磁干扰影响

主题词：水平井 井斜角 方位角 磁通们传感器 重力加速度计 磁干扰 磁感应强度 螺线管

一.概述

随着井斜角的增大，常规测量装置的精确度逐渐下降。因此大井斜(水平井)对测量手段是一个挑战。在大井斜(水平井)中我们常利用MWD进行测斜，大家知道MWD测斜部分是由磁通们传感器和重力加速度计组成。井斜角是利用重力加速度计进行测量，而方位角是由井斜角和磁通们传感器测量计算求得。我们用这种计算出的方位角对来自钻拄的磁干扰就特别的敏感，特别是大斜度井(水平井)的方位为正东或正西时，可出现较大误差。因为井斜角受磁场干扰很小，但方位角受磁场干扰而引起的测量误差要比井斜角的误差大得多。因此主要考虑如何减小方位角受磁场干扰的误差。

二.理论分析

我们知道井眼轨迹是用井斜角θ、方位角Azi、和工具面角ω的测量值计算得到的，这些测量值是由测斜仪和磁通门传感器提供，而且测斜仪在互相垂直的三个轴向对重力场的影响是敏感的。我们从以下的方位角计算公式中可以看出方位角Azi同工具面角ω井斜角θ和磁场分量Bx,By,Bz有关，其关系式如下：

Azi＝tg[(-BxSinω+ByCosω)/Cosθ(BxCosω-BySin

-1

ω)+BzSinθ]

在实际作业中我们会发现，当地磁场会受到钢接头，短节和马达等铁质材料的影响。因为这些铁质材料对垂直钻拄轴上的影响很小(见补充说明)，所以我们只分析和讨论在钻拄轴向上的磁干扰即磁感应强度分量Bz分量所受钻拄铁质材料的磁干扰，对垂直于钻拄轴上的磁干扰暂不予考虑。

通过计算，我们将测量得到的Bx,By,Bz,θ和ω代入公式进行计算方位角Azi。我们知道由于Bz分量受到干扰而引起误差，因此方位角Azi也会出现误差。(利用该公式进行的测斜计算出的方位角－被称为标准法计算)。现在我们使用另一种计算方法－被称为短钻铤法。(在该方法中磁力仪测量值Bz分量不参加计算，因为该值受钻拄磁干扰的影响较大。)当用短钻铤法计算时，我们不用有误差的Bz分量代入公式计算Azi，而用Bz\"值代替Bz。Bz\"由地磁场感应强度Be,地磁倾角Dip，和实际测得的Bx,By值四个数据计算的。

三.模拟实验与分析

国外测量研究人员在实验室里用螺线管进行模拟钻拄引起的轴向磁干扰问题。在实验中由一个螺线管模拟MWD测量仪上面钻拄引起的磁干扰，另一个模拟MWD测斜仪下面钻拄引起的磁干扰。当改变两螺线管磁场强度时，可以观测到它们对MWD测斜仪测量值的影响，其结果表明在轴向的磁干

扰会使测量值Bz分量产生误差。首先是通过改变螺线管上电流的大小来控制磁场强弱，MWD仪器安装在上磁和下磁之间。在实验时，先在上磁和下磁无磁的情况下读出MWD测量出的一组数值，作为基准值，然后改变电流大小，读出MWD测量值，并与基准值进行比较。这时会发现Bx和By不随电流大小而变化，而磁场的轴向分量Bz在－20－＋20(微特斯拉)范围内变化.此实验说明轴向磁干扰会引起Bz分量的测量误差 。

四.结论

在利用了模拟井的测量数据后并对两种(标准法和短钻铤法)计算方法进行了比较分析有以下一些结论。

① 标准法计算结果表明，在正北和正南的大斜度井(水平井)中，即使在强磁干扰下(±16微特斯拉)，方位角测量误差也在±1°之内(见图一)。对于正东或正西的大斜度井(水平井)，方位角误差受轴向磁干扰影响很大，当轴向磁干扰在±8微特斯拉情况下，方位角误差在±16°之内(见图二)。

② 短钻铤法计算结果表明，在正北或正南的大斜度井(水平井)中，即使在强磁干扰下，方位角测量误差也在1°已内,很小(见图一)。对于正东或正西的大斜度井(水平井)，短钻铤法要比标准法小许多。当轴向磁

干扰在±16微特斯拉情况下，标准法计算的方位角误差接近30°，而短钻铤法计算的方位角误差在±3°之内。(见图二)

③ 另外在井斜角>65°以上的大斜度井中，在采用MWD进行测斜实验时发现，即使在强磁干扰的情况下，利用标准法和短钻铤法对测量数据进行处理比较，短钻铤法优于标准法。

五.作业中的应用

通过以上的分析，认为在定向井的作业中，如果井下MWD测量的倾角(Inc)>65°，我们应该使用长测量(Full Survey)中的ABS(绝对方位)来进行测量作业，以保证在井下的MWD测斜更为精确。

注：以下图形中带Δ为标准法曲线，不带为短钻铤法曲线。

图一：

方位角误差（度〕 1 0.5 0 -0.5 -1 -16 图二：

-8

0

8

16

Bz 磁干扰强度(微特斯拉)

方位误差（度）

30 20 10

0

0

8

-10 -20 -30 -40 -16

-8 16

Bz 磁干扰强度（微特斯拉）

图三：

方位角误差（度〕 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Bz 磁干扰强度(微特斯拉)

补充说明

井下钻具组合的铁质材料所引起垂直于轴向上磁干扰的补充说明。 我们假设钻拄是无限长的，而且它具有恒定的磁导系数μ1，钻拄内径为b，外经为a，同时我们假设地球和井中泥浆的磁导率为μ0，而且μ1» μ0。因为在这些条件下它们磁场应是发散的，所以它们的磁感应强度的计算公式为Ψ

222

=-{1-[1-(b/a)]/[(µ1+μ0)/(µ1-μ0)]-(b/a)}H0rCosθ 式中：H0－垂直于钻拄的磁场强度，

r-以钻柱轴线为z轴的圆柱坐标系中的径向坐标， θ－柱坐标系中的角度坐标。 因为μ1» μ0，所以[(μ1+μ0)/(μ1- μ0)]2≈1

轴向上的磁场于是从上面的公式中可以得到Ψ≈0，因此我们认为垂直于干扰很小，几乎为零。

参考资料：<>