第1章 緒 論

測井技術在石油勘探開發中發揮著重要的作用，勘探測井被稱為尋找油氣田的“眼鏡”，生產測井被稱為油氣田開發的“醫生”[4]。測井技術的研究一般包括測井方法、測井設備、測井數據的處理及應用。其中測井設備性能的好壞直接影響最終的測量結果。為了滿足地球物理測井的需要，人們開發了各種類型的測井儀如感應測井儀、微球聚焦測井儀、聲波測井儀及井徑儀等[5-7]。通過一系列的測井設備把所獲得的信息和數據傳送給井上的工程技術人員，工程技術人員通過處理數據來獲取井下的環境信息和井下地層的情況，從而可以評估油氣的勘探和開發。目前，井徑測量儀是我國油田廣泛使用的測井設備。井徑測量儀主要針對垂直井、水平井、大斜度井專門設計的井徑測量儀器。在井下，推靠器推開儀器后，井下四（六）個力臂緊貼井壁并隨著深井直徑的改變自由收放，每一個力臂都有相應的反饋電位計，力臂轉動時帶動電位計前后移動，電位計之間不存在相互運動[8]。井徑測量儀的力臂反推力的大小直接影響深井直徑的測量精度。而在國內工廠生產中，井徑測量儀的反推力特性還不能實現測量。而實際使用時，勘探人員又需要其反推力特性來反映實際力臂與井壁的貼合程度。由于國外測井儀器公司的技術封鎖，很難了解井徑測量儀生產過程中的性能檢測。根據對于國內相關生產廠家的了解，對于力臂反推力特性測量的研究還是空白[9]。
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第 2 章 井徑測量儀性能測試原理及方法

2.1 力臂反推力特性測試原理

如圖 2-7 所示，，井徑測量儀力臂的加載方式有三種，一種是分別對每個力臂進行加載、對稱的力臂同時進行加載和對所有的力臂同時進行加載。整體對力臂進行加載需要對不同的井徑測量儀設計不同的夾具，加工難度比較大，適應性不強。一方面井徑測量儀用對稱的力臂來確定深井直徑的大小，另一方面單邊測量的方法會造成井徑測量儀受力變形影響測量精度，所以采用了井徑測量儀對稱力臂同時加載力的方式。為了實現對稱的力臂同時進行加載，設計了雙推桿同時加載的結構。兩端加載系統為一體時，測量系統的剛度比較大，測量時對精度影響比較小。但兩端加載系統如設計為一體，測試系統的高度不可避免會比井徑測量儀橫放時高，測量時需要人工把井徑測量儀抬到整個測試系統中間，不僅勞動效率比較低而且測量時需要兩個工人協作才能完成，所以采用兩端加載系統分開式的方法，在測試系統閑置時，兩端的加載系統分開放置，減小了測試系統的占地空間，在測試系統工作時，工作人員可以把兩端加載系統直接放置在測井儀的兩端。

2.2 電位計測試系統原理

電阻絲繞線式電位計的測量分辨率取決于電阻絲的直徑的大小，測量的精度取決于纏繞時電阻絲的緊密程度。供電電源是影響電位計測量精度的主要因素之一，目前大部分對于電位計非線性度的測量都采用恒壓源供電。恒壓法測量原理如下圖 2-12 所示，在電位計測桿位移時測量其輸出電壓的大小。由于電位計的種類繁多，電阻值的范圍從 40Ω~12kΩ 不等。采用恒壓源測量對于阻值小的電位計發熱量比較大，而對于阻值大電位計當電位計測桿的位移剛好為一砸線圈，測量值不能及時反映內部電壓的變化。而且恒壓源不能測量電位計的總電阻，恒流源采集的信號為電壓信號，通過電壓可計算出電位計的總電阻，所以選用了恒流源作為電位計的供電電源。

第 3 章 井徑測量儀性能測試系統誤差分析............... 16

3.1 反推力特性測量系統的誤差因素 ..................... 16
3.2 井徑測量儀單邊受力變形分析 ................... 17
3.3 測試系統裝置的誤差分析 .................. 18
3.4 本章小結 .................... 24
第 4 章 井徑測量儀性能測試系統的研制 ........... 25
4.1 反推力特性和電位計線性度測試系統設計 ...... 25
4.2 力臂反推力特性測試系統結構設計 ................... 27
4.3 力臂反推力特性測試系統電氣原理 ...................... 30
4.4 測試系統軟件設計........................ 31
4.5 電位計線性度測試系統夾具設計........................ 34
4.6 電位計供電恒流源的設計 .. ..................... 35
4.7 電位計線性度測試系統控制系統 ................... 36
4.8 本章小結 .............. .......... 39
第 5 章 測試系統實驗研究 ................ 40
5.1 傳感器的標定實驗 ............... 40
5.2 電位計線性度測試實驗 ..................... 44
5.3 力臂反推力特性測試實驗 ....................... 46
5.4 本章小結 ......................... 47

第 5 章 測試系統實驗研究

5.1 傳感器的標定實驗

數據表明，測試系統在測量過程中的重復性誤差基本在 1~2N 之間，小于測試系統要求的 3N，測量精度滿足實際測量的需求。理論上，雖然測量力是先增大后減小的過程，但根據實際測量的過程，其反推力的接觸點隨著縱向位移的不斷增加而變化，使得反推力臂接觸點到轉動鉸鏈的長度減小， 從而位移大于 120mm 后，其值仍會增加。

5.2 電位計線性度測試實驗

本章主要對測試系統進行試驗研究。首先對力傳感器進行了標定實驗以及對恒流進行了精度分析，實驗證明能夠滿足系統的要求。之后對電位計的非線性度進行了一次安裝多次測量和多次安裝多次測量實驗，并對測量數據進行了正態分布擬合，測量數據滿足正態分布，表明電位計非線性度測試系統達到了要求的測量精度。另一方面，測試了一種類型的井徑測量儀的力臂反推力特性曲線，對測試曲線進行分析可得，測試系統測量的重復性誤差小于 3N，證明了測試系統能夠滿足反推力特性的測量需要。
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結 論

針對井徑測量儀中力臂反推力特性測量效率低、測量準確性差等問題，本文確定了反推力特性的測量方案并基于該方案進行了誤差分析，并研制了一套井徑測量儀力臂反推力特性測試系統，該系統基于工控機控制，實現了自動化測量。另一方面為了深入研究井徑測量儀的性能，還研制了電位計非線性度測試系統，實現了對電位計線性度高精度的測量，為提高井徑測量儀測量精度提供了數據支持。研究工作和主要結論如下：（1）分析了井徑測量儀的力臂反推力和位移之間的關系，并確定了力臂反推力特性的測試系統方案。研究了測試系統非線性度評定方法，分析了井徑測量儀中的電位計的工作方式，并確定了電位計非線性度的測試方案。（2）對測試系統進行了誤差分析，包括測量原理誤差、夾具受力變形誤差、不同軸加載誤差、電動推桿的位移精度和數據采集過程中的量化誤差，驗證了整體測試系統方案的可行性。（3）研制了井徑測量儀力臂反推力特性及電位計線性度測試系統，編制了測試系統的控制軟件，實現了測試系統自動化的測量過程。

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參考文獻（略）

本文編號：44073