Методы и технические средства определения угла установки отклонителя. инк. Рeфeрaт тeмa Методы и технические средства определения угла установки отклонителя
 Скачать 2.21 Mb.
|
Магнитное склонениеМагнитное склонение - угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности (рис.6). Поскольку местоположение магнитного севера изменяется во времени, склонение является переменной величиной, зависящей от времени и пространства. Магнитное склонение можно представить как угловую разницу между географическим или истинным севером и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли 1].  а б Рис. 6. Магнитное склонение: а – магнитное склоенение; б – восточное и западное склонение Существующие сложностиПри пользовании магнитометрическими датчиками необходимо помнить, магнитное склонение зависит от места измерения и медленно меняется во времени. Например, для Москвы магнитное склонение в 2004 году было близко к + 9,3º, то есть истинный полюс находится западнее направления, указываемого компасом, на 9,3º. В начале 1980-х годов магнитное склонение в Москве составляло 8º, а в 2009-м достигло 10º1. Магнитное склонение для любой другой точки Земли можно определить несколькими способами. На сайте Канадского геологического центра исследования геомагнетизма есть калькулятор для определения магнитного склонения по географическим координатам. Другой калькулятор поддерживается Британским геологическим центром при Совете по исследованию природной среды. Приближенно оценить магнитное склонение в различных точках планеты можно по картам, формируемым на сайте Национального центра геофизических данных (США) 2. Пример такой карты на 2010 год показан на рис. 7.  Рис. 7. Карта с магнитными силовыми линиями В условиях высоких широт существует ряд проблем измерений. Угол магнитного наклонения, на большей части территории России превышает 70 градусов, а в наиболее богатых по углеводородному сырью регионах превышает 78 и даже 80 градусов. Это означает, что горизонтальная составляющая магнитного поля Земли в этих регионах минимальна. Поэтому любые естественные изменения магнитного поля Земли (магнитные бури и аномалии) и создаваемые искусственно сооружениями (наземными и подземными коммуникациями, бурильной и обсадной колоннами, изменениями состояния разреза) оказывают существенное влияние на показания датчика угла магнитного наклонения и создают дополнительную погрешность в показаниях телесистемы, снижение которой является актуальной задачей. Задача решается за счет параллельного контроля геомагнитной ситуации в зоне ведения буровых работ специальным автономным наземным феррозондовым блоком датчиков и применения специальной методики совместной обработки данных измерений скважинного и наземного измерительных приборов. 3.Тулфейс ( угол установки отклонителя) инклинометра 3.1.Типы тулфейсов Существует два типа тулфейса инклинометров магнитный и гравитационный. Очень часто гравитационный тулфейс также называют верхней стороной. Указание тулфейса используется в целях ориентации и может также использоваться, как калибровочная ориентация. Эта калибровка может использоваться для ориентации спускаемой в скважину компоновки, например, забойного двигателя, промывочных компоновок или скважинных отклонителей. Они также могут быть использованы для определения положения подводного оборудования, пакеров или Т- образного керна. На инклинометре устанавливается ориентационное устройство для определения положения прибора Магнитный тулфейс Магнитная ориентация используется, когда зенитный угол ствола скважины менее 5-8°. Если угол меньше этой величины, инклинометр не может точно определить верхнюю сторону прибора для целей ориентации. Тулфейс выражается в градусах по азимуту или в квадрантной форме по магнитному северу. Показания магнитного тулфейса отражают направление зонда. Например, если ориентационное устройство инклинометра направлено прямо на восток, то магнитный тулфейс составит 90°. Если ориентационное устройство направлено на Ю203, то магнитный тулфейс будет 160°.  Пример магнитного тулфейса Отрицательная зона ("но у-но у" зона ) Одним специфическим условием, когда магнитная ориентация зонда не может давать нужной точности, представляется как "ноу-ноу" зона. Эта зона существует, когда зенитный угол ствола скважины и угол склонения дают в сумме 85°-90° и направление ствола находится между С10В и С103. Когда инклинометр находится в таком положении, магнитные линии параллельны инклинометру, поэтому его способность определить положение ориентационного устройства снижается. В таких случаях следует использовать гравитационный метод. Такое явление ограничено северными регионами поверхности земли, где очень высокий угол склонения. Гравитационный тулфейс (метод верхней стороны) Если наклон ствола скважины более 5-8°, то можно использовать гравитационный тулфейс. Тулфейс должен иметь привязку к верхней стороне инклинометра независимо от направления ствола скважины в данное время. Тулфейс будет выражен в градусах поворота вправо или влево от верхней стороны. Например, при привязке тулфейса к верхней стороне инклинометра, он будет иметь гравитационный тулфейс 0°. При привязке тулфейса к нижней стороне зонда, он будет иметь гравитационный тулфейс 180°. Если ориентационное устройство повернуто вправо от верхней стороны, гравитационный тулфейс составит 70° вправо.  Приборы магнитной инклинометрии При проведении инклинометрии магнитными приборами особенно важно, чтобы приборы располагались в немагнитной среде. Так как большинство бурового оборудования изготавливается из стали и это будет влиять на результаты магнитного исследования, то для его проведения приборам необходимо обеспечить немагнитную среду. Это достигается путем применения одной или нескольких немагнитных УБТ в составе буровой колонны. Такие немагнитные УБТ не влияют на компас и позволяют выполнить точные магнитные исследования. Компания Сперри-Сан разработала ряд диаграмм, помогающих определить, сколько немагнитных УБТ необходимо использовать, и где расположить компас инклинометра внутри этих немагнитных УБТ. Эти диаграммы объединены в "Справочнике по выбору немагнитных УБТ". На выбор предлагается шесть диаграмм (две для каждой зоны), включая одну для компоновок с забойным двигателем и одну для всех других компоновок. Карта с прилагающимися диаграммами разделена на три зоны, обозначенные как зона А, зона В и зона С. Имеются также компьютерные программы, которые предлагают оптимальное расположение для магнитных инклинометрических приборов. Однако в данном разделе будет рассмотрено использование только диаграмм Сперри-Сан для определения расположения компаса. Теория гироскопических датчиков Гироскопические приборы позволяют производить высокоточные исследования скважин, в которых имеются внешние магнитные влияния. К таковым относятся обсаженные скважины, скважины с НКТ либо расположенные вблизи других скважин. Гироскоп состоит из укрепленного на валу вращающегося диска. Диск приводится в движение электродвигателем и может набирать частоту вращения более 40 тыс. об/мин. Этот диск (ротор) можно "сориентировать", или расположить в известном направлении. Благодаря собственной инерции гироскоп сохраняет направление своего вращения. Таким образом, его можно применять для определения азимутального направления. Внутреннее и внешнее кардановы кольца позволяют ротору гироскопа сохранять свое первоначальное положение независимо от того, как он расположится в скважине.  Виды гироскопов Свободные гироскопы Прецессионные гироскопы Инерциальные навигационные системы Системы измерений на базе свободных гироскопов При направленной съемке используются три типа свободных гироскопов с отклоняющейся рамкой, с горизонтальным ротором и гироскопы со стабильной платформой. Гироскопы с отклоняющейся рамкой В гироскопе с отклоняющейся рамкой применена система из двух рамок, которые при "завале" гироскопа не возвращаются автоматически в исходное положение. Вместо этого на пленке записывается величина отклонения вместе с азимутом гироскопа. Оператор вносит для данного угла "завала" соответствующую поправку, чтобы скорректировать азимут гироскопа. Гироскоп этого типа необходимо сориентировать физически в известном направлении и поддерживать эту ориентацию в течение всей съемки. Такой гироскоп подвержен дрейфу, и его необходимо корректировать при каждом обнаруженном дрейфе. При обычной съемке необходимо делать остановки на точках замера и дополнительно - каждые 10-15 минут для определения дрейфа. Вся получаемая информация записывается внутри прибора на пленку. После возвращения прибора на поверхность пленку проявляют и просматривают. Наклон скважины записывается на отдельной пленке при помощи отдельного инклинометра. Совместно с гироскопом с отклоняющейся рамкой можно применять инклинометры нескольких разных диапазонов. При съемке прямых скважин точность измерений может быть повышена с помощью инклинометров с малым углом (2°). Азимутальное направление скважины определяется по скорректированному азимуту гироскопа и азимуту зенитного угла. Гироскоп с горизонтальным ротором (гирогоризонт) В гироскопе с горизонтальным ротором применена система из двух рамок, где внутренняя рамка способна сохранять вертикальное положение. Этот гироскоп разработан и отбалансирован таким образом, что более эффективно он работает в горизонтальном положении. В его конструкции применен ртутный выключатель, который определяет положение рамки и автоматически корректирует отклонение. Гироскоп этого типа необходимо сориентировать физически в известном направлении и поддерживать эту ориентацию в течение всей съемки. Такой гироскоп подвержен дрейфу, и его необходимо корректировать при каждом обнаруженном дрейфе. При обычной съемке необходимо делать остановки на_ точках съемки и дополнительно - каждые 10-15 минут для определения дрейфа. Вся получаемая информация записывается внутри скважины на пленку. После возвращения прибора на поверхность пленку проявляют и просматривают. Необходимо проанализировать полученную информацию и ввести все корректировки - только тогда может быть получен полноценный результат съемки. Азимут скважины измеряется по шкале гироскопа, а зенитный угол - при помощи входящего в комплект инклинометра.  Системы измерений на базе свободных гироскопов Электронные свободные гироскопы, называемые также северо- ориентированными, определяют направление на север с помощью горизонтальной составляющей скорости вращения земного шара. Земной шар поворачивается на 360° за 24 часа, то есть на 15° за 1 час. Горизонтальная составляющая скорости вращения земного шара уменьшается вместе с косинусом широты, однако, она всегда направлена на географический северный полюс в своем максимуме, который известен для данной широты. Таким образом, свободный гироскоп не требует для своей ориентации какого-либо опорного направления. Зенитный угол скважины определяется с помощью трехосного гравитационного акселерометра. Свободные гироскопы обладают очень точной скоростью дрейфа. Эта скорость мала по сравнению со скоростью вращения земного шара. На более высоких широтах скорость вращения Земли уменьшается, что влияет на способность гироскопа ориентироваться на север. При этом время, необходимое для точного ориентирования, увеличивается, а точность ориентирования снижается.  Типы систем Системы, ориентирующиеся на север в каждой точке замера Системы, ориентирующиеся на север в начале съемки и сохраняющие ориентацию в течение замеров на всех точках Системы, ориентирующиеся на север в каждой точке замера Свободные гироскопы, ориентирующиеся на каждой станции, осуществляют каждый раз независимое ориентирование на север. Прибор должен оставаться неподвижным на каждой точке замера не менее 45 секунд, чтобы гироскоп успел сориентироваться. Большинство фирм, производящих оборудование для нефтедобычи, выпускает приборы этого типа, имеющие относительно небольшие размеры — от 1.75 до 2.50 дюйма (4.5 -6.3 см) в диаметре и от 9 до 15 футов (2.7 - 4.5 м) длиной. Эти приборы имеют также очень близкие показатели точности — ± 0.05° по наклону и от ± 0.1° до ± 0.5° по направлению скважины (при наклоне менее 70°), то есть от 2.5 до 4.0 футов (0.75 - 1.20 м) неточности по горизонтали на 1000 футов (300 м) длины скважины. Примерами свободных гироскопов, ориентирующихся на каждой станции, являются приборы "Истман Кристенсен сикер" (Eastman Christensen Seeker), "Джиродэйта уэллбор сюрвейер" (Gyrodata Wellbore Surveyor) и "Сайентифик дриллинг интернешенал файндер" (Scientific Drilling International Finder). Системы, ориентирующиеся на север и сохраняющие ориентацию Свободные гироскопы, сохраняющие ориентацию во время съемки, начинают свою работу с ориентации гирокомпаса в вертикальном участке скважины. Это первоначальное ориентирование может занимать от 15 до 60 минут. После того, как гироскоп сориентировался, можно опускать прибор в скважину с короткими остановками на каждой станции. Если система подвески прибора снабжена электронным глубиномером, обследование можно проводить без остановок, так как компьютер непрерывно соотносит информацию, получаемую от гироскопа, с показаниями глубиномера. Примерами гироскопов, ориентирующихся в начале съемки и сохраняющих ориентацию, являются приборы "G2" фирмы Sperry-Sun (Sperry-Sun G2) и "Шлюмберже гайданс континиус тул" (Schlumberger Guidance Continuous Tool). Прибор фирмы Sperry-Sun имеет диаметр 2.6 дюйма (6.5 см) (3 дюйма с теплозащитным кожухом) и длину 18 футов (5.4 м). Прибор фирмы "Шлюмберже" имеет диаметр 3-5/8 дюйма (9 см) и длину 40 футов (12 м). Показатели точности этих приборов сходны с показателями гироскопов, ориентирующихся на каждой точке замера.  Преимущества гирокомпасов Отпадает необходимость физического ориентирования гироскопа в опорном географическом направлении, что позволяет использование его в местах, где имеются магнитные влияния Имеется возможность непрерывного контроля работы прибора в процессе всего объема работ, что позволяет оценивать качество получаемых данных Обладает большей точностью, чем обычные гироскопы Позволяет получать результаты работ быстрее, чем системы, использующие пленку |