精度和稳定性起着重要作用，磁通门传感器主要是测量弱磁场的，其铁芯是经过特殊工艺加工而成的，当其处于强磁场内时，铁芯的导磁特性发生改变，故而其精度与稳定性受到严重影响，这也就是磁通门要远离强磁场的原因。

在实际测井中，仪器下部需要挂接其它仪器以完成组合测井，而其它仪器并非由无磁材料制成，一旦下部挂接的仪器被严重磁化，势必影响到SDZ-3070。三块磁通门传感器位于仪器下部的电子线路内，为避免下面挂接仪器产生的影响，组合测井时，在SDZ-3070后面挂接无磁短节，将磁通门传感器与其它仪器隔离开来，避免了磁化带来的影响，可提高测井的精度与稳定性。

3 实际效果

通过在陕西宜君地区的宜5-04向1井、陕西韩城地区韩10-07井和山西保德地区5-04井等进行试验应用，解决了SDZ-3070倾角方位精度不达标的问题，仪器的重力分量和磁力分量均可达到8 000 mV和6 000 mV的标准值，倾角误差可控制在±0.2°，方位误差控制在±2°，达到了精度的要求，满足了仪器的测井工程需求。

[1] 中国电子科技集团第22研究所. SDZ-3000快速测井平台(电气篇、结构篇)[Z].2009：56-61.

[2] 尚作源.地球物理测井方法原理[M].北京：石油工业出版社，1987：102-108.

[3] 康华光. 电子技术基础[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 册，女，1988年生，助理工程师，2012年毕业于长江大学，现在中原石油勘探局地球物理测井公司数控测井中心从事仪修工作。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编辑姜 婷)