基于MEMS陀螺的高温随钻定向测斜仪研究

针对油气井测量时所面临的小孔径、超深井、温度范围广、温度变化率高、工作时间长等挑战,研究了基于MEMS陀螺仪的定向测斜仪,设计了MEMS陀螺定向测斜仪软硬件系统.为确保该环境下的测量精度提出了一种动态温度补偿方案,并采用基于小波滤波多尺度分析的方法对动态温变环境下陀螺输出信号进行去噪滤波处理,以实现定向测斜仪系统的测量精度.论文给出了定向测斜仪硬件系统方案、定向测斜算法、小波多尺度滤波算法.测试结果表明:该系统在常温和动态温变环境下井斜方位角精度优于±2°,井斜角精度优于±0.1°,工作温度最高150℃,可适应我国深层油气井勘探开发的应用场景需求.

柔性测斜仪在大型地下硐室围岩水平变形监测分析中的可靠性研究

随着地下硐室工程修建跨度及深度的增加,由于开挖卸荷引起的围岩变形破坏越来越严重。建设过程中围岩变形的实时监测对确保整个项目的安全运行起着至关重要的作用。不同于传统点式位移计只能对测点高程位置处进行监测,柔性测斜仪凭借其传感器灵敏度较高且各柔性节可以自由组合等优点,可以对整个布置范围内的围岩变形有更为准确且直观的监测。通过对柔性测斜仪在某大型地下硐室工程围岩收敛变形监测应用中的可靠性展开研究,并与传统点式位移计以及三维数值计算对比分析,结果表明:柔性测斜仪在硐室围岩水平收敛变形监测中具有较高的准确性,有效揭示了围岩变形趋势以及变化规律,可拓宽新型监测仪器在大型硐室工程巷道变形监测中的应用场景。

基于方差补偿AKF-BP的电解液式测斜仪精度提升研究

电解液式测斜仪广泛适用于测量土石坝、面板坝、岩土边坡、路堤、基坑等结构物的水平位移监测。为消除环境温度变化和测量噪声引起的电解液式测斜仪测量误差,进行了传感器温度实验,并对硬件本身、工作环境、数据采集三种测量误差影响因素和温度变化影响因素进行详细分析,提出了一种基于方差补偿自适应卡尔曼滤波(AKF)和BP神经网络(BPNN)的精度补偿模型;结果表明,补偿后的电解液式测斜仪水平位移的均方误差相较于补偿前平均降低了80%以上,从而有效减少计算水平位移的误差,极大提升了电解液式测斜仪的测量精度,可应用于电解液式测斜仪实际工程。

滑动式测斜仪测试与误差处理方法

基于测斜仪工作原理,分析了滑动式测斜仪在使用过程中的误差成因;针对测斜仪零点数据漂移问题,分别从零点漂移量恒定和零点漂移量变化两种情况,导出了对应的修正公式,基于统一基准线修正法(UBM),专门针对深孔测斜情况,应用以曲代直简化思想解决零点漂移问题。工程实测数据应用表明,所提出修正方法应用方便,计算结果偏于安全,精度满足要求。

测斜仪在地铁车站基坑监测中的应用

测斜仪是深层水平位移监测的主要仪器,能测量出基坑围护体系在不同深度的变形情况。本文通过测斜仪的原理、侧斜管的埋设方法及埋设位置、实际案例介绍测斜仪在地铁车站基坑监测中的应用。

自动化测斜仪在佛山市某特大桥路堑边坡的应用

高速公路路堑高边坡的失稳与预警一直以来都是工程界研究的重点,佛山市某特大桥路堑边坡施工期间已产生局部滑坡,边坡工程的变形破坏严重影响了施工安全,基于智能传感器、物联网、云平台技术的长足发展,技术成熟度较高,本文提出采用自动化测斜仪对边坡内部进行实时变形状态监控,用以确定滑动带的位置,指导处治设计与现场施工,相较于传统滑动测斜仪监测,具有智能化程度高、无人值守、数据量大的优势。

基于固定式测斜仪的支护桩测斜监测技术研究

基坑监测对保证基坑安全施工至关重要,深层水平位移是基坑监测的重要手段。目前深层水平位移大多采用滑动测斜仪进行测量,但随着基坑监测信息化水平的逐步提高,固定式测斜仪的应用亦在逐步推广中。固定式测斜仪是一种常用于支护结构、地下工程等长期稳定性监测的设备,稳定性和测量精度较高,适用于长期稳定性监测。本研究通过室内室外实验,验证了固定式测斜仪测量支护桩深层水平位移的可行性,对深基坑支护结构深层水平位移监测技术的发展,具有较高的现实意义。

柔性测斜仪在水利工程安全监测中的应用综述

为研究柔性测斜仪在水利工程安全监测项目中的应用情况与前景,从工作原理、技术指标与应用方面进行了综合性叙述。结果表明:柔性测斜仪已被广泛用于国内水利工程的变形监测项目,且应用效果良好,具有满足3D测量、大量程、高精度、高稳定性、使用广泛、自动实时采集等优点;尤其是其关键技术的突破,填补了高坝部分监测项目的空白。但是,柔性测斜仪在水利工程的应用中也表现出一定局限性,需进一步优化与完善。研究成果可为水利工程中进一步拓宽柔性测斜仪的应用前景提供参考。

Power V和机械式随钻测斜仪在黑池1井的应用

详细介绍了Power V垂直钻井系统和机械式无线随钻测斜仪的组成、工作原理及其在黑池1井的应用情况。现场应用表明,Power V系统可以解决高陡地层和自然造斜率大地层的垂直钻井问题,改善井身质量,提高钻井速度;机械式无线随钻测斜仪具有操作使用方便、抗高温高压、测量结果稳定等优点,既能满足应用Power V系统垂直钻井过程中随钻监测井斜的需要,又可降低钻井成本。

光纤陀螺测斜仪数据采集及传输单元设计与实现

针对基于惯性测量原理的光纤陀螺测斜仪对传感器检测数据的实时、可靠性等技术要求,设计了基于FP-GA+DSP的高速、多通道、可编程数据采集单元,实现了多传感器数据实时采集。并依据系统通讯特点,通过数模结合方法实现了以双极性归零码为编码方式的通讯传输单元。给出了采集及传输单元的软硬件设计方案。现场下井实验数据表明,该数据采集及通讯单元工作稳定、实时性好,误码率小于10-5,达到了测斜仪可靠工作的要求。

运用钻孔测斜仪监测滑坡抗滑桩变形受力状态研究

通过在大截面钢筋混凝土和钢轨抗滑桩身埋设钻孔测斜管,监测得二类抗滑桩的水平侧向位移。对于大截面钢筋混凝土抗滑桩,视为埋于土内的弹性地基梁,求得其弹性曲线微分方程,进而得出桩身转角、弯矩、剪力、桩前抗力等;对于钢轨抗滑桩,把测斜仪所测横向变形当作钢轨桩的弯曲变形,然后再反算出钢轨桩的弯矩、正应力和抗滑力。最后,将该方法应用于某高速公路韩家垭、0509工点滑坡的抗滑桩变形受力监测,效果良好。

机械式无线随钻测斜仪及其应用

机械式无线随钻测斜仪集机械、电子技术为一体,利用精密机械机构来测量井斜,利用钻井液脉冲技术向地面传输信息。井下仪器主要由井斜测量机构、控制机构、液压平衡和阻尼装置以及脉冲发生装置等组成。其工作原理为:通过精密的测量机构测得的井斜信息通过控制机构传递给脉冲信号发生装置后,通过钻井液传递给装在立管上的传感器,由电子记录仪记录的脉冲信号读出井斜角。机械式无线随钻测斜仪具有结构简单、操作方便、测量时间短、可随钻测量等特点。现场应用表明,机械式无线随钻测斜仪完全能够满足直井测斜的需要,对提高钻井速度、降低钻井成本等具有重要意义。

基于地面测斜仪的“井工厂”压裂裂缝监测技术

为了更好地认识大牛地气田"井工厂"压裂模式中裂缝的形态和方位,指导该区块其他井组合理部署井网及优化压裂设计,采用地面测斜仪对R井组的2口水平井分段压裂裂缝进行了监测,获得了每条压裂裂缝的方位与长度,并对监测结果进行分析,探索研究了水平井组同步压裂工艺对裂缝复杂性的影响。研究表明,在R井组2口水平井的同步压裂过程中,由于诱导应力场的影响,使得部分井段压裂裂缝的复杂性增加,从而增大了改造体积,改善了压裂效果。研究结果为今后的压裂设计优化和井网部署提供了理论依据。

井眼轨迹随钻测量中的测斜仪器不对中随机误差分析

为了更加准确地描述随钻测量时产生的井眼轨迹误差,利用误差分析方法对随钻测量时测量仪器与井眼轴线不重合所产生的误差进行了分析,并采用拉格朗日插值进行了计算。结果表明,这种不对中所引起的测量误差属于随机误差的范畴,该误差对井斜和方位测量结果的作用是相同的,且服从均匀分布。算例分析表明,这种随机误差相对于系统误差所造成的井眼位置的不确定范围要小得多。测点处的随机误差椭球的中心与测点之间的距离很近,但是,随着钻头尺寸与钻铤尺寸差别的增大,此距离增大,并且椭球的3个半轴也呈现相同的变化趋势。

机械式无线随钻测斜仪设计方案及关键技术

设计了一种机械式无线随钻测斜仪。介绍了该仪器的系统组成、主要技术参数及相关的关键技术,重点论述了机械测斜机构、控制机构和脉冲发生器的结构、工作原理和各机构之间的相互关系。在进行运动学分析的基础上,给出了测斜机构和控制机构的设计计算方法,阐述了井下仪器密封和润滑系统的作用、设计性能、特点及润滑油、密封件的选择方法等。现场应用表明,机械式无线随钻测斜仪具有很好的现场适用性和抗高温性能,可以满足直井随钻测斜的需要并解决了深井、高温井测斜的难题。

地面测斜仪在长庆油田裂缝测试中的应用

准确获取水力裂缝的方位、尺寸等参数对长庆低渗透油气田开发具有重要意义,地面测斜仪测试方法是目前国际上公认的最为先进的裂缝监测技术之一,它采用高灵敏度的仪器监测压裂裂缝对大地造成的变形,运用地球物理反演计算来确定裂缝方位、倾角及产状。与同类方法相比,地面测斜仪能准确测量裂缝的方位和产状。介绍了地面测斜仪测试原理、安置要求、技术指标。长庆油田在国内首次引进地面测斜仪监测技术并在苏里格气田和榆林气田试验2口井,获得了水力裂缝方位NW70°左右,并且裂缝存在约20%的水平分量。通过应用地面测斜仪监测技术,进一步认识到了水力裂缝延伸的复杂性,提高了压裂设计针对性和水平。

钻孔测斜仪在滑坡变形监测中的应用研究

为了研究钻孔测斜仪在滑坡监测过程中如何有效节约监测时间及劳动成本,提高工作效率,通过使用RQBF-698B型钻孔测斜仪对贵州省化乐煤矿三井区的滑坡带监测中,总结出一种提高钻孔测斜仪监测效率的方法。测斜仪的原理是一个力平衡式的伺服系统,通过传感器多次测量地下水平位移,从而判断地下是否存在滑动。在监测过程中,每次需要大量时间测量相互垂直方向的2组数据,然后通过矢量计算得出滑动方向与位移。如果能对滑坡滑动方向的预判,在安装测斜管时有目的性的设置主方向,根据测斜仪原理,每次监测只需测量该主方向的滑动数据就能获得有效准确的监测结果。本次的钻孔测斜仪的监测结果分析得到的滑坡体滑动面及滑动趋势,与钻探、坑探结果一致,取得了较好的监测效果。研究认为在预知滑动方向的前提下,可以有方向性的安装测斜管,这样可以在获得准确的监测结果的同时,提高了监测的工作效率,缩短监测时间。这样的方法适用于滑坡体滑动方向可以准确预判的情况。如果滑坡滑动方向预判不准确,得到的监测结果将与事实相差甚远。

垂直钻井工具测斜仪精确校正理论与实验

针对自动垂直钻井工具因测斜仪(其核心部件为二轴或三轴重力加速度计)的安装误差而导致小井斜测量精度不高的问题,通过建立测斜仪的实际安装坐标系与其理想坐标系之间的映射关系,推导出利用测斜仪的实际输出信号计算真实井斜角的函数关系,从而在理论上实现了对测斜仪的精确校正。对基于二轴重力加速度计的测斜仪提出了只需要获取测斜仪的两个测量轴与其理想坐标系对应轴的夹角参数,即可对测斜仪进行精确校正的工程方法,并借助自行研发的某型号自动垂直钻具原理样机,对相应夹角参数提取及测斜仪的精确校正进行了实验分析。实验结果表明,利用该方法对测斜仪进行校正可保证测斜仪的测量精度不受测斜仪安装误差的影响。

青海共和盆地干热岩压裂裂缝测斜仪监测研究

为了更好地认识青海共和盆地增强型地热系统(EGS)压裂裂缝的方位和长度,指导该盆地换热井井位部署,优化压裂设计,采用地面测斜仪监测了X1井3个压裂阶段的裂缝,获得了该井3个压裂阶段形成垂直裂缝的长度和方位,并将监测结果与目的层地质特征结合,分析了共和盆地目标地层天然裂隙对裂缝复杂性的影响。研究表明,X1井目的层的天然裂隙在压裂过程中被部分激活,造成压裂裂缝的水平分量接近50%,在一定程度上提高了压裂裂缝的复杂性,从而提高了热储裂缝的换热体积。这为今后青海共和盆地干热岩井压裂优化设计和换热井井位部署提供了科学依据。