影響連續測斜儀測量精度的因素分析

馬宸 晉永路

（中國電子科技集團公司第二十二研究所 河南省新鄉市 453000）

連續測斜儀的精度越高，測量成果可用性越強。但在實際應用環節，連續測斜儀的測量精度會受到多方面因素的影響，所以有效規避外力干擾，保障連續測斜儀測量數據的精確性是儀器應用人員的工作重點。在實踐作業環節，相關工作人員應該重點關注影響連續測斜儀測量精度的各項因素。

1 連續測斜儀概述

連續測斜儀是一種專用測量儀器，該儀器主要應用在油氣井鉆探和測量領域。在石油鉆探過程中對井眼軌跡進行精確測量，從而獲得石油鉆、測井的方位角和傾斜角數據。這種測量儀器內部包括高精密度的傳感器，如磁力計、重力計等。在連續測斜儀的使用過程中，將基于微機處理，連續獲得方位-傾角數據集；此類型儀器還會利用單片機采集傳感器數據，從而為有效計算傾斜角和方位角提供輔助。在連續測斜儀出現前，油田開發人員大多使用單點測斜儀進行鉆、測井測量，雖然能滿足靈活、方便的測量需求，但卻無法提高數據采集和測量質效。而連續測斜儀的出現，則彌補了這一缺陷，讓鉆、測井測量的精度、穩定性、重復性和連續性都大幅提升。此外，基于連續測斜儀，能更為準確而全面地確定地層層面的傾斜角和方位角，還能確定油氣層厚度，更能讓相關工作人員準確了解高密度開發井的井深軌跡，基于探井鉆頭位置，將會使井斜資料的可利用性得到增強[1]。

2 連續測斜儀的測量原理

3 連續測斜儀的測量精度影響因素和優化措施

連續測斜儀是開展定向井與水平井井眼軌跡鉆探的專業儀器，可發揮極為重要的作用。而隨著鉆井深度的加深，石油鉆探難度不斷加大，測量儀器所承受的環境壓力和外部影響力也不斷提升。在此情況之下，提高測量儀器的可靠性和穩定性，強化連續測斜儀的連續工作能力與測量精確性成為了工作重點。為此，本文對影響連續測斜儀測量精度的各項因素進行了簡要分析，并且針對各因素提出了針對性優化措施。

3.1 井斜下井儀器的校驗臺精度

石油鉆、測井工作區域的施工條件十分復雜，當儀器被頻繁應用時容易出現性能變化。比如，使用壽命、下井使用頻次的增多，都會對儀器儀表以及電子電路的性能產生影響，性能老化或故障的出現幾率極高。為了保證儀器應用質效，相關工作人員需要基于規定時間完成儀器校驗和數據采集整理工作，并全面檢查儀器的性能。

3.1.1 影響因素分析

對于井斜下井儀器來說，基于已知的校驗臺傾斜角和方位角，開展探管相應量調校是最為常見的校驗方式；而且，校驗臺的精度將會對連續測斜儀的調校精度和測量精度產生直接影響。傳統的校驗臺精度調校工作需借助于水平儀和羅盤來開展，這兩種儀器的數據都會以指針和刻度來顯示，在數據讀取過程中十分容易出現讀取差異，所以難以保證井斜校驗臺的精度。為此，調校人員應該選用其他方法與傳統校驗臺精度調校法搭配使用。比如，基于傳統方法完成校驗臺初步調校后，再使用工作正常的下井儀探管重力計和磁力計，對校驗臺的精度進行二次調校和驗證。

（1）在實際操作環節，相關工作人員應該保證地面儀與校驗臺上處于正常工作狀態的探管正確連接，然后用儀器的重力傳感器輸出值調校校驗臺。當探管傾斜角為某一固定角度時，觀察AX或AY的值，將方位盤旋轉一圈后，觀察AX或AY在校驗臺各支架位置的量化值，并基于這三個數據分別對校驗臺各支架的高度進行調整。當校驗臺三個支架方向上的AX或AY量化值相等時，意味著校驗臺已經調整至水平位置，其水平精度已符合要求。

（2）確保校驗臺水平后，相關工作人員還應該對其方位進行確定。此時，應基于探管傾角處于直角（90°）的狀態，讀取方向盤為0°時的讀數（MZ1）和方向盤為180°的讀數（MZ2），并利用這兩個方位的MZ值進行計算MY值。此時，應基于公式MZ1+MZ2=2MY確定MY值；此時方位刻度上的0 所指方向，就是0°或180°方位的精確定位。

（3）經過以上調校后，相關工作人員還應該對井斜校驗臺的鉛垂線進行精確調校。此時，需要在探管傾角為直角（90°）狀態下讀取不同方位的AZ 值，其中方向盤為0°時讀數為AZ1，方向盤為180°時讀數為AZ2，準確讀數后應比較不同方位的AZ 值，若二者完全相等則表示探管的傾角刻度線完全重合于校驗臺鉛垂線，這樣一來鉛錘線調校工作也將順利完成。

⑤對探孔時發現涌滲水量大的情況，壓力注漿結束達到初凝狀態后，可在涌滲水量大的孔位附近布設一個或多個效果檢測孔，確定防治水效果達到預期效果后，再進行掘進施工，否則，應增加壓力注漿孔數量。

3.1.2 優化方式

若要提高連續測斜儀的檢測精度，就應該對校驗臺調校精度這一關鍵性影響因素加以重視。在實踐中，選用科學的調校方法，調高校驗臺校驗或驗證精度，將成為降低連續測斜儀測量誤差的有效方法。為此，相關工作人員不僅需要合理利用傳統方法高效完成校驗臺的初次調校，更需要嚴謹而規范地開展后續調校。相關工作人員應該根據上述流程，利用重力計與磁力計做好二次調校工作，更可以借助于工作正常的傳感器完成深入調校。當然，在開展校驗工作時，相關工作人員還需保證校驗臺底座水平。

3.2 探管自轉誤差

3.2.1 影響因素分析

連續測斜儀在使用時，需以儀器調試說明為依據，利用高級精度校驗臺調試，此時可發現當探管的自轉角不同時，其輸出的工程值也不同。依據連續測斜儀的應用原理，可假定基準狀態下的連續測斜儀X 軸與地理坐標北重合、Y 軸與地理坐標東重合而Z 軸則與地理坐標地心重合。但是在實際應用環節，連續測斜儀基準狀態下的傳感器敏感軸并不能實現絕對正交。因此，重力計以及磁力計安裝時的敏感軸誤差，會導致探管自轉時，基于差異化自轉角輸出差異化工程值。

3.2.2 優化措施

既然探管自轉的誤差會對連續測斜儀的測量精度造成影響，那么技術人員就應該在工作中有效完成誤差修正工作，進而為獲得高度精確的鉆、測井數據奠定基礎。修正探管自轉誤差時，不同的儀器所需要的修正系數也不盡相同，相關工作人員需要找到這些修正系數并且利用地面軟件對探管自轉輸出的工程值加以修正，讓測井數據的精度更高。在此環節，應該用如下模式進行修正：

在公式之中，i=x，y，z；p 的取值范圍為1-3 之間的整數；q的取值范圍是4-6 之間的整數。而且，Gi代表傳感器（3 個磁力計+3 個重力計）的工程值，Gi0 代表傳感器的測量值；Kp和Kq分別表示重力計與磁力計的增益系數；Bp和Bq則分別表示重力計與磁力計的修正偏值。應用公式時，還需要根據B 值計算公式對其數值進行準確計算，從而為有效調整傳感器對稱性奠定基礎。此時，

其中，傾斜角10°探管自轉間隔90°時的測量值以GXi、GYi、MXi和MYi（i=1,2，3,4）表示；傾斜角和自轉間隔都為90°的測量值以GZi和MZi（i=1,2，3,4）表示。在此環節，準確計算B 值的根本目的，是確定傳感器的修正偏值，進而合理調整傳感器使其具備對稱性。調校人員還應該對K 值進行合理計算，此時利用重力傳感器輸出值、磁力傳感器輸出值和傳感器設計標量最大值來確定K 值。比如，相關工作人員可基于“傳感器設計標量最大值/重力傳感器垂直水平面的輸出值”計算K1、K2、K3；基于“傳感器設計標量最大值/磁力傳感器水平指向正北方向的輸出值”計算K4、K5、K6。借助于計算K 值，可以確定連續測斜儀的增益系數，然后通過修正其輸出值將傳感器輸出量調至最大。

3.3 井眼環境

3.3.1 影響因素分析

井眼環境是連續測斜儀測量精度的重要影響因素，井眼將會影響傾角和方位。在實踐中，連續測斜儀工作于裸井眼當中，當其軸心與井身的軸心重合時，可精確地反映出井身軌跡，從而讓測量人員準確地了解探管的傾斜角和方位角。但由于施工現場環境復雜，井眼的直徑大多比連續測斜儀抗壓管大，致使井身與儀器的軸心無法完全重合，導致測量誤差擴大。比如，某型號的連續測斜儀抗壓管外徑為9cm，在2.3m 的儀器短節上下位置各加一個扶正器（外徑為12.2cm）后，井眼對其產生的影響仍然非常大。所以，要提高連續測斜儀測量精度就必須降低井眼環境的干擾。

3.3.2 優化策略

通常來說，要規避井眼對連續測斜儀測量精度的影響，可以使用扶正器。扶正器是一種用于油氣鉆探的導正器，有彈簧式、燈籠狀兩種，具有高強度和高剛度，能保障套管柱位于井筒中心，能為提高井下測量的方位準確性提供輔助。為此，相關工作人員可基于實際情況，有針對性地加裝扶正器，或加長儀器。

3.4 鐵磁物質

3.4.1 影響因素

在連續測斜儀使用過程中，因鐵磁物而導致的測量誤差也不容忽視。基于連續測斜儀的磁力計響應敏感狀態，該儀器的三個正交地磁場矢量的三個分量，會受到鐵磁物質的影響。實際上，受到鐵磁物質影響的是地磁場矢量，但由于連續測斜儀在使用環節需要利用地磁場矢量，所以其測量準確性也會受到影響；而且，鐵磁物質對測量方位產生的影響與它和探頭的距離有關。在實踐中，部分油田使用的連續測斜儀擁有材質為普通鋼的接頭，當其被磁化后就會干擾儀器測量，從而導致測量誤差。

3.4.2 優化策略

為避免因鐵磁物質而引發連續測斜儀使用誤差，相關工作人員應該著力消除該物質對方位的影響。此時，可從儀器校驗和儀器材質選用方面著手。使用連續測斜儀前，需要對校驗臺進行現場調校，在此過程中應避免鐵磁物質干擾。比如，嚴禁校驗臺周邊出現鐵器，校驗臺半徑10m 以內均不允許出現；嚴禁校驗臺周邊存在強磁場，若距離校驗臺半徑20m 以內出現了強磁場則需要重新選址調校。另外，相關工作人員還需要重視下井儀的接頭材質和加長儀器材質選用問題。比如，選用無磁材料或加裝防磁隔離短節（≥1.5m），以免連續測斜儀測量結果受到鐵磁物質的干擾。

3.5 其他因素

除了上述影響因素，連續測斜儀的測量精度還會受校驗方式、測井速度等因素的干擾。在實踐中，下井儀往往會因校驗臺夾具長度和高度的限制而無法實現整體校驗，所以會出現校驗缺陷。為避免這一問題，應保證探管軸線、抗壓管軸心一致，下井儀的整體校驗有效。此外，還需在實踐中保持測井提速均勻。若測速過快，就容易增加地面濾波干擾，從而導致誤差，在勻速測井條件下因地面濾波而引發的深度誤差將會大幅降低。

4 結論

綜上所述，連續測斜儀的性能比單點測斜儀更為優越，能更加切實地滿足石油鉆、測井工作的測量需求。但在使用連續測斜儀的過程中井斜校驗臺的精度、探管自轉誤差、井眼環境、鐵磁物質和其他干擾因素的存在，都會對連續測斜儀測量精度造成影響，所以測量人員需要根據影響因素制定針對性解決方案。