测井仪器方法及原理实验指导书 刘选朝 测控技术与仪器实验室
测井仪器方法及原理实验指导书 刘选朝 测控技术与仪器实验室
目录 井径仪校验…1 二、井斜仪校验 三、感应测井仪实验 四、声波测井仪原理试验 13 五、双侧向测井仪实验.17 六、放射性测井仪实验 26
目 录 一、井径仪校验……………………………………………………… 1 二、井斜仪校验……………………………………………………… 4 三、感应测井仪实验…………………………..……………….……10 四、声波测井仪原理试验……………………………………………13 五、双侧向测井仪实验……………………………………….……...17 六、放射性测井仪实验………………………………………………26
《井径仪校验》实验指导书 刘选朝 实验目的 1、了解井径仪 2、了解井径测量原理和方法 3、掌握井径仪校验方法 二、实验用仪器设备 1、J701型井径仪 2、WYJ302型直流电源台 3、DS14-1C数字电压表台 井径仪工作原理简介 如右图一所示,当井径变化而引起井径测量杆张开或收缩时,偏凸轮顶着 连杆1作直线运动,连抨又带动测量电阻上的滑动接触片移动,把井径的变化转 换成了电阻值的变化。只要偏凸轮形状设计适当,电阻值的变化就能与井径的变 化保持线性关系 在JJ701型井径仪中,测量电阻有四个(R5、R2、R3、R4)为了使供电流恒定 带串联了阻值较大的镇流电阻(R1)其原理线路如图二所示。 圍「幗 图1井径仪工作原理 1-连抨;2-密封环:3-支柱轴 4-井径测量杆:5-测量电阻: 6-滑动接连片;7-弹簧; 8-偏凸轮:9-井壁
1 《井径仪校验》实验指导书 刘选朝 一、实验目的 1、了解井径仪 2、了解井径测量原理和方法 3、掌握井径仪校验方法 二、实验用仪器设备 1、JJ701型井径仪 一台 2、WYJ302型直流电源 一台 3、DS14-1C数字电压表 一台 三、井径仪工作原理简介 如右图一所示，当井径变化而引起井径测量杆张开或收缩时，偏凸轮顶着 连杆1作直线运动，连抨又带动测量电阻上的滑动接触片移动，把井径的变化转 换成了电阻值的变化。只要偏凸轮形状设计适当，电阻值的变化就能与井径的变 化保持线性关系。 在JJ701型井径仪中，测量电阻有四个(R5、R2、R3、R4)为了使供电流恒定, 带串联了阻值较大的镇流电阻(R1)其原理线路如图二所示。 图 1 井径仪工作原理 1-连抨；2-密封环；3-支柱轴； 4-井径测量杆；5-测量电阻； 6-滑动接连片；7-弹簧； 8-偏凸轮；9-井壁
图2滑线式井径仪的原理线路 B R2R3aR47。Rs R1-镇流电阻:R3-5-测量电阻:AB-供电端 MN-测量端 测量井径曲线时,向AB端供一适当的恒定电流Io,设MN端输出电位差为零时 的井径叫起始井径(或者叫井径仪的基值),常用do表示,若井径变化Δd时, 测量电阻变化△R,而所测电位差变化△Vm,则只要已知井径仪的仪器常数K,就可 用下列公式求所测井径的大小 d=d+K (1) 式中:do-起始井径,厘米; 仪器常数,即△d/△R, 厘米/欧姆;△VNN端测出的电位差,毫伏; I-AB回路中的供 电电流,毫安 d-所测井径的直径·厘米。 JJ701型井径的主要技术性能指标为 1、测量范围 2、测量误差 3、最大工作电流 4、仪器耐温 5、仪器耐压 6、外形尺寸 7、重量 AV, mV I25 100 3mA 75 图3井径仪的校验曲线(△ 50 25 102030405060
2 测量井径曲线时,向AB端供一适当的恒定电流Io,设MN端输出电位差为零时 的井径叫起始井径（或者叫井径仪的基值），常用do表示，若井径变化Δd时， 测量电阻变化ΔR，而所测电位差变化ΔVMN,则只要已知井径仪的仪器常数K,就可 用下列公式求所测井径的大小。 I V d d K MN 0 （１） 式中：do-起始井径,厘米； K-仪器常数，即Δd/ΔR， 厘米/欧姆； ΔVMN-MN端测出的电位差,毫伏； I-AB回路中的供 电电流，毫安； d-所测井径的直径·厘米。 JJ701型井径的主要技术性能指标为: 1、测量范围 2、测量误差 3、最大工作电流 4、仪器耐温 5、仪器耐压 6、外形尺寸 7、重量 图 2 滑线式井径仪的原理线路 R1-镇流电阻；R3-5-测量电阻；AB-供电端； MN-测量端 图 3 井径仪的校验曲线（Δ V-d ）
四、实验内容 要求得井径大小,必须知道井径仪的do和K值。井径仪长期使用或检修后, 其do和K值发生变化,需要重新校验, 检验时,已知井径的变化,供电电流一般用3^5mA,然后依次测定不同井径 时的电位差。把所得到的数据画到方格座标纸上,按照测点的总趋势,连成 直线,如图三所示。 如果测点都在允许的误差范围以内,则可在校验曲线上任选两个点,用计算 方法求出K值和d。 设井径为d5时,所测电位差是△V5 井径为d1时,所测电位差是△V1 在测量过程中,供电电流为I 根据式①可得到: d=dtk dl=d+k△V1 联立求能后可得: K (d5-d1) △Vs-△V d1·△5-ds·△V 当然,d0也可由校验曲线直接求出 五、实验要求及数据记录 井径仪校验时,井径应先由小到大,再由大到小,共校验两次,每次校验点不 少于5,并分布在一直线上,当井径值小于35cm时,测点的最大偏差不得超过± 0.7cm。当井径值大于35cm,测点的最大偏离误差不得超过±2%,两次分别求出的 零电位井径,相差不超过1.5cm 根据下表,做出相应的校验曲张,(曲线改直),并求得d和K值
3 四、实验内容： 要求得井径大小 , 必须知道井径仪 的do和K值。井径仪长期使用或检修后, 其do 和K值发生变化,需要重新校验。 检验时,已知井径的变化,供电电流 一般用3~5mA,然后依次测定不同井径 时的电位差。把所得到的数据画到方格座标纸上, 按照测点的总趋势,连成一 直线,如图三所示。 如果测点都在允许的误差范围以内,则可在校验曲线上任选两个点,用计算 方法求出K值和d。 设井径为d5时,所测电位差是ΔV5 井径为d1时,所测电位差是ΔV1 在测量过程中,供电电流为I 根据式①可得到： I V d d K I V d d k s s 1 0 0 1 联立求能后可得: 5 1 5 1 ( ) V V d d I K ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．○2 5 1 1 5 5 1 0 V V d V d V d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．○3 当然， 0 d 也可由校验曲线直接求出。 五、实验要求及数据记录 井径仪校验时,井径应先由小到大,再由大到小,共校验两次,每次校验点不 少于5,并分布在一直线上,当井径值小于35cm时,测点的最大偏差不得超过± 0.7cm。当井径值大于35cm，测点的最大偏离误差不得超过±2%,两次分别求出的 零电位井径,相差不超过1.5cm。 根据下表,做出相应的校验曲张,（曲线改直）,并求得 0 d 和K值
数据记录: =3mA△V =5mA 表中 d一一校验盘上的井径值 ΔV—一井径由小到大测得电压差 △V一一井径由大到小测得的电压差 六、复习思考题: 1、造成校验曲线线性不好的主要原因是什么? 根据以前的实验经历,你认为进行怎样的数据处理才能使求得d。和K值尽可 能准确?〈选作题
4 数据记录： d ΔV I=3mA ΔV ΔV I=5mA 表中： d ——校验盘上的井径值 ΔV——井径由小到大测得电压差 ΔV 1——井径由大到小测得的电压差 2 1 V V V 六、复习思考题： 1 、造成校验曲线线性不好的主要原因是什么 ? 2 、 根据以前的实验经历,你认为进行怎样的数据处理才能使求得 0 d 和K 值尽可 能准确 ? 〈选作题〉
《井斜仪校验》实验指导书 刘选朝 、实验目的 1、了解井斜仪的总体结构及主要技术性能指标。 2、了解井斜测量原理和方法 3、掌握井斜仪校验台使用方法 4、掌握井斜仪校验方法。 二、实验用仪器设备 1、JX641G型井斜仪(包括下井与地面面板) 套 2、JJG-2型井斜仪校验台 3、00V直流电源〈乙电池〉 4、手持罗盘 个 井斜仪测量框架工作原理 JX641G型井斜仪由地面面板和下井仪器组成。在下井仪器中,设有测量框架 和由电磁继电器控制的一套机械装备。井下仪的作用,主要是把倾角和方位角转 换为相应的电阻值。在地面面板中,设有测量倾角和方位角的电桥,还有换挡和监 视仪表。 在此主要介绍测量框架工作原理。如图一所示。 图1井斜仪测量框架原理 1-轴尖;2-轴承:3-集电环:4-集电刷;5-磁针 6-金属的接触片:7-方位电阻环;8-方位导流环; 9-磁罗盘的刀口;10-罗盘平衡锤;11-圆弧形方位制动杆 10-倾角悬锤;13-倾角导电指针;14-倾角制动及导电环 15-倾角电阻环;16-框架的偏心重块
5 《井斜仪校验》实验指导书 刘选朝 一、实验目的 1、了解井斜仪的总体结构及主要技术性能指标。 2、了解井斜测量原理和方法。 3、掌握井斜仪校验台使用方法。 4、掌握井斜仪校验方法。 二、实验用仪器设备 1、JX641G型井斜仪（包括下井与地面面板） 一套 2、JJG-2型井斜仪校验台 一台 3、OOV直流电源〈乙电池〉 一台 4、手持罗盘 一个 三、井斜仪测量框架工作原理 JX641G型井斜仪由地面面板和下井仪器组成。在下井仪器中,设有测量框架 和由电磁继电器控制的一套机械装备。井下仪的作用,主要是把倾角和方位角转 换为相应的电阻值。在地面面板中,设有测量倾角和方位角的电桥,还有换挡和监 视仪表。 在此主要介绍测量框架工作原理。如图一所示。 1-轴尖；2-轴承；3-集电环；4-集电刷；5-磁针； 6-金属的接触片；7-方位电阻环；8-方位导流环； 9-磁罗盘的刀口；10-罗盘平衡锤；11-圆弧形方位制动杆； 10-倾角悬锤；13-倾角导电指针；14-倾角制动及导电环； 15-倾角电阻环；16-框架的偏心重块 图 1 井斜仪测量框架原理
当仪器倾斜时,在框架的偏心重块16的作用下,是框架绕轴线转动,最后平 衡时,可以保证框架与仪器和铅垂线所构成的平面互相垂直。在松开制动杆的状 态下,罗盘平衡锤10能使磁罗盘保持水平位置,倾角悬锤12保持铅垂线位置。 井斜仪在设计制造时,将倾角电阻板安排仪器轴和铅垂线所构成的平面内,倾角 导电指针13的位置也有一定的要求。例如,当井斜仪垂直水平面时,倾角是零度, 这时倾角悬锤12在仪器轴线上,倾角导电指针13的位置应安排在倾角电阻环15 的始端,当井斜仪倾斜某一角度δ时,在没有制动的情况下,倾角电阻板将随测 量框架一起转动和倾斜,但是倾角悬锤12最后将停在铅垂线上,因此,倾角导电 指针12将从倾角电阻环15的始端移动到某一位置,它所对应的倾角是δ如果使测 量框架制动,倾角δ就变换成相应的倾角电阻值了。 方位电阻环7的安装也有一定的要求。井斜仪倾斜的方位位正北时,方位电 阻环7的始端应该在磁针北极的正下方。井斜仪倾斜的方位改变时,磁罗盘随着 测量框架一起转动,而磁针最后仍然停在次子午面内,这时磁针北极下方的方位 电阻值,与所改变的方位角应该有一定的线性关系。如果使测量框架制动,金属 的接触片6与方位电阻环7接通,方位角就变成相应的方位电阻值了 四、JJG-2型井斜仪校验台使用说明 1、使用校验台时应选择地点空旷、四周不应有磁性材料,至少应在半径=1 公尺范围内没有磁性材料。 2、在井斜仪未安装在校验台夹持四上去之前,先对校验台调准到垂直轴铅垂 位置,调整时用专用调节杆可以方便地旋转水平螺丝,同时观察校验台上三个相 互垂直的水准泡,直到垂直轴旋转到任何方向,二水准泡都在水平位置。 3、将袖珍径纬仪放在垂直轴顶端方形面上,径纬仪侧面紧靠固定在水平轴 土的“V”形夹板的背面,根据径纬仪的指示方位角刻度盘位置,并将它固定,使二 者读数一致,然后除去径纬仪,测读不允许把纬仪放置在校验台附近。 4、将井斜仪夹到校验台上,小心不要使校验台的位置有所变化,夹持仪器应 使其重心接近夹持部分,再转动垂直轴观察水准泡,证明校验台是否因负重后对 垂直轴的铅垂状态有所改变,若有必要,再细微调节水平螺丝,直到达到(2)项 要求为止。 5、用测角器座(带“V”形槽面)紧贴在测斜仪(井斜仪)的外筒上,调节 其刻度盘,当其水准泡处于水平位章时,井斜仪所处倾角位置、校验是否与校验台 上的倾角刻度盘上读数一致,检查几点后若认为二者读数一定偏差,可对倾角刻 度盘略作细微的位移,加以校正 6、完成以上准备校正手续后,即可对井斜仪进行校验,将井斜仪放置在一定 的方位角和倾角后,再读出井斜仪本身所指示的方位角和倾角,二者的偏差应在 井斜仪误差允许范围以内。 7、在固定井斜仪的方位角和倾角位置时,应锁紧制动器、待锁紧后观其刻 度数是否在需要的角度,如有变化,作重新调整 8、全部校验过程中应谨慎,勿使校验台有位置变动,一经有细微位置移动 应重新全部调整
6 当仪器倾斜时，在框架的偏心重块16的作用下，是框架绕轴线转动，最后平 衡时，可以保证框架与仪器和铅垂线所构成的平面互相垂直。在松开制动杆的状 态下，罗盘平衡锤10能使磁罗盘保持水平位置，倾角悬锤12保持铅垂线位置。 井斜仪在设计制造时，将倾角电阻板安排仪器轴和铅垂线所构成的平面内，倾角 导电指针13的位置也有一定的要求。例如，当井斜仪垂直水平面时，倾角是零度， 这时倾角悬锤12在仪器轴线上，倾角导电指针13的位置应安排在倾角电阻环15 的始端，当井斜仪倾斜某一角度δ时，在没有制动的情况下，倾角电阻板将随测 量框架一起转动和倾斜，但是倾角悬锤12最后将停在铅垂线上，因此，倾角导电 指针12将从倾角电阻环15的始端移动到某一位置，它所对应的倾角是δ如果使测 量框架制动，倾角δ就变换成相应的倾角电阻值了。 方位电阻环7的安装也有一定的要求。井斜仪倾斜的方位位正北时，方位电 阻环7的始端应该在磁针北极的正下方。井斜仪倾斜的方位改变时，磁罗盘随着 测量框架一起转动，而磁针最后仍然停在次子午面内，这时磁针北极下方的方位 电阻值，与所改变的方位角应该有一定的线性关系。如果使测量框架制动，金属 的接触片6与方位电阻环7接通，方位角就变成相应的方位电阻值了 四、JJG-2型井斜仪校验台使用说明 1、使用校验台时应选择地点空旷、四周不应有磁性材料,至少应在半径=1 公尺范围内没有磁性材料。 2、在井斜仪未安装在校验台夹持四上去之前,先对校验台调准到垂直轴铅垂 位置,调整时用专用调节杆可以方便地旋转水平螺丝,同时观察校验台上三个相 互垂直的水准泡,直到垂直轴旋转到任何方向,二水准泡都在水平位置。 3、将袖珍径纬仪放在垂直轴顶端方形面上 , 径纬仪侧面紧靠固定在水平轴 土的“V”形夹板的背面,根据径纬仪的指示方位角刻度盘位置,并将它固定,使二 者读数一致,然后除去径纬仪,测读不允许把纬仪放置在校验台附近。 4、将井斜仪夹到校验台上,小心不要使校验台的位置有所变化，夹持仪器应 使其重心接近夹持部分,再转动垂直轴观察水准泡,证明校验台是否因负重后对 垂直轴的铅垂状态有所改变，若有必要,再细微调节水平螺丝,直到达到（2）项 要求为止。 5、用测角器座（带 “V”形槽面）紧贴在测斜仪（井斜仪）的外筒上,调节 其刻度盘,当其水准泡处于水平位章时,井斜仪所处倾角位置、校验是否与校验台 上的倾角刻度盘上读数一致,检查几点后若认为二者读数一定偏差,可对倾角刻 度盘略作细微的位移,加以校正。 6、完成以上准备校正手续后,即可对井斜仪进行校验,将井斜仪放置在一定 的方位角和倾角后，再读出井斜仪本身所指示的方位角和倾角，二者的偏差应在 井斜仪误差允许范围以内。 7、在固定井斜仪的方位角和倾角位置时，应锁紧制动器、待锁紧后观其刻 度数是否在需要的角度，如有变化，作重新调整。 8、全部校验过程中应谨慎，勿使校验台有位置变动，一经有细微位置移动 ， 应重新全部调整
五、实验内容: 1、在校验井斜仪时,周围不允许有铁磁性物质,校验点应分布在四个象限内 数量不得少于5个点。 2、测量值与实际值的误差要求:斜度应小于±30分,当斜度大于3度时,方 位角误差小于±5度,井斜仪自由悬挂时,斜度不应超过30分 3、校验方法:给定倾角和方位,用井斜仪进行测量,如果测量数据符合误 差要求,则表示所校验的井斜仪合格,可供使用。 4、注意事项: 1)井斜仪有三根引线,校验仪器时,接线必须正确,此三根引线的用途是 测量线、换挡线和地线。地线与仪器外壳是接通的,电阻最小。换挡线与仪器外 壳之间的电阻大约是3000左右。测量线与仪器外壳之间的电阻大于8000 2)校验仪器一定要把挡位弄清楚。 井斜仪的换挡机构是循环工作的,它由测量商板控制。(图2,图3 在第1,4挡位上,集电刷与集流环不接触,测量线路不通,方位倾角指示表 M指零。 在第2挡位上,M应指在方位显示段内。 在第3挡位上,同方位角φ成比例的一段方位角度盘电阻接入测量线路,φ 愈小,M愈大。 在第5挡位上,M应指在倾角显示段内 在第6挡位上,同倾角成比例的一段倾角度盘电阻接入了测量线路,倾角δ 愈小,M指针偏转愈小 3)换挡的测量原理(图一) 在检査接线之后,接通电源开关S3,将S2板向“电压检查”位置,用M检查 电压是否过低,多次将S板向“换挡”位置,从M上判断下井仪器所处的挡位 例如:若方位倾角指示电表M的指针转动较小,指针停在方位显示段内,则 属于第2挡位置。 若将R1的刻度盘调到360°位置,再将S扳向“方位”位置,调节线路电阻R12 使电桥平衡指示器G回零,则表示电桥平衡,接着用S2换挡一次,使下井仪器进入 第3挡位置,将S板向“方位”挡,调节R使G重新回零,这时测量度盘的读数就 是方位角中的大小。通常在倾角大于3的条件下,在0°、60°、120、1809、2409、 300°附近校检方位角,测量数据与校验台的读数应在误差范围以内
7 五、实验内容： 1、在校验井斜仪时,周围不允许有铁磁性物质,校验点应分布在四个象限内, 数量不得少于5个点。 2、测量值与实际值的误差要求：斜度应小于±30分，当斜度大于3度时，方 位角误差小于±5度，井斜仪自由悬挂时，斜度不应超过30分。 3、校验方法：给定倾角和方位，用井斜仪进行测量，如果测量数据符合误 差要求，则表示所校验的井斜仪合格，可供使用。 4、注意事项： 1）井斜仪有三根引线，校验仪器时，接线必须正确，此三根引线的用途是 测量线、换挡线和地线。地线与仪器外壳是接通的，电阻最小。换挡线与仪器外 壳之间的电阻大约是3000左右。测量线与仪器外壳之间的电阻大于8000。 2）校验仪器一定要把挡位弄清楚。 井斜仪的换挡机构是循环工作的，它由测量商板控制。（图 2，图 3〉 在第1,4挡位上，集电刷与集流环不接触，测量线路不通，方位倾角指示表 Me指零。 在第2挡位上，Me应指在方位显示段内。 在第3挡位上，同方位角φ成比例的一段方位角度盘电阻接入测量线路，φ 愈小，Me愈大。 在第5挡位上，Me应指在倾角显示段内。 在第6挡位上，同倾角成比例的一段倾角度盘电阻接入了测量线路，倾角δ 愈小，Me指针偏转愈小。 3）换挡的测量原理（图一） 在检查接线之后，接通电源开关S3，将S2板向“电压检查”位置，用Me检查 电压是否过低，多次将S2板向“换挡”位置，从Me上判断下井仪器所处的挡位。 例如：若方位倾角指示电表Me的指针转动较小，指针停在方位显示段内， 则 属于第2挡位置。 若将R11的刻度盘调到360 0位置，再将S1扳向 “方位”位置，调节线路电阻R12 使电桥平衡指示器Ga回零,则表示电桥平衡,接着用S2换挡一次，使下井仪器进入 第3挡位置，将S板向“方位”挡，调节R11使Ga重新回零，这时测量度盘的读数就 是方位角中的大小。通常在倾角大于3的条件下，在0 0、60 0、120 0、 180 0、240 0、 3O0 0附近校检方位角，测量数据与校验台的读数应在误差范围以内
R16 maaaa I mmmmmUmLD 1,9 图2井斜仪的测量线路原理 1R1-方位角度盘电阻,2K9;1R2-倾角度盘电阻,1K9:IR3限流电阻,8009,Ry 直流继电器,90V:0.3A,300±39;R1-电桥公用臂电阻,15309;R2可变电阻,R- 电阻,4509;R4-可变电阻,2209;R5-电阻,2509:R6-可变电阻,4709;R电阻 4509;R-可变电阻,2209;R可变电阻,2409;R1-限流电阻,IKΩ:R1-测量度 盘线绕电位器,409,R1-可变电阻,510Ω;R1-可变电阻,3.3KΩ;F-玻璃管保险丝, 05A;Gn1-电表,8CL-A型直流毫安表(0.5mA0.5mA),M-直流电压、方位倾角指示表 可用81C-A型直流毫安表(0~50mA)改装:S1-方位角及倾角的选择弄关BJⅢ310;S2-检查与 换挡开关,BJⅡ 电源通断开关,KN3-3-1:B-直流电源
8 图2 井斜仪的测量线路原理 1R1--方位角度盘电阻，2KΩ；1R2--倾角度盘电阻，1KΩ；lR3--限流电阻，800Ω,lRy-- 直流继电器，90V；0.3A，300±3Ω；R1--电桥公用臂电阻，1530Ω；R2--可变电阻，R7-- 电阻，450Ω；R4--可变电阻，220Ω；R5--电阻，25OΩ；R6--可变电阻，470Ω；R7--电阻， 450Ω；R8--可变电阻，220Ω；R9—可变电阻，240Ω；R10--限流电阻，lKΩ；R11--测量度 盘线绕电位器，400Ω，R12 --可变电阻，510Ω；R13--可变电阻，3.3KΩ；F--玻璃管保险丝， 0.5A；Ga.--电表，81CL-A型直流毫安表(0.5mA~0.5mA )，Me--直流电压、方位倾角指示表, 可用81CI-A型直流毫安表(0~50mA)改装；S1--方位角及倾角的选择弄关.BJⅡ3-10；S2--检查与 换挡开关，BJⅡ3-10S3--电源通断开关，KN3-3-1；B--直流电源