YST48R泥浆脉冲随钻测斜仪使用说明书.docx
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YST48R泥浆脉冲随钻测斜仪使用说明书
YST-48R泥浆脉冲
随钻测斜仪使用说明书
版本3.0.20
北京海蓝科技开发有限责任公司
第一章仪器概况与基本工作原理………………………………………1
1.1仪器概况………………………………………………………………………1
1.2基本工作原理…………………………………………………………………3
1.3性能指标………………………………………………………………………5
第二章仪器测试…………………………………………………………8
2.1扶正器测试……………………………………………………………………8
2.2电池筒测试……………………………………………………………………8
2.3定向探管测试………………………………………………………………10
2.4伽马探管测试………………………………………………………………11
2.5脉冲发生器测试……………………………………………………………11
2.6远程数据处理器测试………………………………………………………12
2.7专用数据处理仪测试………………………………………………………12
2.8流量开关测试………………………………………………………………13
第三章地面设备的连接与操作………………………………………16
3.1地面设备的连接……………………………………………………………16
3.2远程数据处理器操作………………………………………………………17
3.3专用数据处理仪操作………………………………………………………20
第四章井下仪器总成的组装与操作…………………………………22
4.1井下仪器总成的组装………………………………………………………22
4.2井下仪器总成的地面模拟测试……………………………………………24
第五章软件操作………………………………………………………26
第六章井场操作………………………………………………………27
6.1仪器准备……………………………………………………………………27
6.2施工准备……………………………………………………………………27
6.3仪器连接与设置……………………………………………………………28
6.4仪器座键……………………………………………………………………29
6.5浅层测试……………………………………………………………………29
6.6打捞井下仪器………………………………………………………………29
6.7井队需注意的问题…………………………………………………………29
第七章维护与保养……………………………………………………31
7.1扶正器………………………………………………………………………31
7.2定向探管……………………………………………………………………33
7.3伽马探管……………………………………………………………………34
7.4脉冲发生器…………………………………………………………………35
7.5电池…………………………………………………………………………40
7.6压力传感器…………………………………………………………………44
7.7打捞头………………………………………………………………………46
7.8循环套………………………………………………………………………47
附录……………………………………………………………………51
第一章仪器概况与基本工作原理
YST-48R是一种可打捞式的正脉冲无线随钻测斜仪，设计巧妙，组装灵活，使用方便。
该产品是YST-48X泥浆脉冲随钻测斜仪的升级换代产品，重新设计了地面设备，引入了伽马测量项目，通过使用新的传感器提高了定向探管的精度和性能，并且根据用户几年中反馈的使用意见作了很多的改进。
该仪器是将传感器测得的井下参数按照一定的方式进行编码，产生脉冲信号，该脉冲信号控制伺服阀阀头的运动，利用循环的泥浆使主阀阀头产生同步的运动，这样就控制了主阀阀头与下面的限流环之间的泥浆流通面积。
在主阀阀头提起状态下，钻柱内的泥浆可以较顺利地从限流环通过；在主阀阀头压下状态时，泥浆流通面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。
定向探管产生的脉冲信号控制着主阀阀头提起或压下状态的时间，从而控制了脉冲的宽度和间隔。
主阀阀头与限流环之间的泥浆流通面积决定着信号的强弱，我们可以通过选择主阀阀头的外径和限流环的内径尺寸来控制信号强弱，使之适用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作环境。
实际上，整个过程涉及到如何在井下获得参数以及如何将这些数据输送到地面，这两个功能分别由探管和泥浆脉冲发生器完成。
1.1仪器概况
YST-48R泥浆脉冲随钻测斜仪由地面设备和井下测量仪器两部分组成。
地面设备包括：
压力传感器、专用数据处理仪、远程数据处理器、计算机及有关连接电缆等。
井下测量仪器主要由定向探管（方向参数测量短节）、伽马探管、泥浆脉冲发生器、电池、扶正器、打捞头等组成。
总体结构框图如图1所示。
该仪器配有橡胶式和弹簧钢片式两种扶正器，扶正器是规范配件，不需特殊工具就能更换替代，操作便捷。
仪器井下总成部分可以用打捞矛进行打捞，在井下出现卡钻、落鱼等故障时，可及时将井下仪器打捞出来，使损失减小到最低限度。
图1YST-48R泥浆脉冲随钻测斜仪总体结构图
1.2基本工作原理
1.2.1定向探管
这种测斜仪是利用当地已知的重力场和地磁场做为基准定义方向参数的，并利用定向探管坐标系与基准的相互关系计算出方向参数，因此需要建立探管测量头坐标系是很自然的。
测量头坐标系如图2所示。
图2测量头坐标系示意图
X、Y、Z、O直角坐标系的XOZ平面与T形槽定位面平行，而Z轴平行于测量头轴向。
三个加速度计Gx、Gy、Gz和三个磁通门Bx、By、Bz的敏感轴分别平行于OX、OY、OZ。
因此，前者可以感受重力场的重力加速度在三个方向上的分量，后者感受地磁场在三个方向上的分量。
当这些传感器感受输入量时，与其伺服电路一起将输入量变换成与之对应的输出电压。
温度敏感头及其电路，将温度变换成输出电压（VT）。
这7个输出电压和一个基准电压（VR）及电源电压（VD）共9个电压经多路开关依次输入到V/T变换器，经8次采样平均之后形成一组输出脉冲串（P8），这一脉冲串和同步脉冲（PS）在电压时间变换器内部通过与门形成P0，并输入到CPU处理单元，CPU把这一脉冲串的各脉冲间隔变成数字量，并可以解算出工具面、井斜、方位等参数的值。
CPU进一步将这些参数进行编码，形成脉冲串，驱动后续电路工作。
1.2.2伽马探管
伽马探管是综合测量地壳岩层自然放射性强度的仪器。
由于地壳岩层中存在自然放射性核素（主要是铀（U238）、钍（TH232）、钾（K40）），在自然衰变时放射出γ射线，测井时用γ射线探测器沿井眼实时进行地壳岩层的测量，得到地层剖面的自然伽马记录。
根据地球化学和地球物理学知识可知，地壳岩层的岩性（如：
岩层的种类、生成方式、沉积环境、形成年代等）与其自然放射性γ射线强度有着一定的联系，结合其它测井方法的测量结果即可有效的推测生油岩层，这也是自然伽马测井应用的主要目的。
为了准确、可靠的进行无线随钻自然伽马的测量，考虑到无线随钻测量仪器的工作环境和特殊要求，YST-48R采用了高抗振、高抗冲击和高可靠型晶体和光电倍增管，并进行了合理的系统设计，确保仪器在随钻工作环境下良好工作。
无线伽马与有线伽马测井相比，除有效的完成自然伽马测井记录外，还具有众多突出优点，首先，无线伽马测井记录具有更高的可信度，因为在地层被钻开很短的时间内即进行测量，地层暴露时间较短，受泥浆冲洗较少，记录更真实可靠；其次是测量数据对钻井施工具有较好的指导作用，可以优选钻井参数，提高钻井功效，降低钻井成本；再有，可以有效回避风险，降低钻井事故的发生率；还有，在水平钻井作业中，可以根据测量数据有效的调整钻井方位，使井眼有效的穿越储集层，提高矿藏的采收率和经济效率；另外，还可以有效的在钻井事故发生时获得第一手有效的测井数据，避免宝贵数据的丢失。
1.2.3泥浆脉冲发生器
如前文所述，YST-48R泥浆脉冲随钻测斜仪是通过电磁机构控制阀门头与限流环之间的流通面积，进而引起在钻杆内流动的泥浆压力产生变化，达到传输信号的目的。
由电磁机构直接带动阀门头需要相当大的功率，在井下实现是不现实的，在设计中，采用了利用流动的泥浆由伺服阀阀头带动主阀阀头的方式。
如图3所示，没有信号时，伺服阀阀头处于压下状态，在无磁钻铤内高速流动的泥浆在限流环处产生反向的压力，使主阀阀头提起，弹簧被压缩，主阀阀头与限流环之间的流通面积较大，泥浆可以快速通过，钻杆内泥浆的压力较小。
当有信号时，如图4所示，伺服阀阀头被提起，泥浆可以从伺服阀阀头处流入，仪器内外的压力平衡，原来被压紧的弹簧将释放，主阀阀头与限流环之间的流通面积减小，钻杆内泥浆的压力将升高，信号被传输出去。
1.3
图4主阀阀头压下状态
限流环
无磁钻铤
弹簧
伺服阀阀头
主阀阀头
泥浆
图3主阀阀头提起状态
性能指标
1.3.1定向探管
YST-48R可以选配两种定向探管，主要的区别在于传感器的不同，一种选用了磁液悬浮加速度计，另一种选用了石英加速度计。
两种探管各有优缺点，一般来说，磁液悬浮加速度计在油田仪器中使用时间较长，技术比较成熟，石英加速度计近几年来在油田仪器中得到了应用，主要优点是精度较高，用户可以根据自己的情况选配。
在YST-48R定向探管中，还增加了存储记录的功能，用户可以根据需要灵活地设置数据的记录方式，当定向探管从井下提升到地面后，可以通过计算机回放井下记录的数据，从而获得更多的信息。
两种定向探管的性能指标如下：
井斜：
±0.2°（磁悬浮）
±0.1°（石英）
方位：
±1.5°（磁悬浮）
±1.0°（石英）
工具面：
±1.5°（磁悬浮）
±1.0°（石英）
最大数据存储能力：
45000组
1.3.2伽马探管
探测范围：
0～500API
测量精度：
±3API（0～150API）
±10API（150～500API）
最大数据存储能力：
11万组
灵敏度：
优于1.6计数单位／API
垂直分辨率：
优于130mm
推荐测速：
≤30m/h
推荐采样时间8～12s
仪器抗冲击：
800g，1/2sin三轴
耐振动：
20g／10～200Hzrms三轴
1.3.3其它性能指标
最高工作温度：
125℃
仪器外筒承压：
100MPa
抗压筒外径：
φ48mm
仪器总长：
6.9m（无伽马）
8.8m（有伽马）
电池工作时间：
180小时（无伽马）
150小时（有伽马）
泥浆排量：
10～55升/秒（取决于钻铤尺寸）
仪器压降：
50～200PSI（取决于钻铤尺寸和泥浆排量）
泥浆信号强度：
20～100PSI
泥浆粘度：
≤140s（漏斗粘度）
泥浆含砂：
＜1%
泥浆密度：
≤1.7克/立方厘米
第二章仪器测试
2.1扶正器测试
2.1.1扶正器绝缘测试
1、把BJ系列部件检测器的两个插头分别插入扶正器的两端，开关都设置在“断开”的位置上；
2、将万用表置于电阻挡上，把黑表笔插入“上1”中，红表笔插入“上2”中，测量其之间的电阻，读值应≥20MΩ；
3、黑表笔不动，红表笔分别插入“上3”、“上4”、．．．“上10”和外筒，读值也应≥20MΩ；
4、把黑表笔从1移到2，红表笔分别插入“上3”、“上4”、．．．“上10”和外筒，如此测量下去，完成所有的组合。
所有测量读值都应≥20MΩ；
5、以上测试过程中，若读值不符合标准，可能是由测量盒与模块之间接触不良造成的，应对触点进行清洁处理，再重新测试。
2.1.2扶正器导通测试
1、把BJ系列部件检测器的两个插头分别插入扶正器的两端，开关都设置在“断开”的位置上；
2、将万用表置于响铃欧姆档上，测量“下1”和“上1”插座之间的电阻，读值应小于1欧姆，并能听见蜂鸣声；
3、测量“下2”与“上2”、“下3”与“上3”、．．．“下10”与“上10”之间的阻值，都应小于1欧姆，并能听见蜂鸣声；
4、如果不导通，应重新测量以查明原因或更换送修。
2.2电池筒测试
2.2.1新装电池筒的电压测试及加载
1、把BJ系列部件检测器六针四孔插头一端连接在电池筒的对应端，开关都设置在“断开”的位置上；
2、将万用表置于直流电压挡上，把表笔插在红色插座“上1”和“上2”中；
3、电压的读值应为28~29伏；
4、新装锂电池有结晶层，需要加载激活。
将“开关1”和“开关2”拨到“接通”位置上，把“电池加载”开关置于“电池组1”的位置。
加载后，电压开始降低，然后又升高，经过一段时间后，电压应上升至25~26伏，完成激活，加载激活时间一般在十分钟左右；
5、若电池加载后，电压不上升且低于20伏，该电池筒可能电量已耗尽或内部有故障，不能下井使用；
6、加载后的电池有了足够的电压，可以继续进行绝缘性与导通性的测试；
7、注意：
如果不打算马上使用新电池，就不要进行加载，因为加载时导致电池放电，从而减少电池的寿命。
2.2.2电池筒绝缘测试
1、把BJ系列部件检测器的两个插头分别插入扶正器的两端，开关都设置在“断开”的位置上；
2、将万用表置于电阻挡上，把黑表笔插入“上1”中，红表笔插入“上3”中，读值应≥20MΩ；
3、黑表笔不动，将红表笔分别插入“上4”、“上5”、、、、、、“上10”和外筒，都应≥20MΩ。
注意：
因为“上1”和“上2”之间有电压，不能测量，否则有潜在的危险！
4、将黑表笔移到2，用红表笔依次插到后面的各插座上。
如此继续测量，完成所有的组合，其值都应≥20MΩ；
5、如果绝缘不良，需擦净各触点后再检查，否则需要送修；
6、电池筒绝缘测试完成后，应该继续进行电池筒的导通测试。
2.2.3电池筒导通测试
1、把BJ系列部件检测器连接在电池筒的两端，开关都置在“断开”位置上；
2、将万用表置于响铃欧姆档上，测量“下1”和“上1”插座之间的电阻，读值应小于1欧姆，并且能听见蜂鸣声；
3、测量“上2”和“下2”，然后“上3”和“下3”、“上4”和“下4”、“上5”和“下5”、“上6”和“下6”、“上7”和“下7”、“上8”和“下8”之间的电阻，都应小于1欧姆，为导通状态；
4、注意：
不能测量1和2之间的电阻（它们之间有电池电压），否则有潜在的危险！
5、以上所有测值都小于1欧姆，并伴有蜂鸣声时，该电池筒可以使用，否则需要重测或送修。
2.3定向探管测试
定向探管的测试是必要的，测试的目的主要是检测探管的功能以及精度是否满足要求。
要注意的是，要想准确的获得探管的精度，必须在满足测试条件的环境中进行。
测试主要分为两个方面的测试：
采样测试和脉冲测试，测试是按图5连接好计算机、专用数据处理仪和探管。
2.3.1
图5探管测试连线图
定向探管采样测试
定向探管采样测试时，可以实时地显示所有的测量数据，在这种状态下可以比较方便地检测定向探管的测试功能是否正常。
1、把探管放在两个无磁支架上，要求周围至少2米内无铁磁物、7米内无较大的铁磁物体。
操作者身上不能带有任何导磁物，如手表、钥匙、带铁钉的鞋子等；
2、在断电状态下，用探管测试线连接探管和数据处理仪，用通讯线连接数据处理仪和计算机；
3、接通数据处理仪电源；
4、运行计算机上的HLMWD软件；
5、进入相应菜单，运行“探管采样测试”命令，在主界面上将显示探管的实时数据，转动探管，数据应随探管位置的不同而显示相应的数据。
2.3.2定向探管脉冲测试
定向探管的脉冲测试是通过直接测量探管的脉冲输出，以达到检测探管实际工作时发送脉冲情况的目的，测试步骤如下：
步骤1~4同“探管采样测试”；
5、进入相应菜单，运行“工作模式”命令，按照需求进行组态设置并进行一致化；
6、进入相应菜单，运行“探管脉冲测试”项，应有脉冲波形显示，并进行数据解算，注意观察数据，所发送的数据顺序及精度应符合“工作模式”中的设置。
2.4伽马探管测试
为了确保自然伽马测量结果的准确可靠，在使用现场需对伽马探管进行测前验证和测后验证试验。
按图5将伽马探管与专用处理仪和计算机连接好。
1、接通电源，运行HLMWD软件，按需要设置好仪器参数；
2、仪器正常运行５分钟后进行本底测试，进行本底测试时应将刻度器远离测量仪器探头２米以上且记录不少于１０组测试数据；
3、将刻度器置于伽马探管的测点位置，同样记录不少于１０组测试数据；
4、分别求出本底和刻度器测试数据的平均值，其二者之差值与刻度器的标称值相差应在±15%范围内，否则应查找原因（可能的原因有：
仪器刻度系数不准确、仪器现场温度太低、仪器故障等原因），确认无误后方可下井测试。
2.5脉冲发生器测试
1、用测试线连接脉冲发生器与XF-2信号发生器，并将脉冲发生器上的筛屏取下；
2、接通XF-2信号发生器的电源；
3、将“脉冲选择”开关置于“释放”位置，此时“脉冲指示”灯灭，伺服阀阀头应释放；
4、将“脉冲选择”开关置于“1.0秒”位置。
此时“脉冲指示”灯的亮灭时间各1秒，并且如此交替地进行下去。
伺服阀阀头应与“脉冲指示”灯同步动作，灯亮时吸合，灯灭时释放；
5、再将“脉冲选择”开关分别置于“1.5秒”、“2.0秒”、“4.0秒”位置，“脉冲指示”灯和伺服阀阀头应按着对应的时间，出现和步骤4所述的类似现象；
6、将“脉冲选择”开关置于“吸合”位置。
此时“脉冲指示”灯常亮，伺服阀阀头始终处于吸合状态。
注意：
这种状态不能持续太长时间，否则容易烧毁内部线圈；
7、如果上述测试中的某项不符合要求，应重新测试以查明原因或更换送修。
2.6远程数据处理器测试
远程数据处理器测试与专用数据处理仪测试同时进行。
2.7专用数据处理仪测试
为保证仪器工作正常，在使用仪器前需对远程数据处理器和专用数据处理仪进行必要地测试。
1、
图6数据处理仪及远程数据处理器测试连线图
按图6连接计算机、远程数据处理器、专用数据处理仪以及XF-2信号发生器；
2、接通专用数据处理仪的电源；
3、运行HLMWD软件，将“工作模式”中模式1中“性能”设为“节电”，“脉宽”设为“1.5秒”；
4、将XF-2信号发生器的“脉冲选择”开关置于“1.5秒”位置，“幅度选择”置于“高”，接通电源。
此时信号发生器将发出1.5秒的连续方波，“脉冲指示”灯的亮灭时间各1.5秒，并且如此交替地进行下去；
5、进入软件相应菜单，运行“采样”命令，可以采集信号发生器发出的脉冲，并且在远程数据处理器和软件界面上同步看到脉冲信号。
注意软件中“脉冲范围”和“脉冲门限”的选择，否则看不到正常的脉冲波形和数据。
“脉冲门限”和“脉冲范围”都是有物理量的值，单位是KPa，在信号发生器“信号幅度”为“高”时，脉冲范围一般设为40000，当为“中”时，一般设为15000，当为“低”时，一般设为100，选用根据范围自动设置门限。
在实际工作时，要根据泥浆脉冲的情况进行调整；
6、再将“脉冲选择”开关置于“模拟数据”位置，可以在远程数据处理器和计算机上看到对应的脉冲，并可以解算出相应数据，信号发生器发出的模拟信号为1.2度井斜、162度方位、262度磁性工具面；45度井斜、280度方位和90度重力工具面，注意观察在远程数据处理器和计算机上是否解算出这样的数据；
7、将“幅度选择”置于“中”和“低”的状态，重复6的操作，注意调整软件中“脉冲范围”和“脉冲门限”的值，观察是否能解算出正确的数据；
8、如果上述测试中的某项不符合要求，应重新测试以查明原因或更换送修。
在这种连接的情况下还能同时进行脉冲发生器的测试，参见“2.4脉冲发生器测试项”。
2.8流量开关测试
YST-48R仪器中有比较完善的流量开关支持，通过集成在定向探管中的的流量开关，仪器可以正确的判断开关泵的状况。
通过开关泵传递的信息，井下仪器可以完成预先设置好的功能。
在实际工作中当启用流量开关时可以选择三种不同的用法：
1、仅发停泵序列：
只在停泵转为开泵时发停泵序列，发完即止；
2、循环发送各序列：
由停泵转为开泵时发停泵序列，之后循环发送开泵序列A和开泵序列B，关泵即止（除停泵序列，该序列必须发完才会停止）；
3、停泵照发：
由停泵转为开泵时打断正在发送的开泵序列（若此时仍在发送停泵序列，则不会被打断），转为发送停泵序列，之后循环发送开泵序列A和开泵序列B，即使关泵也不停止（依然循环A/B序列，这样即使流量开关失效，也可以至少传送Ａ／Ｂ序列数据）。
当禁用流量开关时，定向探管不受流量开关控制，一直循环开泵序列Ａ／Ｂ序列；当启用流量开关的功能时，在使用过程中需注意的是：
1、要保证流量开关做出正确开关泵的判断，需要保持一定的开关泵的稳定时间，所以要根据井上的的情况设置合适的开关泵等待时间；
2、要注意流量开关的误动作：
在没有开关泵的操作下，如果仪器发送出停泵序列，则属于流量开关误动作，此序列的数据不可信；
3、当关泵后，仪器离开原来位置，再开泵时发送的停泵序列数据是不可信的，例如做浅层实验时，以及仪器到底后开泵发出来的停泵序列。
因为这两种状况，仪器都在关泵的情况下移动了位置。
如果启用流量开关，需要对流量开关进行测试，以确保下井后能可靠的工作，对流量开关的测试分以下几个步骤：
1、按图7连接好BJ系列部件检测器、定向探管、专用数据处理仪和计算机；
2、
图7流量开关测试连线图
将BJ系列部件检测器的7号开关置于断开的位置，其它开关置于接通的位置；
3、接通专用数据处理仪的电源；
4、将万用表至于直流电压20伏档，黑表笔放在“下1”中，红表笔放在“下7”中，应有大于3V小于6V电压；
5、轻轻晃动定向探管，电压值应随着敲击变化；
6、运行HLMWD软件，将探管模式组态中流量开关项设置为“仅发停泵序列”，将开关泵等待时间都设为10秒，将设置参数保存到计算机并进行一致化后进行“探管脉冲测试”；
7、此时应无脉冲输出，轻轻晃动定向探管，10秒后探管应能输出预先设置好的停泵序列。
停止晃动10秒后，探管应不再输出脉冲，可再晃动探管进行重复测试；
8、以上测试可重复进行多次，如果符合要求则说明流量开关工作正常，可以下井工作；
9、在此种连接状态下，也可以通过运行HLMWD软件“测试与标定”菜单下“流量开关测试”项进行检测，通过晃动定向探管，可以在“流量开关测试”窗口下观察到流量开关的开/关状态，并可以通过该窗口下的时钟准确知道状态切换所用的时间，可以进一步判断是否和预设的开关泵等待时间相符。
注意在此种状态下，软件将不能运行“探管采样测试”和“探管脉冲测试”。
第三章地面设备的连接与操作
3.1地面设备的连接
地面设备接线图见图8所示。
图8地面设备连线图
3.1.1室内设备的组成与连接
1、室内设备的组成及用途：
（1）、数据处理仪：
数据采集，通信接口，安全供电。
（2）、探管测试线：
定向探管和伽马探管测试时，与数据处理仪间的通讯连线。
（3）、远程数据处理仪——远程数据处理器连接线：
给远程数据处理器供电，向室内设备传输测量数据。
（4）、数据处理仪——远程数据处理器数据连接短线：
用于测试远程数据处理器；连接数据处理仪和电缆盘。
（5）、数据处理仪——PC机通讯线：
用于连接数据处理仪和PC机。
2、室内设备的连接
（1）、检查电源，电压应满足220V±20%，否则需通过稳压电源使其达到220V±10%，稳压电源的输出功率应大于等于100W。
（2）、正确连接远程数据处理器的电源线，“将数据处理仪——数据处理器数据连接短线”
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