测斜仪器及其测斜原理.pptx
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1、测斜仪器分类测斜仪器分类测斜原理测斜原理液面原理液面原理1.液面是水平的。井眼轴显示倾液面是水平的。井眼轴显示倾斜的。液面与井眼轴线的法面的斜的。液面与井眼轴线的法面的交角,即为井眼井斜角。交角,即为井眼井斜角。2.氟氢酸测斜仪就是这个原理。氟氢酸测斜仪就是这个原理。3.虹吸测斜仪也是应用此原理。虹吸测斜仪也是应用此原理。测斜原理测斜原理液面原理液面原理HF液面原理测斜定向液面原理测斜定向:齿刀上的齿尖所指方位,标志着造斜工具的工具面方位。齿刀上的齿尖所指方位,标志着造斜工具的工具面方位。测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上,留下齿刀的测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上,留下齿刀的印痕,于是
2、可知道造斜工具的工具面方位;印痕,于是可知道造斜工具的工具面方位;同时,氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于同时,氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是知道了工具面方位与井斜方位的关系。是知道了工具面方位与井斜方位的关系。需在下钻前在裸眼内测得井斜方位;需在下钻前在裸眼内测得井斜方位;测斜原理测斜原理重力原理重力原理1.重锤罗盘照相重锤罗盘照相井斜角的定义就是:重力方井斜角的定义就是:重力方向与井眼方向之间的夹角。向与井眼方向之间的夹角。所以可以利用重力原理测量所以可以利用重力原理测量井斜角。井斜角。悬挂的重锤,总是指向重力悬挂的重锤,总是指向重力方向;方向;罗盘面上刻有许多同心圆
3、,罗盘面上刻有许多同心圆,代表不同的角度。代表不同的角度。对着罗盘照相,对着罗盘照相,“十十”字标字标记投影到罗盘面上,可以读记投影到罗盘面上,可以读到井斜角值。到井斜角值。重锤悬挂长度越长,测量范重锤悬挂长度越长,测量范围就越小;围就越小;巧妙设计,可测巧妙设计,可测900甚至甚至1200井斜角。井斜角。测斜原理测斜原理重力原理重力原理重锤打孔测井斜重锤打孔测井斜重锤带尖;重锤带尖;时钟控制;时钟控制;到时间后,到时间后,由时钟控制由时钟控制驱动弹簧,驱动弹簧,推动打孔纸推动打孔纸板撞向重锤板撞向重锤的尖部,从的尖部,从而打孔。而打孔。由孔眼位置由孔眼位置可读井斜角。可读井斜角。测斜原理测斜
4、原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计原理:原理:重力元在重力作用下要重力元在重力作用下要发生位移,引起电容传发生位移,引起电容传感器的电容发生变化,感器的电容发生变化,此变化信号通过放大以此变化信号通过放大以后,使线圈产生一定的后,使线圈产生一定的电流,该电流产生磁力电流,该电流产生磁力使重力元复位。使重力元复位。重力元位移大小,反映重力元位移大小,反映在线圈给出的电压大小。在线圈给出的电压大小。重力元的位移大小与重重力元的位移大小与重力元在空间的状态有关。力元在空间的状态有关。测斜原理测斜原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计重力元的空间状态:重力元的空间状态:水平状态
5、,重力方向与位移方向一致,位移最大;垂直状态,重力方向与位移方向垂直,位移为零;倾斜状态,重力方向与位移方向有一定夹角,位移与角度sin成正比。测斜原理测斜原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计重力加速度计的布重力加速度计的布置置在测斜仪器中,在X,Y,Z三个方向上,各装一个重力加速度计,则三个重力加速度计的测值是不同的。通过计算,可以算出重力方向与仪器轴线的夹角即井斜角的大小。测斜原理测斜原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计井斜角的计算井斜角的计算Z轴与重力方向g的夹角,即为所测点的井斜角。X、Y、Z三轴的测值,分别为:GX、GY、GZ,则:测斜原理测斜原理重力原理重力
6、原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算造斜工具下入时,若已知工具面与造斜工具下入时,若已知工具面与X方向一致,则在方向一致,则在井底平面上,高边方向与井底平面上,高边方向与X方向的夹角,即为高边工方向的夹角,即为高边工具面角,即装置角。具面角,即装置角。测斜原理测斜原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算造斜工具下入时,若已知造斜工具下入时,若已知工具面与工具面与X方向一致,则方向一致,则在井底平面上,高边方向在井底平面上,高边方向与与X方向的夹角,即为高方向的夹角,即为高边工具面角,即装置角。边工具面角,即装置角。当当GX0时,用下式计算:时
7、,用下式计算:测斜原理测斜原理重力原理重力原理3.重力加速度计重力加速度计装置角的计算装置角的计算当当GX0时,用下式计算:时,用下式计算:测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理磁北原理磁北原理地球有个磁场,地球地球有个磁场,地球上任一点都受到磁场上任一点都受到磁场的作用,该点的磁力的作用,该点的磁力线方向(即磁北方向)线方向(即磁北方向)在一段时间内基本上在一段时间内基本上是不变的。测的磁力是不变的。测的磁力线方向与井眼方位线线方向与井眼方位线的夹角,即是井斜方的夹角,即是井斜方位角。位角。测方位原理测方位原理重力原理重力原理1.磁罗盘磁罗盘磁罗盘是中华民族的伟大发明。磁罗盘是中华民族的伟大发
8、明。磁罗盘始终处于水平位置,并可自由转动,罗盘始磁罗盘始终处于水平位置,并可自由转动,罗盘始终指出磁北极的方向。终指出磁北极的方向。与重锤罗盘和为一体,在测得井斜角的同时,也测与重锤罗盘和为一体,在测得井斜角的同时,也测出井斜方位角。出井斜方位角。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘如果罗盘盘面上的方位标志,与地理方位相同,则“十十”字标字标记落在低边方位线上记落在低边方位线上。而井斜角是高边方位井斜角是高边方位线与正北方位线的夹线与正北方位线的夹角角。所以罗盘面上的读值与实际井斜方位相差1800。为了丛罗盘盘面上直接读出井斜方位,需要将将N和和S位置互换,位置互换,E和和W位
9、置互换位置互换。罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方位相反的情况罗盘面方位与地理方位相反的情况测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘面方位与地理方罗盘面方位与地理方位一致的情况:位一致的情况:“十”字标记是固定在仪器的中心线上。井眼倾斜后,罗盘始终保持水平。在照相
10、时,“十十”字标记字标记落在罗盘面上的井底落在罗盘面上的井底上倾方位线上倾方位线(即即高边高边方位线方位线)上上。所以这种罗盘盘面的方位标志不需要不需要N、S互换,互换,E、W互换互换。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理1.磁罗盘磁罗盘罗盘罗盘面方面方位与位与地理地理方位方位一致一致的情的情况:况:ENWS测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门磁通门结构:磁通门结构:铁心上绕着两级线圈。初级线圈,先正向缠绕,然后又反向缠绕。线圈内通交流电,不管电流大小和变化如何,线圈感应的磁场互相抵消为零。次级线圈,仅一个方向缠绕,且不通电。在没有地球磁场情况下,也不会感应电流。在地球磁场影响
11、下,会感应出电流来。感应的电压大小与该点处地球磁场强度大小有关,与通过磁通门的磁通量多少有关。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门磁通门状态磁通门状态磁通门与磁力线方向的关系状态不同,通过的磁通量多少就不同。磁通门的布置磁通门的布置磁通门在仪器中的三个坐标方向布置,根据三个磁通门测得的磁通量的值,可以算出磁北方向与井眼方位的夹角,即井斜方位角。测测方位方位原理原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算将将X、Y、Z各轴和井斜各轴和井斜方向线都投影到水平面方向线都投影到水平面上;这时,上;这时,Z轴和高边方轴和高边方位、井斜方位,都在同位、井斜方位,都在同一
12、条线和同一方位上。一条线和同一方位上。选择选择V1和和V2两个坐标轴:两个坐标轴:V1轴与轴与Z轴同向;轴同向;V2轴与轴与V1轴互相垂直轴互相垂直且自且自V2正方向顺时针正方向顺时针90度到达度到达V1正方向;正方向;测测方位方位原理原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算X、Y、Z三个方向上的三个方向上的三个磁通门的测值,分三个磁通门的测值,分别为:别为:HX、HY、HZ 。X、Y、Z三个方向上的三个方向上的三个重力加速度计的测三个重力加速度计的测值,分别为:值,分别为:GX、GY、GZ 。将将HX、HY、HZ 测值分测值分别别分解分解到到V1和和V2两个两个轴上。
13、轴上。测方位原理测方位原理磁北原理磁北原理2.磁通门磁通门井斜方位角计算井斜方位角计算这是水平面上的这是水平面上的投影图。投影图。显然,井斜方位显然,井斜方位角角可用下式计可用下式计算:算:当当V10时,用下式时,用下式计算:计算:当当V10时,时,当当Hy 0时,时,当当P0时,时,不讲!不讲!测方位原理测方位原理陀螺原理陀螺原理陀螺仪结构及原理:高速旋转的陀螺仪具有定向性(定轴性)。加上内外框架,构成“万向机架”。只要陀螺轴的方向不变,只要陀螺轴的方向不变,与外框架构成一体的罗盘与外框架构成一体的罗盘的方向也就不变。的方向也就不变。在陀螺仪启动时,人为地使陀螺轴指向地理正北(不是磁北),就
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