Основные принципы инклинометрии скважин

 

  Главная      Учебники - Разные    

 

поиск по сайту           правообладателям           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные принципы инклинометрии скважин


Инклинометрия может быть определена как метод, используемый для определения положения скважины. Инклинометрия позволяет Определить текущее положение забоя скважины Графически отобразить траекторию скважины до текущего момента Планировать направление скважины Обеспечивать ориентационную информацию для спуска других скважинных инструментов

Наиболее важные измерения, производимые во время инклинометрии, следующие:

Зенитный угол:

Угол, измеряемый в градусах, под которым ствол скважины или ось исследовательского прибора отклоняется от линии истиной вертикали. Зенитный угол 0 град представляет направление по истиной вертикали, а зенитный угол 90 град - горизонтальное направление.

Азимутальное направление скважины

Угол горизонтальной составляющей траектории скважины или оси исследовательского прибора относительно известного направления на север, принятого за начало отсчёта. Измерения могут производиться относительно направления на истиный север, магнитный север либо север координатной сетки, как общепринято, по часовой стрелке. Азимутальное направление скважины измеряется в градусах и выражается через азимут (от 0 до 360°) или в квадрантной форме (северо-восток, юго-восток, северо- запад, юго-запад).

Глубина по стволу:

Измеряемая глубина соответствует фактической глубине пробуренной скважины при измерении вдоль направления ствола скважины от поверхности до любой точки скважины или до полной глубины.

image


Назначение инклинометрии


Инклинометрия скважин преследует следующие цели :

  • Определите точного местоположения забоя скважины Осуществление контроля за траекторией скважины в процессе бурения, чтобы быть уверенным в достижении конечной цели.

  • Правильная ориентация инструментов (таких как компоновки направленного бурения), обеспечивающих изменение

    направления бурения скважины в нужном направлении при выполнении коррекции.

  • Недопущение пересечения пробуриваемой скважины с уже существующими скважинами

  • Расчёт глубины по вертикали залегания различных формаций для точного построения геологических карт

  • Предупреждение бурильщика, ведущего направленное бурения о потенциальных проблемах при бурении скважины (резкое искривление ствола скважины)

  • Выполнение предписания контролирующих органов

  • При выбросах и возгораниях рабочих скважин инклинометрия скважины может способствовать определению возможности бурения отводной скважины до пересечения с забоем скважины, из которой произошел выброс, с целью закачивания воды или раствора в скважину и управления ею.

  • С появлением направленного бурения инклинометрия стала играть более важную роль, чем это было при бурении традиционно вертикальных скважин. Путем измерения зенитного угла и азимута ствола скважины на разных глубинах исследование позволяет добиться направления бурения скважины в нужную точку.


    Когда и как проводить инклинометрию?


    Исследование может выполняться как в процессе бурения, так и после его завершения.


    Инклинометрия во время бурения


    Одноточечные (разовые) замеры могут производиться в процессе бурения для определения зенитного угла и азимутального направления ствола скважины. При направленном бурении с помощью разовых замеров можно ориентировать инструмент, используемый для изменения направления бурения. Это производится путем временного прекращения бурения, спуском исследовательских приборов до забоя скважины и проведением исследования. Исследование может также быть проведено во время наращивания бурового инструмента (добавления свечи) с помощью системы Измерений в процессе бурения (MWD), включённой в состав забойной компоновки. В зависимости от типа используемого прибора, информация о зенитном угле и азимуте ствола скважины может регистрироваться и храниться на пленке или в памяти компьютера в условиях скважины или передаваться на поверхность. На поверхности полученная информация обрабатывается и используется для подготовки фактической диаграммы данных замеров. Исследование в процессе бурения позволяет бурильщику определить текущее положение ствола скважины и изменить зенитный угол и азимут, если это необходимо.


    image


    Система для измерения в процессе бурения (инструмент MWD)


    Исследование после бурения


    Многоточечные исследования производятся после завершения бурения. После завершения бурения скважины на полную глубину, в нее спускается исследовательский инструмент, и регистрируются данные по всей глубине исследуемой скважины. В отличие от одноточечных замеров, полученная таким образом информация используется для графического построения траектории ствола завершённой скважины, чтобы определить его текущее положение. Данные о зенитном угле и азимуте скважины, записанные в процессе проведения исследования, используются для построения окончательной диаграммы.



    image


    Зонд для исследования после бурения (Электронный инструмент для исследований - ESS)


    Магнитные датчики


    Магнитные датчики должны эксплуатироваться в немагнитной среде, то есть либо в необсаженной скважине, либо внутри немагнитной УБТ, либо на талевом канате. В любом случае не должно быть никакого магнитного влияния от расположенных поблизости скважин.


    Магнитные датчики подразделяются на два типа:


  • Механические компасы

  • Электронные компасы


    Гироскопические датчики


    Гироскопические датчики могут использоваться в случаях, когда буровое оборудование оказывает магнитное влияние. Эти датчики используются при замерах внутри обсадной колонны или НКТ. Гироскопические датчики особенно хороши, когда рядом с исследуемой скважиной расположены другие, то есть при кустовом бурении скважин.


    Гироскопические датчики бывают трех ТИПОВ:

  • Свободные гироскопы

  • Прецессионные гироскопы

  • Инерциальные навигационные системы


    Теоретические аспекты использования магнитных зондов

    Приборы для магнитных исследований позволяют выполнять замеры с высокой точностью в необсаженных скважинах свободных от сильных магнитных воздействий.


    История развития магнитных приборов


    Самым первым инструментом для исследования скважин в нефтяной промышленности была "бутылка с кислотой". Первоначально этот метод использовался в горной промышленности примерно с 1870 г. Стеклянный цилиндр, наполненный фтористоводородной кислотой спускался в бурильную колонну на проволоке до верхней части бурового долота или до диафрагмы над долотом. Бутылка с кислотой оставалась в этом положении примерно в течение 30 минут, чтобы кислота прореагировала и оставила отметку на стенке цилиндра, которая показывает горизонтальную плоскость. После подъема на поверхность бутылка подвергалась осмотру, и замерялся угол наклона. Для определения направления скважины необходимо было дополнительное отделение с желатином и магнитной стрелкой компаса. Компас был в свободном состоянии и его ориентировка на север фиксировалась желатином. Метод был неточным, неудобным и опасным.

    image

    бутылка с кислотой


    К 1930-м годам недостатки метода использования бутылки с кислотой привели к многочисленным попыткам разработать более совершенные приборы. В большинстве из них использовался свинцовый шахтный отвес для определения угла и компас для определения азимута скважины. Для регистрации информации о положении ствола скважины в прибор включали фотокамеру. Съемка производилась на маленькую фотопластинку, которая проявлялась и анализировалась на поверхности. Данный прибор стал известен под названием "одноточечного".

    Компания Хьюуитт-Кустер разработала свой "одноточечный" магнитный прибор в начале 30-х годов. Первоначально в нем использовался метод магнитной ориентации (ММО), но он использовался также для определения малого наклона скважин благодаря его точности при работе с малыми отклонениями. Этот новый метод предоставил нефтяной промышленности прибор для контроля азимута бурения скважин. Это значительно увеличило использование направленного бурения и помогло разработать метод бурения прямолинейных скважин. С появлением возможности бурить прямолинейные скважины было решено несколько проблем:


  • Неточность определения расположения геологических формаций

  • Производственные трудности

  • Нарушение арендных соглашений

  • Выбросы

  • Обычно высокие производственные расходы


    Компания Сперри-Сан разработала свои собственные одноточечный и многоточечный приборы в 1948 г. Оба прибора использовали часовые механизмы для включения фотокамеры. В многоточечном приборе использовалось аналогичное устройство для определения угла, но в него заправлялась катушка с пленкой, что позволяло делать снимки на многих разных этапах исследования. В 1961 г многоточечный прибор был оснащен электронным программным устройством. Это оригинальное решение претерпело незначительные изменения.

    Скандал Слант Хоулз в Восточном Техасе в 60-х годах продемонстрировал важность проведения исследований в качестве стандартной рабочей процедуры при выполнении буровых работ.

    Электронные системы исследования (ESS) появились в середине 80-х годов. Развитие электроники позволило разработать приборы для экономного и надежного измерения, как угла, так и азимутного ствола скважины.


    Классификация магнитных приборов


  • Механические компасы

  • Электронные компасы


    Механические компасы

    В механических компасах применяется картушка компаса, которая ориентируется на магнитный север, аналогично стрелке обычного компаса, которая всегда показывает направление на север. Картушка компаса ориентируется с помощью прикрепленного к ней магнита. Поскольку магнит притягивается к северу, можно определить азимутальное направление ствола скважины. Зенитный угол определяется с помощью маятника или поплавкового устройства. В маятниковом приборе маятник подвешен либо над фиксированной координатной сеткой, либо над нониусной шкалой и может смещаться при изменении угла. В поплавковом приборе в жидкости плавает поплавок, который может перемещаться при изменении угла.


    image

    Компас поплавкового типа


    Достоинства


  • Надежность

  • Дешевизна

  • Простота в использовании

  • Большая прочность по сравнению с электронными приборами

  • Не мешает проводить обычные буровые работы

Недостатки


. Необходимость немагнитной УБТ в составе буровой колонны,

image

  • Большая вероятность ошибки оператора при считывании результатов с пленки, 9 Невозможность использования без защитного кожуха при экстремальных температурах и плотностях раствора Необходимость специфицирования диапазон измерения зенитного угла, т.к. компас может быть спущен в забой с электронным инклинометром несоответствующего размера.


    image

    Электронный компас


    Электронный компас - это твердый, самостоятельный прибор для инклинометрии ствола скважины, который измеряет магнитные и гравитационные силы земли.

    Можно представить, что Земля имеет в своем центре огромный магнитный стержень, расположенный (почти) по ее оси вращения, ориентированной с севера на юг. Обычные силовые линии магнитного поля будут исходить из такого магнитного стержня, образуя структуру с северным и южным магнитным полюсами, при этом силовые линии (линии потока) будут располагаться вертикально или под углом 90° к поверхности Земли, а на магнитном экваторе силовые линии будут горизонтальными или расположенными под углом 0° к поверхности Земли. В любой точке Земли можно обнаружить магнитное поле. Наблюдаемое магнитное поле характеризуется величиной и направлением (является вектором). Величина его называется индукцией и измеряется в единицах Тесла. Обычно индукция составляет 60 микротесла на северном магнитном полюсе и 30 микротесла на магнитном экваторе. Направление всегда называется магнитным севером. Однако, хотя направление всегда ориентировано на магнитный север, индукция параллельна поверхности земли на экваторе и

    направлена тем отвеснее в землю, чем ближе данная точка расположена к северному полюсу. Угол между вектором и поверхностью земли называется магнитным склонением.


    Магнитное поле Земли


    image


    Зависимость величины магнитного склонения от широты



    image

    Угол магнитного склонения силовых линий



    image

    Магнитные составляющие Земли

    Зенитный угол измеряется с помощью акселерометра силы тяжести (гравиметра), который измеряет гравитационное поле Земли в плоскостях X, Y и Z. Плоскость Z расположена вдоль оси инструмента, плоскость X располагается перпендикулярно оси Z и на одной линии с Т-образной прорезью, а плоскость Y перпендикулярна к X и Z. По сумме измерений

    векторных составляющих можно определить зенитный угол. В практике используется главным образом два типа акселерометров: "равновесные " и "кварцевые стержневые".

    "Равновесный" механизм включает в себя небольшой постоянный магнит, взвешенный в ферромагнитной жидкости (феррофлюиде). Феррофлюид содержит частицы железа, которые удерживают магнит внутри силового поля. Флюид также помогает амортизировать движение магнита. На акселерометр подается переменный ток, создающий переменное магнитное поле. Это удерживает магнит в центральном положении путем изменения тока между противоположными обмотками акселерометра, когда акселерометр отклоняется от горизонтального положения.

    Поскольку в "равновесном" акселерометре используется феррофлюид, акселерометр должен быть соответственно разогрет перед снятием с него достоверных показаний (примерно до 25 град. С).

    image

    Акселерометр "равновесный"


    image

    Кварцевый стержневой акселерометр

    В отличие от "равновесного" акселерометра магнит в кварцевом стержневом акселерометре не взвешен, а прикреплен к корпусу акселерометра. Переменный ток используется для удержания магнита в центральной позиции при отклонении акселерометра от горизонтального положения. "Кварцевый стержневой" акселерометр более чувствительный, чем "равновесный", но более хрупкий.

    Азимут ствола скважины измеряется гравитационными акселерометрами и индукционными магнитометрами. Индукционные магнитометры измеряют составляющие магнитного поля земли ортогонально, то есть по тем же трем осям, что и акселерометры. По сумме измерений векторных составляющих магнитного поля может быть определен азимут ствола скважины. Магнитометр имеет в своем составе две противоположно-направленные обмотки на двух сердечниках из магнитного сплава. При подаче на обмотки переменного тока создается переменное магнитное поле, которое намагничивает стержни из му-металла. Любое внешнее магнитное поле параллельное обмотке будет обусловливать более быстрое насыщение одной из обмоток, по сравнению с другой, а разница во времени насыщения представляет силу внешнего поля.

    Магнитометр (индукционный)


    image


    Компоновка акселерометра и магнитометра


    image


    Достоинства


    • Более высокая стендовая точность прибора

    • Меньшая погрешность, чем при считывании данных с пленки

    • Способность использовать коррекцию укороченных УБТ

    • Использование одного прибора для всех видов исследования

    • Возможность получения результатов быстрее, чем по системам с

      пленкой

    • Возможность более эффективного анализа данных

    • Не мешает ведению обычных буровых работ


      Недостатки


    • Приборы более дорогие, чем традиционные исследовательские приборы

    • Необходимость использования персонального компьютера, что связано с увеличением расходов

    • Требует использования немагнитной УБТ в буровой колонне


Магнитные коррекции Магнитное поле Земли


Все магнитные исследования проводятся путем измерения магнитного поля земли. Магнитное поле земли изменяется в зависимости от местоположения на Земле и времени измерений. Магнитный северный полюс постоянно перемещается, хотя и очень медленно. Поэтому измерения с привязкой к магнитному северному полюсу (далее Магнитный Север) сделанные сегодня не будут считаться верными через определенный период времени. Однако мы можем компенсировать эти отклонения, применяя поправки к магнитным измерениям, что обеспечит их привязку к истинному северному полюсу (далее Истинный Север). Истинный Север можно представить как географический север или точку пересечения оси вращения Земли с поверхностью. Истинный Север не перемещается. Измерения, выполнение с привязкой к Истинному северу, будут достоверными как сегодня, так и в будущем через любой промежуток времени. Поправка, которую применяют для изменения привязки к направлению Магнитного Севера на направление Истинного Севера, называется магнитным склонением.


Р е ш е н ие       п р о б л е м ы       к о р о т к о й           У Б Т

Решение короткой УБТ - это математический метод снижения азимутальных ошибок, вызванных магнитным влиянием забойной компоновки. В данном разделе приведено описание выполняемых измерений, влияния помех на них и применение метода короткой УБТ.

Вокруг земного шара имеется сильное магнитное поле, которое используется как опорное справочное при расчетах эталона для определения азимута и магнитного угла установки отклонителя. Местные значения магнитного наклонения (отклонения оси магнитного потока Земли от горизонта) и величины магнитного потока (суммарной интенсивности магнитного поля Земли) являются двумя основными параметрами, применяемыми при замере данных с использованием метода короткой УБТ. Указанные местные значения параметров вводятся в программу PCDWD и высвечиваются на экране редактирования "DWD Field Data".

Для замера напряженности магнитного поля земли применяется телеметрический (MWD) электронный зонд. В схему включены три феррозондных магнитометра, расположенных ортогонально друг к другу, которые измеряют составляющие напряженности магнитного поля: Вх, By и Bz. Параметры Вх и By измеряются в плоскости, перпендикулярной оси бурильной колонны. Вектор Bz совпадает с осью бурильной колонны.

Интенсивность магнитного поля (магнитное поле земли плюс другие источники магнитного поля) измеряется встроенными в зонд датчиками магнитного потока и разлагается на составляющие Вх, By и Bz , которые образуют ортогональную систему.

Стальные компоненты КНБК, такие как УБТ, стабилизаторы, забойные двигатели и долото, намагничиваются в результате воздействия магнитного поля Земли. КБШС, в силу своей продолговатой формы, намагничивается вдоль продольной оси (Bz). Следовательно, магнитные полюса размешаются на концах КНБК. В северной части полусферы будет северный (или положительный) полюс.

Магнитные полюса КНБК, возникающие под влиянием магнитного поля, могут вносить ошибки в расчеты азимута по необработанным данным. Во многих случаях применение методики коротких УБТ способно существенно снизить ошибки в измерении азимута,вносимые магнитными помехами со стороны КНБК.

В случае применения методики коротких УБТ можно снизить требования к применению немагнитных УБТ. Магнитное поле, создаваемое КНБК, будет направлено вдоль оси бурильной колонны. Ось Bz зонда совпадает с осью бурильной колонны. Следовательно, магнитное поле КНБК влияет на составляющую Bz и не влияет на составляющие Вх и By. Поскольку магнитное наклонение и общая интенсивность магнитного поля земли хорошо известны (по данным MAGUTM), теоретически составляющая Bz может быть рассчитана без ссылки на измеренное значение Bz. Для таких расчетов требуются действующие значения Gx, Gy, Gz, Вх и By


Метод коротких УБТ не может скомпенсировать магнитную помеху, внешнюю по отношению к стволу скважины, поскольку она не направлена исключительно вдоль оси Bz и влияет на оси Вх и By. Если магнитная помеха влияет по меньшей мере на 2 датчика магнитного потока, применение методики короткой УБТ не поможет устранить все ошибки. Таким образом, рассчитанные азимуты скважины не могут рассматриваться как истинные вследствие магнитных помех на составляющие Вх И By (Boxy).

Применение методики коротких УБТ обосновано только в том случае, когда имеется возможность получения данных по осям Gx, Gy, Gz, Bx, By и Bz (полный замер). Если зенитный угол и азимут (сокращенный замер) рассчитываются по данным на забое скважины, методика коротких УБТ не может быть использована.

Ограничения на применение методики коротких УБТ

Ограничения на применение методики коротких УБТ накладываются в

силу характера тригонометрических функций, применяемых для расчета, в тех случаях, когда, азимут при больших зенитных углах близок по своей величине к восточному или западному направлениям. Величина потенциальной ошибки азимута скважины зависит от магнитного склонения в данной области и нескорректированных азимута и ЗУ ствола скважины. С особой тщательностью следует определять количество НМУБТ, необходимых для скважин с большим ЗУ, поскольку применение метода коротких УБТ не всегда возможно. Абсолютный азимут должен применяться только в том случае, если применяются трубы, содержащие меньше, чем требуется сплава монель.


Магнитное наклонение

image

Магнитное наклонение - угол между горизонтом и линиями магнитного поля земли, выражаемый в градусах. Для определения величины магнитного наклонения система PCDWD наряду с зенитным углом использует три магнитные оси Вх Ву и Вz. Если какая-либо из составляющих В подвержена воздействию магнитной помехи или неточно измерен ЗУ скважины, то результат измерения магнитного наклонения будет недостоверным.

Интенсивность магнитногополя

image

Интенсивность магнитного поля - это напряженность магнитного поля Земли в данной точке. Она выражается суммой векторов Вх, Bs и B;ii измеряется в микротеслах (мкТл).

Для определения магнитной индукции необходимо, чтобы: Магнитное наклонение и интенсивность магнитного поля должны отклоняться от теоретической величины не более чем на 1%. (Это определяется в предположении, что теоретическая величина является точной и не определяется по крупномасштабным картам).


image


Магнитное склонение


Магнитное склонение

Корректировка сдвига или разницы в привязке от направления магнитного севера к направлению истинного севера называется магнитным склонением. 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.

image

Магнитные составляющие


1.М - Магнитный Север

  1. N - Истинный север

  2. bv - Вертикальная составляющая напряженности локального магнитного поля

  3. bh -Горизонтальная составляющая напряженности локального магнитного поля

  4. btotal- Общая напряженность локального магнитного поля

  5. Dip - Угол склонения локального магнитного поля относительно горизонтальной плоскости

  6. Dec - Разница между горизонтальной составляющей локального магнитного поля и направлением на Истиный Север

  7. gtotal - Общая напряженность гравитационного поля Земли

    Составляющие магнитного поля Земли изменяются с изменением географического положения.


    Методы определения коррекции магнитного склонения


    Для определения коррекции магнитного склонения для данной местности существует несколько методов.


    1. Карта магнитного склонения


      Одним из методов является использование карты магнитного склонения или Карты изогон. Эти карты выпускаются Обществом геологических исследований США (USGS) каждые 5 лет. Можно нанести конкретную географическую точку на эту карту, что позволит определить соответствующее склонение. Карты магнитных склонений чаще всего действительны в течение 5 лет. Однако из-за незначительных изменений магнитных склонений во времени следует производить ежегодные поправки. Коррекции магнитного склонения, рассчитанные с использованием этого метода, имеют в лучшем случае точность +/- 0,2 град.


    2. КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА « MAGUTM»


Благодаря развитию применения персональных компьютеров и программирования, появился еще один метод определения поправок магнитного склонения. Компания Sperry-Sun Drilling Services пользуется компьютерной программой MAGUTM для расчета поправок магнитного склонения. Эта программа обеспечивает оператора необходимыми значениями, что дает возможность расчитать магнитное склонение быстро и эффективно.


Применение коррекции магнитного склонения



image

Направление Коррекции магнитного склонения


Склонение представляет собой положительную или отрицательную коррекцию показаний магнитного компаса. Традиционно восток принимается положительным направлением, а запад отрицательным.

Для коррекции показания магнитного компаса по азимуту для восточного склонения, следует произвести коррекцию перемещением указанного компасом количества градусов на восток или по часовой стрелке. При коррекции показаний для западного склонения, следует производить перемещение указанного значения в градусах на запад или против часовой стрелки.

Такой метод коррекции магнитного склонения применяется в случае отсчета азимута в квадрантной форме. Необходимо помнить, что коррекция по часовой стрелке применяется для восточного склонения, и против часовой стрелки - для западного склонения.


Расчет истинного азимута

image

Коррекция азимутального направления ствола скважины относительно истинного севера (восточное склонение)

Ниже приводится формула расчета направления истинного севера: Истинный азимут = Магнитный азимут + Склонение

Где:

Восточное склонение положительно Западное склонение отрицательно

Например, магнитный азимут составляет 75° при восточном склонении 5° (Рисунок 3.4). Истинный азимут рассчитывается следующим образом: Истинный азимут = Магнитный азимут + Склонение

80° = 75° + (+5°)


image

Коррекция азимута ствола скважины относительно истинного севера (западное склонение)

Если магнитный азимут составляет 120° при западном склонении 5е (Рисунок 3.5), истинный азимут рассчитывается следующим образом

Истинный азимут = Магнитный азимут + Склонение 115° = 120° + (-5°) Расчет магнитного азимута

Зная Истинное азимутальное направление можно получить Магнитный азимут путем вычитания Склонения. Это необходимо при использовании диаграмм выбора немагнитных УБТ, когда заданы скорректированные направления азимута. (Диаграммы выбора немагнитных УБТ требуют исходных магнитных азимутов). Формула расчета:

Магнитный азимут = Истинный азимут - Склонение

Где"': Восточное склонение положительное Западное склонение отрицательное

image

Коррекция азимута ствола скважины относительно магнитного севера

(восточное склонение)

Например, при истинном азимуте 60° и восточном склонении 5° магнитный азимут рассчитывается как:

Магнитный азимут = Истинный азимут - Склонение 55° = 60° - (+5°)

image

Коррекция азимута ствола скважины относительно магнитного севера (западное склонение)

Например, при истинном азимуте 210° и западном склонении 5° магнитный азимут рассчитывается как:

Магнитный азимут = Истинный азимут - Склонение 215° = 210° - (-5°) Коррекции координатной сетки

Системы координатной сетки

Любая местность на Земле может быть обозначена через широту и долготу. Широта - расстояние к северу или югу от экватора в градусах. При обозначении широты необходимо указывать северная она или южная. Широта 90° к северу - северный полюс, а широта 90° к югу - южный полюс.

Долгота - расстояние к востоку или западу от определенной точки (нулевого меридиана). Общепринято считать нулевым меридианом меридиан, проходящий через г. Гринвич, Англия. Этот меридиан имеет долготу 0° и называется Гринвичским меридианом.

Широта и долгота

Другим широко распространнёным методом коррекции измерений азимута скважин является так называемая коррекция координатной сетки. Известно, работать легче с прямыми линиями, а не с дугами. Удобнее также работать с прямоугольными клетками, а не со сферическими телами. Для удобства построения карт больших площадей, основная часть поверхности Земли была привязана к прямоугольной координатной сетке.

Существует много различных систем координат, используемых в мире. Страны используют свои собственные системы координат или

модифицируют уже существующие системы. Нефтяные компании поступают таким же образом. В результате, достаточно трудно определить правильную систему координат, а значит и коррекцию, для данной скважины. Поэтому, чтобы произвести максимально точный расчет коррекции по координатной сетке, необходимо тесное взаимодействие с заказчиком, как в полевых условиях, так и в офисе.

image


Зона координатной сетки


Система координат разделяет землю на малые почти прямоугольные участки. В системе координатной сетки каждый такой участок называют зоной. Зона построена так, что через ее центр проходит линия долготы. Эта линия долготы в центре зоны называется центральным меридианом. В пределах этой зоны Север координатной сетки располагается параллельно центральному меридиану. Так как линии долготы параллельны только вдоль экватора, то любая точка, расположенная не на экваторе или центральном меридиане, имеет угловое отклонение между Истинным Севером и Севером координатной сетки. Угловая разница между Истинным Севером и Севером координатной сетки называется угол сходимости координатной сетки.


Система координат UTM


Система координатной сетки почти во всем мире использует систему UTM (Universal Transverse Mercator). Эта система преобразует сферическую

поверхность Земли, в плоскую карту путем скатывания карты в цилиндр и оборачивания этого цилиндра вокруг земли. Точки на поверхности земли затем могут проецироваться на цилиндр. Одна из линий долготы будет находиться в непосредственном контакте с цилиндром. Точки на линии этой очень точно проецируются на карту. Для данной зоны центральный меридиан этой зоны есть долгота, находящаяся в прямом контакте с картой.

image


Универсальная поперечная проекция Меркатора


Система UTM разделяет линии долготы на 60 зон шириной по 6°. Центром каждой зоны является центральный меридиан, линия долготы. Эти 60 зон обозначены номерами от 1 до 60 начиная от 180° долготы и далее на восток. Стороны зоны 1 имеют долготу 180 и 186°. Центральный меридиан первой зоны имеет долготу 183°.

Линии широты, которые образуют верхние и нижние границы прямоугольных зон разделены полосами по 8°, начиная с 80° южной широты и кончая 84° северной широты. Эти интервалы обозначены буквами. Интервал С находится между 80° южной широты и 72° градусами южной широты. Обозначение продолжается в северном направлении до буквы X между 76° северной широты и 84° северной широты. Буквы I и О исключены. Зоны обозначаются вначале номером центрального меридиана, а затем следует буква соответствующей широты. Например, зона, в которую входит Гринвич, Англия, имеет обозначение 31-U. Ее центральный меридиан имеет долготу 3° восточной долготы, а границы - 0° и 6° восточной долготы и 48° и 56° северной широты.

Каждая точка в пределах зоны может быть определена по осям координат X и Y. Эти величины определяются в футах или метрах с запада на восток (X) и с юга на север (У). Значения X и У всегда положительны, поэтому минимальные значения будут в нижнем левом углу зоны. Это упрощает связи между двумя любыми точками, расположенными в данной зоне.


image

Применение сходимости координатной сетки Расчет севера сетки

В любой системе координат применяется один и тот же угол сходимости. Необходимо вычесть угол сходимости из направления истинного севера для получения северного направления координатной сетки. Как и в случае магнитного склонения, угол восточной сходимости положительный, а угол западной сходимости отрицательный. Для использования сходимости координатной сетки к истинному азимуту ствола скважины применяют формулу:

Азимут по координатной сетке = Истинный азимут - Сходимость Где:

Восточная сходимость положительна Западная сходимость отрицательна

В северном полушарии для точки, расположенной восточнее центрального меридиана, север сетки координат расположен к востоку от истинного севера. Для точек к западу от центрального меридиана, север сетки расположен к западу от истинного севера.

В южном полушарии для точки, расположенной восточнее центрального меридиана, север координатной сетки расположен к западу от истинного севера. Для точек к западу от центрального меридиана, север сетки расположен к востоку от истинного севера.

Истинный север


image

Коррекция азимута скважины от истинного севера на север сетки (восточная сходимость сетки)

Например, сходимость сетки 3° к востоку, а истинный азимут 70° . Направление сетки рассчитывается по формуле:

Азимут по координатной сетке = Истинный азимут - Сходимость 67° = 70° - (+3°)

image

Коррекция азимута скважины от истинного севера на север сетки (западная сходимость сетки)

Например, сходимость сетки 3° к западу, а истинный азимут 120° Направление сетки рассчитывается по формуле:

Азимут по координатной сетке= Истинный азимут - Сходимость 123° = 120° - (-3°)


Расчет истинного севера


Сходимость можно удалить из направления сетки для получения истинного азимута по формуле:

Истинный азимут = Направление сетки + Сходимость Где: Восточная сходимость положительна

Западная сходимость отрицательна


image

Коррекция азимута скважины от севера сетки на истинный север (восточная сходимость сетки)

Например, сходимость сетки 3° к востоку, а направление сетки 50° Истинный азимут рассчитывается по формуле:

Истинный азимут = Азимут по координатной сетке + Сходимость 53° = 50° + (+3°)

image

Коррекция направления скважины от севера сетки на истинный север (западная сходимость сетки)

Например, сходимость 3° к западу, а истинное направление сетки 150°

Истинное направление рассчитывается по формуле:

Азимут по координатной сетке = Истинный азимут + Сходимость 147° = 150° + (-3°)

Расчет севера координатной сетки

До сих пор мы пользовались либо магнитным склонением, либо сходимостью сетки. При работе с магнитными приборами очень часто возникает необходимость применять как магнитное склонение, так и сходимость сетки. Для этого можно вывести уравнение из предыдущих формул.

Истинный азимут

= Магнитный азимут + Склонение

Азимут по координатной сетке = Истинный азимут - Сходимость Путем подстановки из этих двух формул получаем уравнение:

Азимут по координатной сетке = (Магнитный азимут + Склонение) - Сходимость

image

Коррекция азимута скважины от магнитного севера на север сетки (восточная сходимость сетки)

Например, при магнитном склонении 5° к востоку, сходимости сетки 3° к западу и магнитном азимуте 130° направление сетки рассчитывается по формуле:

Азимут по координатной сетке = Магнитный азимут + Склонение - Сходимость 138*

= 130° +(+5°) -(-3°)


image

Коррекция азимута скважины от магнитного севера на север координатной сетки (западная сходимость сетки)

При магнитном склонении 8° к востоку, сходимости сетки 3° к востоку и магнитном азимуте 320° направление сетки рассчитывается по формуле: Азимут по координатной сетке = Магнитный азимут + Склонение - Сходимость 325°

= 320° + (+8°) - (+3°)

Для дополнительной информации смотри Руководство по использованию MAGUTM - P\N 854184.


Тулфейс ( угол установки отклонителя) инклинометра


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°.

image

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.

image

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.


Методика пользования диаграммами


  1. Определить по карте к какой зоне (А, В или С) относится район проведения исследований.

  2. Выбрать диаграммы для установленной зоны (выбранной вами в пункте 1).

  3. Определить в выбранной зоне, какую диаграмму использовать, в зависимости от компоновки низа буровой колонны: с забойным двигателем (компоновка «турбобур»), или долото и наддолотный переводник.

  4. Определить положение для данного зенитного угла и азимута ствола скважины на выбранной диаграмме. Зенитный угол можно найти на левой стороне диаграммы. Азимут ствола скважины можно найти внизу диаграммы, где расположена надпись "Азимут от магнитного севера". Обратите внимание, что необходимо использовать значение азимута ствола скважины без коррекции на склонение.

  5. Продлить линии из обеих точек, установленных в пункте 4, до их пересечения.

  6. Установить положение пересечения этих двух линий на диаграмме и прочитать инструкции по зоне, в которой находится пересечение. Инструкция содержит общую длину немагнитных УБТ, рекомендуемую для исследования и правильное местоположение на этой длине.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1

Руководство по выбору немаrнJrrны:х УБТ

image image

Руководство по выбору немагнитных УБТ

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

image


image

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.

image


История гироскопических приборов


В 1929 году фирма Sperry-Sun разработала и применила регистратор для скважин "Сюрвел" (SURWEL). Он представлял собой гироскоп диаметром

    1. дюйма (14 см). Его либо опускали в скважину на тросе, либо прикрепляли к буровой штанге и опускали в скважину вместе с ней. Это был первый прибор для замера направления, который позволял определить положение забоя скважины.

      В 1960-х годах стали бурить больше глубоких скважин. Новым требованием стала необходимость снижения расходов и повышения производительности бурения. С уменьшением диаметра буровых долот и бурильных колонн потребовались гироскопы меньших размеров. В 1962 году фирма Sperry- Sun разработала 3-х дюймовый (7.5 см) гироскоп, который заменил собой в

      1965 году 5.5-дюймовый.

      В середине 1960-х появился гироскоп диаметром 1.75 дюйма (4.5 см), что позволило получать информацию о скважине изнутри буровой трубы или изнутри рабочей трубы малого диаметра. Этот прибор стал особенным подспорьем для ориентации оборудования направленного бурения при работе с многоскважинных платформ.

      В 1977 году фирма Sperry-Sun разработала гироскопическую систему для непрерывной передачи данных, названную "Босс" (BOSS), позволяющую передавать текущие данные съемки скважины прямо на поверхность по проводам и сразу же обрабатывать их в реальном времени.

      В 1980-х годах были разработаны электронные прецессионные или гирокомпасные гироскопы. Это сняло проблему в надежных источниках ориентации при исследовании скважин и позволило производить замеры кривизны скважин в местах, представлявшихся до этого трудными.


      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.


        image

        Общее устройство гироскопа с отклоняющейся рамкой Преимущества гироскопа с отклоняющейся рамкой

      • Применим для скважин с малым зенитным углом, где точность других гироскопических систем снижается

      • Не требует электрокабеля для подъема

      • Позволяет получать первичную информацию о скважине в отдаленных регионах, где нет электроснабжения


        Недостатки гироскопа с отклоняющейся рамкой

      • Из-за опережающего развития других гироскопических систем данный вид гироскопа не везде имеется в свободной продаже

      • Требует более длительного пребывания в скважине, чем электронные гироскопы

      • Требует наличия заранее известного опорного направления для ориентации

      • Составление отчета о замерах требует большего времени

      • Чувствителен к ударам и вибрации

      • Требует остановки процесса бурения на время производства замеров


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.

image


Преимущества гороскопа с горизонтальным ротором


  • Прибор многократно испытан и проверен временем

  • Относительно прост в обращении

  • Более дешев в изготовлении и эксплуатации, чем электронные гироскопы

  • По достоинству признан потребителями

  • Не требует электричества для подъема

  • Позволяет получать первичную информацию о скважине в отдаленных регионах, где нет электроснабжения


    Недостатки гироскопа с горизонтальным ротором


  • Менее точен, чем электронные гироскопы

  • Требует большего времени нахождения в скважине, чем электронные гироскопы

  • Требует наличия заранее определенного опорного направления для ориентации

  • Получение данных съемки требует большего времени

  • Чувствителен к ударам и вибрации

  • Требует остановки процесса бурения на время производства замеров


    Гироскопы со стабильной платформой (Гиростабилизованная платформа) Эта система была введена фирмой Sperry-Sun в 1977 году в гироскопах системы "Босс" (BOSS). Как и в гироскопе с горизонтальным ротором здесь используется система из двух рамок, однако, эти рамки остаются перпендикулярными друг к другу независимо от того, как наклонен сам прибор. Внутренняя рамка остается перпендикулярной не к горизонтали, а к оси прибора (платформе). В процессе замеров этот гироскоп сохраняет ориентацию, заданную ему на поверхности. Зенитный угол скважины измеряется с помощью трехосного гравитационного акселерометра. Информация из глубины скважины передается по проводам на расположенный на поверхности компьютер. Данные обрабатываются и обсчитываются, в результате чего заказчик получает полный отчет об азимуте и зенитном угле скважины. Стандартная процедура измерения включает в себя ориентирование прибора на поверхности, а затем следуют остановки на точках замера по 2-4 секунды. Через каждые десять минут делаются дополнительные остановки для определения дрейфа. Вся поступающая информация обрабатывается на поверхности компьютером с корректировкой на каждой точке. После возвращения прибора на поверхность компьютер выполняет заключительную коррекцию на дрейф и печатает окончательный отчет для заказчика.


    image


    Преим уще ст ва г ир оскоп а со ст абил ьной плат формо й


  • Измерения занимают меньше времени, чем у гироскопов с пленкой

  • Быстрее происходит обработка результатов измерений

  • Благодаря непрерывной передаче данных о температуре есть возможность избежать вредных воздействий и сохранить результаты измерений

  • Работа прибора происходит под постоянным контролем, что дает возможность сразу оценивать качество получаемых данных


    Недостатк и г ирос к опа со стаб ильн ой плат формо й


  • Необходим каротажный кабель для работы прибора

  • Наружный диаметр прибора слишком велик для использования его внутри буровой трубы

  • Требует наличия источника переменного тока на буровой

  • Чувствителен к ударам и вибрации

  • Требует остановки процесса бурения на время съемки

    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.

    image


    Тип ы с истем


    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, о риентирующиеся 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.


    image


    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


      Недостатки гирокомпасов


    • Как правило, более дороги, чем обычные гироскопы

    • Требуют каротажный кабель для работы прибора

    • Требуют наличия на объекте работ источника переменного напряжения

    • Чувствительны к ударам и вибрации

    • Требуют остановки процесса бурения на время производства работ

      Инерциальные навигационные системы


      Самая высокая точность при съемке достигается с использованием инерциальных навигационных систем. В такой системе для ориентирования на север применяются несколько гироскопов. Эта система с помощью гироскопов и гравитационных акселерометров может измерять отклонения скважины по осям X, Y и Z. Благодаря своей конструкции этот прибор не подвержен никаким ограничениям по точности измерений, то есть может работать в любых положениях, не теряя своей точности.

      Единственным поставщиком инерциальной навигационной системы является фирма "Ферранти инершиал навигейшн систем" (Ferranti Inertial Navigation System). Эта система сокращенно называется FINDS. Это французская навигационная система, которая в настоящее время применяется на реактивном самолете "Хариер". В этой системе применены три гироскопа с одной степенью свободы и три акселерометра. Такая система способна проводить непрерывное наблюдение без остановок на точках замера.

      Система FINDS отличается от других гирокомпасов тем, что она, находясь в постоянном движении, вместо регистрации абсолютных значений выдает лишь отклонение от величины, измеренной в начальной точке. Прибор имеет диаметр 10-5/8 дюйма (26.5 см) и может использоваться только в скважинах с диаметром обсадки 13-5/8 дюйма (34 см) и более. Прибор применяется преимущественно в Северном море благодаря его высокой точности при исследовании вертикальных скважин (®1 фут — (3 см) — горизонтальной неточности на 1000 футов - 300 м - глубины скважины).


      image

       

       

       

      Вычисление результатов измерений


      Основные понятия и определения

      Одна из задач использования приборов для съемки скважин — регистрация информации, необходимой для обсчета результатов замеров. К такой информации относятся параметры направления и наклона ствола скважины, полученные на конкретной измеренной глубине. Для правильного обсчета результатов инклинометрических измерений необходимо знание основных используемых терминов и понятий.

      Терминология, употребляемая при вычислении результатов измерений Точка замера

      Интервал замера Глубина по вертикали (THD)

      Зенитный угол

      Точкой замера называется любое место на протяжении ствола скважины, в котором производится замер.

      Интервал замера это замеренное расстояние (фактическая протяженность ствола скважины) между точками замера.

      Глубина по вертикали это длина проекции интервала замера на вертикальную плоскость. Эта величина отражает разницу между глубиной скважины по вертикали и ее фактической длиной. Глубина по вертикали всегда будет меньше, чем Глубина по стволу для заданной Точки замера.

      Зенитный угол ствола скважины это угол, измеряемый в градусах, на который ствол скважины или ось измерительного прибора отклоняется от линии истиной вертикали. Зенитный угол 0° представляет направление по истинной вертикали, а зенитный угол 90° - горизонтальное направление.


      Глубина по стволу это фактическая глубина пробуренной скважины от поверхности до конкретного места вдоль ствола скважины, либо до забоя '

      скважины.

      Азимутальное направление. Азимутальное направление ствола скважины это угол, измеряемый в градусах, между горизонтальной составляющей траектории скважины или оси измерительного прибора относительно известного направления на север, принятого за начало отсчёта. Измерения могут производиться относительно направления на истинный север, магнитный север, или север координатной сетки, как общепринято, по часовой стрелке. Направление измеряется в градусах и представляется либо в азимутальной (0° - 360°), либо в квадрантной форме (СВ, ЮВ, СЗ, ЮЗ).

      Если ствол скважины отклоняется от вертикали между двумя точками замера, то это должно быть отклонение в заданном направлении. Если ствол скважины направлен в северо-западный квадрант, это значит, что происходит смещение на некоторое расстояние на север и на некоторое расстояние на запад. Если ствол скважины направлен в юго-восточный квадрант, это значит, что происходит смещение на некоторое расстояние на юг и на некоторое расстояние на восток. То же самое верно для северо- восточного и юго-западного квадрантов.

      Смещение по широте - это выражение той части пути, которая пройдена точно в направлении "север-юг". Смещение по широте определяется как расстояние по горизонтали, измеренное по линии север-юг, на которое ствол скважины смещается при переходе от одной точки замера к другой. С помощью значений смещения по широте строят траекторию скважины в горизонтальной проекции. Смещение по широте представляет собой результат взаимодействия параметров азимутального направления, зенитного угла и интервала замера.

      Смещение по долготе Смещение по долготе это то же, что и смещение по широте, с тем -

      отличием, что измерение производится не по линии "север-юг", а по линии " восток-запад". Смещение по долготе выражает горизонтальное расстояние, пройденное в направлении "восток-запад", на которое ствол скважины смещается при переходе от одной точки замера к другой. С помощью значений смещения по долготе строят траекторию скважины в горизонтальной проекции. Смещение по долготе, как и смещение по широте, представляет собой результат взаимодействия параметров азимутального направления, зенитного угла и интервала замера.


      image

      Пространственное искривление. Пространственное искривление показывает, насколько сильно искривлён ствол скважины. Это трехмерное угловое изменение между двумя точками

      Интенсивность

      , расчитанное с использованием зенитного угла и азимутального направления ствола скважины. Величина пространственного искривления не зависит от применяемого метода вычислений. При расчетах должны использоваться величины зенитного угла и азимутального направления,


      полученные в точках замера, а не средние значения зенитных углов и азимутов между двумя точками замера. Вообще, любое изменение

      зенитного угла скважины будет выглядеть, как пространственное искривление. При этом изменение азимутального направления на больших


      зенитных углах будет оказывать значительно большее влияние на пространственное искривление, чем такое же по величине изменение азимутального направления на малых зенитных углах. Интенсивность пространственного искривления - это пространственное искривление отнесённое на некоторую стандартную единицу измерения длины. За такую единицу обычно принимают 100 футов в американской системе или 10 м в метрической системе.

      Смещение ствола скважины от вертикали (девиация)

      .

      Вертикальная секция

      Смещение ствола скважины от вертикали представляет собой длину отрезка, полученного проекцией интервала замера (измеренного между двумя точками замера) на горизонтальную плоскость. Девиация представляет собой расстояние, на которое перемещается ствол скважины по горизонтали (отклоняется от истинной вертикали) между двумя точками замера. Длина смещения ствола скважины от вертикали зависит от

      зенитного угла и интервала замера.

      Вертикальная секция это расстояние по горизонтали, на которое смещается ствол скважины в направлении "цели" от одной точки замера к последующей, или между начальной и конечной точками. Большинство направленных скважин имеют, по меньшей мере, одну цель. Цель это место, в которое вам необходимо "попасть", чтобы проходка скважины завершилась успешно. Цель расположена на некоторой глубине по вертикали (TVD) под местом расположения буровой, на определённом расстоянии от буровой в горизонтальной плоскости, в определённом направлении. На вертикальную секцию влияют два фактора: смещение ствола скважины от вертикали и его направление относительно аправления к цели.

      Отход по горизонтали

      Угол отхода по горизонтали

      Отход по горизонтали это горизонтальное расстояние от места расположения буровой до исследуемой точки замера. Отход по горизонтали называют также горизонтальным смещением.

      Угол отхода по горизонтали это направление горизонтального отрезка, образующегося при соединении точки, находящейся прямо под местом расположения буровой с исследуемой точкой замера. Точнее, угол отхода по горизонтали это направление от буровой на исследуемую точку замера. Угол отхода по горизонтали называют также азимутом горизонтального смещения.

      image

      Различные методы вычислений


      Существуют несколько методов обсчета данных инклинометрических измерений скважин. В настоящее время, однако, применяются только четыре их них:


    • Тангенциальный метод (метод касательной)

    • Метод усредненного утла

    • Сбалансированный тангенциальный метод (применяется редко)

    • Метод радиуса кривизны

    • Метод минимальной кривизны


      Из этих методов тангенциальный метод дает значительные ошибки при определении траектории скважины и расположения ее забоя. Сбалансированный тангенциальный метод включен сюда, так как он является основой метода минимальной кривизны. В каждом из этих методов используются величины зенитного угла и азимута ствола скважины, полученные на определенной глубине по стволу. Разница между методами заключается в том, как с их помощью обрабатываются исходные данные замеров, касающиеся зенитного угла, азимута ствола скважины и глубины по стволу. Ниже приводятся описания каждого метода.


      Тангенциальный метод

      В этом методе используются зенитный угол и азимут ствола скважины в нижней точке интервала замера для расчета прямой линии, отображающей ствол скважины и проходящей через нижнюю точку интервала замера. Скважина, при этом, рассматривается, как прямая линия по всему интервалу замера.

      Этот метод - самый неточный из всех приведенных и может быть применен для обсчета результатов съемки только в том случае, когда интервал замера не превышает длины самого прибора.

      Тангенциальный метод


      image


      Метод усредненного угла


      В этом методе используются усредненные значения зенитных углов и азимута, измеренные в верхней и нижней точках интервала замера. Средние значения, рассчитанные по двум точкам, принимаются за зенитный угол и азимут ствола скважины на протяжении всего интервала замера. Траектория скважины вычисляется затем с помощью простых тригонометрических функций.

      Этот метод хорошо подходит для работы в полевых условиях, так как все вычисления могут быть выполнены с помощью ручного калькулятора. Метод намного более точен, чем тангенциальный, и лишь немного уступает в точности методам радиуса кривизны и минимальной кривизны.


      image


      Сбалансированный тангенциальный метод


      Этот метод позволяет использовать зенитный угол и азимут, измеренные в верхней и нижней точках интервала замера для расчета двух прямолинейных отрезков, принимаемых за траекторию ствола скважины внутри интервала замера.

      Длина каждого отрезка равна половине интервала замера. Верхний отрезок рассчитывают по зенитному углу и азимуту в верхней точке интервала, а нижний — по аналогичным параметрам в нижней точке.

      Этот метод более точен, чем тангенциальный, так как используются оба набора данных съемки.


      image


      Метод радиуса кривизны


      Этот метод позволяет использовать зенитный угол и азимут ствола скважины, измеренные в верхней и нижней точках интервала замера, для построения дуги окружности, которая выглядит таковой как в вертикальной, так и в горизонтальной проекциях.

      Этот метод основан на допущении, что траектория скважины лежит на боковой поверхности цилиндра, ось которого расположена вертикально, а радиус равен радиусу кривизны в горизонтальной плоскости. Этот радиус определяет длину дуги, ограниченной начальной и конечной точками интервала замера, и представляющей собой проекцию интервала замера на горизонтальную плоскость. Этот цилиндр можно затем "развернуть" и рассчитать длину круговой дуги, пролегающей по боковой поверхности цилиндра. Следовательно, изменение глубины по вертикали не зависит от изменения азимута ствола скважины.

      image

      Этот метод является одним из самых точных и все же достаточно простым,

      чтобы при расчетах можно было обходиться ручным калькулятором.

      image


      Метод минимальной кривизны


      Аналогично методу радиуса кривизны, этот метод позволяет использовать зенитный угол и азимут ствола скважины, измеренные в верхней и нижней точках интервала замера, для построения гладкой дуги, представляющей собой траекторию скважины. Этот метод является, фактически, модификацией сбалансированного тангенциального метода, только в данном случае траектория скважины заменяется не двумя прямыми отрезками, а дугой окружности. Эта дуга рассчитывается с помощью коэффициента искривления, который показывает степень углового изменения вдоль интервала замера. Плоскость этой дуги расположена под углом, не кратным прямому.

      Этот метод основан на допущении, что траектория скважины лежит на поверхности сферы. При этом, изменение глубины по вертикали (TVD) будет функцией как зенитный угол, так и азимут скважины в верхней и нижней точке.


      image


      Разница между методами радиуса кривизны и минимальной кривизны заключается в том, что при первом методе для расчета смещения в вертикальной плоскости используется изменение зенитного угла скважины вдоль интервала замера, а смещение в горизонтальной плоскости рассчитывается по изменениям азимута ствола скважины вдоль того же интервала замера. По методу же минимальной кривизны для расчета смещений в обеих плоскостях используется пространственное искривление (dogleg или DL).

      Данный метод является одним из самых точных для определения положения конкретной скважины, однако плохо пригоден для обсчета с помощью ручного калькулятора.


      image


      Метод усредненного угла


      Для обсчета данных съемки скважин применимы основные свойства прямоугольных треугольников. Прямоугольные треугольники обладают особыми свойствами, которые позволяют с помощью специальных расчетов определить длины их сторон или величины острых углов. Имея данные съемки, записанные на пленке, можно с помощью свойств прямоугольного треугольника рассчитать координаты точек вдоль всей скважины.

      Имеются три основные тригонометрические функции:

    • Синус

    • Косинус

    • Тангенс

      Эти функции представляют собой соотношения разных сторон, прямоугольного треугольника. На приведенном ниже рисунке стороны и углы треугольника помечены. Сторона "С" называется гипотенузой, "А" — катет, противолежащий к углу "а", "В" — катет, прилежащий к углу "а",

      image

      А = катет, противолежащий к углу "а" В = катет, прилежащий к углу "а"

      С = гипотенуза


      Основные тригонометрические функции определяются как:

    • sin a = А/С

    • cos a = В/С

    • tan a = А/В

      Из этих уравнений выводятся дополнительные:

    • А = С х sin a

    • В = С х cos a

      Для того чтобы с помощью этих формул вычислить длину любой стороны или размер любого угла, необходимо подставить реальные значения, полученные при съёмке. Мы определили по результатам съемки зенитный угол (I) и азимут (HDir) для конкретного исследуемого участка скважины. Мы так же знаем длину интервала замера (CL) этого участка.

      Известно, что:

      sin I = смещение от вертикали (девиация)/ интервал замера = CD/CL

      Нам не известно CD, но мы можем вывести уравнение для вычисления CD:

      CD = CL х sin I

      Повторив эту процедуру, получим уравнение для расчета глубины по вертикали (VD). Известно, что

      cos I = глубина по вертикали / интервал замера = VD / CL Мы можем вычислить глубину по вертикали по формуле: VD = CL х cos I

      Тем же способом можно получить координаты нижней точки данного интервала замера. Зная величину азимута (Hdir) и

      вычисленную величину смещения от вертикали, можно рассчитать смещение по широте (LAT) и смещение по долготе (DEP) для всего интервала замера

      LAT = CD x cos Hdir DEP = CD x sin Hdir

      Имеются четыре основных формулы, необходимых для обсчета данных замеров по каждой точке, если известны зенитный угол (I), азимут (HDir) и интервал замера (CL)


    • Глубина по вертикали (VD) = CL x cos I


    • Смещение от вертикали (девиация) (CD) = CL x sin I


    • Смещение по широте (LAT) = CD x cos Hdir


    • Смещение по долготе (DEP) = CD x sin Hdir


    В вышеприведенных формулах участок между двумя точками замера рассматривался как прямая линия, то есть зенитный угол в верхней точке интервала замера в точности равен зенитному углу в нижней точке. На практике же скважина искривлена. На некоторых ее участках это

    искривление более плавное, на некоторых - более крутое. Поэтому, в пределах конкретного интервала замера наклон может очень сильно меняться, и приведенные выше простые расчетные формулы не дадут точной картины скважины. Точно так же и азимут на разных концах участка может различаться.

    В методе усредненного угла используется среднее значение зенитных углов на разных концах интервала замера, и это значение рассматривается как зенитный угол для всего интервала замера. Аналагичная методика применяется и к величине азимута.

    Прежде, чем приступить к расчетам по методу усредненного угла, удобно перевести значения зенитных углов, выраженных в градусах с минутами, в десятичную форму. Так же будет удобнее перевести все значения азимутов из квадрантной формы в азимутальную. Азимутальная форма облегчит осреднение значений азимута на двух концах интервала замера.

    Ниже приводятся процедуры обсчета данных съёмки по методу усреднённого угла. Необходимо очень тщательно вносить исходные и расчетные данные в регистрационный бланк, так как любые ошибки повлияют на окончательные результаты измерений.


    Процедура ручного расчета по методу усредненного угла


    Введите данные съёмки относительно глубины по стволу, зенитного угла, и магнитного азимута в соответствующие колонки бланка, т.е. в колонки "Глубина по стволу - общая (Measured Depth - total)", "Зенитный угол (Inclination)" и "Азимут наклона по прибору (Direction of Inclination - observed)".


    1. Рассчитайте измеряные интервалы замера для каждого участка измерений путем вычитания общей глубины по стволу данной точки замера от общей глубины по стволу предыдущей точки. Внесите полученную величину в колонку, озаглавленную "Measured Depth - Course (Глубина по стволу скважины - текущая)".

    2. Возьмите магнитное склонение для участка, на котором были сделаны измерения, и запишите его в колонку под названием "Direction of Inclination - corrected (Азимутальное направление - скорректированное)".

    3. Скорректируйте все измеренные значения азимутов на магнитное склонение. Затем впишите истинный магнитный азимут для каждой точки замера в колонку, озаглавленную" Direction of Inclination - corrected (Азимутальное направление наклона - скорректированное)".

      image

    4. Рассчитайте по формуле усредненный зенитный угол (Iavп) для каждого интервала замеров и запишите результаты в колонку под названием "Average Inclination (Усредненный зенитный угол)".

      Iavg=(Iu+I)l/2

      image

    5. Рассчитайте по формуле усредненный азимут ствола скважины (HDiravg) для каждого интервала замеров и запишите результаты в колонку под названием "Average Direction (Усредненный азимут)".

      image

      HDiravg = (Hdiru + Hdir,) / 2

    6. Определите глубину по вертикали (TVD) для каждого интервала замеров

      и запишите результаты в колонку под названием "Vertical Depth Course (Глубина по вертикали - текущая)". Затем запишите общую сумму в колонку "Vertical Depth - total (Глубина по вертикали - общая)".

      image

      TVD = CL х cos Iavg

    7. Рассчитайте по формуле смещение от вертикали (девиация) (CD) для каждого интервала измерений и запишите результаты в колонку под названием "Course Deviation (Смещение от вертикали)".

      image

      CD = CL x sin Iavg

    8. Определите смещение по широте (LAT) для каждого интервала замера и запишите результаты в колонку под названием "Course Displacement (Текущее смещение)" в соответствующий столбец (север или юг), в зависимости от направления смещения от вертикали (девиации). Затем запишите суммарное смещение по широте в колонку, озаглавленную "Total Displacement (Общее смещение)" в соответствующую колонку (север или юг).

      image

      LAT = CL х cos HDiravB

    9. Определите смещение по долготе (DEP) для каждого интервала замера и запишите каждый из результатов в колонку обозначенную "Course Displacement (Текущее смещение)" в соответствующий столбец (запад или восток), в зависимости от направления смещения от вертикали. Затем запишите суммарное смещение по долготе в колонку, обозначенную "Total Displacement (Общее смещение)" в соответствующий столбец (запад или восток).

      image

      DEP = CD х sin HDiravg

    10. Рассчитайте Отход по горизонтали или Горизонтальное смещение (HD) для ствола скважины, используя значения Общего смещения по широте и долготе

      HorDisp =(TotalLAT)2 +(TotalDEP)2

    11. Рассчитайте Угол отхода по горизонтали или Азимут горизонтального смещения, используя значения Общего смещения по широте и долготе HorDispDirection = a tan(TotalDEP/ TotalLAT )

    12. Запишите величину отхода по горизонтали и Угол отхода по горизонтали внизу регистрационного бланка в следующем виде:

      "Отход ствола скважины по горизонтали составил_метров (или ft) в направлении_"

    13. Если требуются определить параметры Интенсивность пространственного искривления (DLS) и Вертикальная секция (VS), применяйте формулы

    image

    cosDL = (cosI1xcos I1) +(sinI1xsinI2xcosHDirchg}

    1. DLS = (DL/C)x1OO. VS = cos(VSD - HDir)xCD

      где:

      CL = Интервал замера

      CD = Смещение от вертикали (девиация) VD = Вертикальная глубина

      LAT= Смещение по широте DEP= Смещение по долготе

      DL= Пространственное искривление

      DLS= Интенсивность пространственного искривления

      image

      VSD= Предлагаемое направление вертикального профиля HDiravg=Усредненный азимут скважины (Hdiru+Hdiri)/2

      Iu= Зенитный угол в верхней точке интервала замера I1= Зенитный угол в нижней точке интервала замера HDiru= Азимут в верхней точке интервала замера HDiri= Азимут в нижней точке интервала замера Hdirchg = Изменение азимута (HDirl - HDiru)

      image


      Системы инклинометрии скважин


      Введение


      Приборы для инклинометрии могут быть скомпонованы в нескольких вариантах в зависимости от предполагаемого использования прибора, метода хранения получений информации или метода, используемого для передачи информации на поверхность. Ниже приведен список имеющихся систем инклинометрии:


      • Фотографические системы

        Магнитная Гироскопическая

      • Электронные системы

        Магнитная

      • Кабельные импульсные системы, Магнитная

    Гироскопическая


    Фотографическая система - одноточечный магнитный прибор


    Фотографическая система - одноточечный магнитный прибор предназначена для получения и хранения результатов одного замера скважины, доставки их на поверхность для последующей обработки. В приборе используется механический компас, показания которого фотографируются на фотопластинку. Система используется при отсутствии магнитных возмущений (т.е. для инклинометрии необсаженных скважин или внутри немагнитных УБТ). Системы могут быть использованы для ориентации инструментов при направленном бурении скважин.


    Основные соста вляющие


    1.Чувствительный узел для измерения углов, показывающий азимут и наклон скважины

    1. Кассета для фотопленки или фотопластинки

    2. Фотокамера с лампами для фотографирования положения индикатора узла измерения углов.

    3. Механический таймер или сенсорное устройство, которое включает камеру в предписанный момент. (Наиболее часто используют монелевые

    датчики и датчики перемещения/движения. Монелевый датчик включает камеру после нахождения в немагнитном УБТ в неподвижном состоянии в течение определенного времени. Датчик перемещения включает камеру после ее пребывания в неподвижном состоянии в течение определенного времени.

    5.Контейнер с батареями, обеспечивающими энергией, требуемой для работы камеры, таймера и освещения.

    image

    Одноточечный магнитный прибор для замера зенитного угла и азимута скважин

     

     

    Прибор измерения углов ( Узел компаса)


    Прибор измерения углов состоит из трех частей: маятника, картушки компаса и круглого стекла со шкалой. Все части запаяны в камеру с жидкостью для демпфирования ударов и вибраций. Маятник остается вертикальным, когда прибор горизонтален или расположен под углом.

    Расстояние между поперечным волоском маятника и центральной осью прибора определяет зенитный угол.

    Магнитный компас прикреплен к картушке компаса, которая всегда поворачивается на магнитный север. Когда поперечный волосок маятника сфотографирован на фоне картушки компаса, направление скважины может быть считано путем интерполяции между радиальными линиями. В зависимости от ожидаемого наклона скважины имеется несколько измерительных шкал на выбор.


    Стеклянная

    пластинка с

    нанесенными

    на ней концентрическими

    кольцами

    обеспечивает

    шкалу,

    позволяющую производить

    непосредственное считывание значений зенитного угла с фотопластинки. Комплект прибора помещается в защитный кожух, который может быть либо просто сброшен в скважину, либо опущен на кабеле. Для того, чтобы прибор произвел точные измерения, он должен быть правильно расположен внутри немагнитного УБТ в компоновке низа бурильной колонны (КБНК), если он не опускается в необсаженную скважину. Прибор

    останавливается на период, достаточный для включения фотокамеры, затем извлекается на поверхность, кассета вынимается из контейнера, проявляется и считывается. Зенитный угол и азимут скважины, считанные с фотопластинки или пленки, вместе с глубиной замера используют для принятия заключения по определению искривления направленной скважины. Данные об ориентации для бурильщиков тоже можно получить с помощью одноточечной фотосистемы.


    Магнитная многоточечная фотосистема


    В магнитной многоточечной системе используется такой же блок измерения углов, что и в одноточечной магнитной фотосистеме. Но в этом случае многократные замеры регистрируются на катушку фотопленки, обрабатываемую после извлечения на поверхность из скважины. Лицевая часть механического компаса фотографируется на пленку в установленные моменты времени (обычно каждые 20 секунд). Эта система применяется при отсутствии постороннего магнитного влияния (т.е. при измерениях в необсаженных скважиных или внутри немагнитных УБТ).


    Основные составляющие


    1. Блок измерения углов, показывающий наклон и направление скважины.

    2. Блок камеры для хранения катушки с пленкой.

    3. Блок ламп и линз для фотографирования узла измерения углов.

    4. Узел соленоида для подачи пленки.

    5. Электронный программный блок, активизирующий соленоид и блок освещения в указанные моменты.

    6. Блок с батареями для питания узлов системы.

    image


    Схема Магнитного Многоточечного прибора

    Перед опусканием многоточечного инклинометра оператор синхронизирует свои часы с часами электронного программного блока таким образом, чтобы точно знать, когда произведена съемка каждого замера. Прибор помешен в защитный кожух и просто опускается внутрь буровых труб, перед извлечением буровой колонны из скважины. Защитный кожух должен быть расположен так, чтобы, когда он достигнет забоя, он был правильно расположен в немагнитном УБТ. Для работы многоточечного инклинометра КБНК должна иметь немагнитные УБТ. Во время подъема производятся замеры на протяжении всего ствола скважины.

    По мере того, как извлекается каждая свеча бурильных труб, оператор- должен соотносить глубину замера со сделанными в скважине снимками. На поверхности, после извлечения прибора из бурильной колонны, пленка вынимается и проявляется. Пленка просматривается с помощью увеличивающего проектора, и снимки соотносятся со временем. Наклон и направление скважины считываются таким же образом, как и при одноточечном замере. Результаты для всех точек замера сводятся в таблицу и могут быть использованы для вычисления смещения забоя скважины.

    Фотографическая система - Гироскопическая 9.4 одноточечная система

    В гироскопической одноточечной фотографической системе, для измерений используется пироскоп с горизонтальным ротором. В ней сочетается использование инклинометра и узла камеры для фотографирования только одного снимка с целью ориентации. Эта система используется для ориентации инструментов для направленного бурения в наклонных скважинах, где имеется магнитное влияние.


    Основные составляющие


    1. Гироскоп с горизонтальным ротором.

    2. Чувствительное устройство измерения углов для определения зенитного угла скважины.

    3. Кассета для пленки или фотопластинки.

    4. Устройство с камерой и лампами для фотографирования положения узла измерения углов.

    5. Механический таймер или сенсорное устройство, включающее камеру в предписанный момент времени. (Чаше всего используются датчики из монеля или датчики движения. Датчики из монеля включают камеру, когда она помешена внутрь немагнитной УБТ на определенное время. Датчики движения включают камеру после остановки движения прибора на заданный период времени).

    6. Контейнер с батареями, обеспечивающий энергопитанием камеру, таймер и лампочки.


    Порядок работы


    Обычно для работы прибора требуется, чтобы роторный гироскоп был ориентирован в определенном географическом направлении - опорном направлении. Опорное направление указывается заказчиком или делается

    фирмой, производящей замены. Для операций на поверхности опорное направление обычно определяют с помощью магнитного компаса. Оператор мог бы использовать компас для направления гироскопа на видимый с настила буровой вышки объект. При операциях в море опорное направление может быть соотнесено с ориентацией буровой платформы или с помощью привязки к системе координат.

    После ориентации гироскопа в фотокамеру одноточечного прибора заряжается фотопленка. Блок фотокамеры прибора прикрепляется к гироскопу и помещается в защитный кожух. Инклинометр опускается в скважину на тросе и сажается в ориентируемый переводник с помощью направляющего хвостовика. Гироскоп и хвостовик согласуются перед запуском в скважину так, что показания гироскопа могут быть соотнесены с направлением ориентируемого переводника.

    Инклинометр остается неподвижным во время экспозиции

    фотопленки. После того, как пленка проэкспонирована, прибор извлекается на поверхность. Гироскоп ориентируется в опорном направлении, использованном перед запуском в скважину. Могут быть оценены эксплуатационные качества гироскопа и внесены некоторые корректировки в окончательные результаты. Пленка извлекается из узла камеры и проявляется. Со снятой фотографии считываются зенитный угол азимута скважины и угол установки отклонителя. Так как производится только одно измерение, предполагается, что гироскоп имеет прямолинейный дрейф. В первичные данные необходимо внести поправки на ориентацию и дрейф. Бурильщик направленного бурения может использовать полученную информацию для продолжения работы. Эта система съемки полезна при зарезке направленных скважин при бурении куста скважин или там, где имеются магнитные возмущения. В связи с тем, что в системе используется прямолинейный дрейф, ее не следует использовать для ориентации на глубинах больше 2500 футов (762 м)


    Фотографическая система - гироскопический многоточечный

    инклинометр


    Фотосистема гироскопической многоточечной инклинометрии основана на применении гироскопа с горизонтальным ротором подобно фотографической системе гироскопической одноточечной инклинометрии. В ней сочетается использование инклинометра и камеры для фотографирования изображений результатов съемки в разных точках, предназначенных для использования в расчетах. Эта система съемки применяется при наличии магнитных помех (т.е. для съемки внутри обсадных и бурильных труб).


    Основные составляющие


    1. Гироскоп с горизонтальным ротором

    2. Устройство измерения углов для определения траектории скважины

    3. Блок камеры с устройством для катушки с фотопленкой

    4. Блок освещения с лампами и объективом для узла измерения' углов

    5. Блок соленоида для перемотки пленки

    6. Электронный программный блок для включения узла соленоида и освещения через определенные интервалы времени

    7. Блок с батареями, обеспечивающий энергопитанием устройства.


      Порядок работы


      Перед использованием требуется направить роторный гироскоп на опорную географическую точку. Эта процедура описана в соответствующем разделе инструкции одноточечной гироскопической системы. После того как гироскоп правильно

      сориентирован, приборный блок прикрепляется к гироскопу и помешается в защитный кожух. Блок фотокамеры прибора синхронизируется с часами оператора, производящего замеры.

      Измерительный скважинный прибор опускается в скважину на тросе с остановками в заданные моменты. Оператор съемки соотносит время остановок и глубину опускания троса. Периодически инструмент останавливается и фиксируется в неподвижном состоянии на промежуток времени, достаточном для регистрации показаний гироскопа. Обычно остановки для замеров делаются во время спуска, а при подъеме производят лишь несколько контрольных замеров. Оценивают надежность показаний гироскопа и вычисляют поправки для получения окончательных результатов.

      Пленку вынимают из камеры, проявляют и считывают результаты замеров. На каждой точке регистрируются следующие данные: зенитный угол, азимут скважины и азимут гироскопа (ориентацию кожуха). Для получения окончательных результатов съемки могут быть внесены две поправки в первичные данные замера. Если гироскоп недостаточно точно ориентирован в опорном направлении, в полученные результаты следует внести поправку за ориентировку. Рабочая характеристика гироскопа, снятая во время остановок в скважине, используется для вычисления поправок на дрейф для уточнения окончательных данных съемки. Поправки за дрейф применяют для коррекции первичных результатов съемки. В некоторых случаях, следует использовать поправку за несоосность используемых центраторов (из-за неплотных или плохих центрирующих устройств). Скорректированные данные включают зенитный угол и азимут скважины на каждой точке замера. Сведенные в таблицу данные по точкам замера могут быть использованы оператором для вычисления положения забоя скважины.

      Эта система съемки может быть приспособлена для работы в условиях горячих скважин путем применения тепловых экранов. Ограничения максимальной глубины съемки определяются температурой, давлением, длиной пленки и троса. Измерения могут производиться и на обратном ходе с камеральным вычислением окончательных результатов. Используя фотографические системы, оператор не имеет возможности управлять процессом после начала замеров. Только после возврата инструмента на поверхность можно оценить качество измерений.

       

       

      Электрон ная система - одноточечный магнитный прибор


      При электронной магнитной одноточечной системе измеряется магнитное поле Земли и силы гравитации с помощью феррозондовых магнитометров и гравитационных акселерометров, соответственно. Система измерений состоит из зонда и блока питания, обеспечивающего зонд энергией.

      Прибор программируется на поверхности оператором. Первичные данные накапливаются и запоминаются электроникой по мере спускания прибора в скважину, а на поверхности считываются.

      Эта информация используется компьютером, расположенным на поверхности, для расчета направления, наклона скважины и угла установки отклонителя. Подобно системам многоточечной инклинометрии электронная одноточечная магнитная система может быть использована для ориентации направляющих инструментов в скважине, но только при немагнитном окружении (т.е. внутри немагнитной УБТ или в необсаженной скважине). Рабочая процедура аналогична процедуре, используемой при работе фотографической системы однократного действия

      .

      image


      Электронная система - магнитный многоточечный прибор


      Электронная система многоточечной инклинометрии измеряет магнитные и гравитационные силы Земли с помощью феррозондовых магнитометров и гравитационных акселерометров. В электронной системе многоточечной инклинометрии используются такие же узлы, что и в одноточечной системе. Скважинный прибор состоит из измерительного блока и блока питания, обеспечивающего зонд энергией.

      На поверхности земли оператор программирует прибор. Прибор помещается в защитный кожух и опускается внутрь бурильных труб перед подъемом бурильной колонны из скважины. Защитный кожух должен быть расположен так, чтобы когда он достигнет забоя, он должен быть правильно расположен внутри немагнитной УБТ.

      Для использования прибора многоточечной инклинометрии УБТ в КБНК скважины должны быть немагнитным. Полная траектория ствола скважины будет измерена во время подъема. По мере того, как поднимается каждая секция бурильных труб, оператор должен соотносить каждый замер с глубиной.

      Первичные данные запоминаются электроникой прибора и считываются из памяти на поверхности. Эта информация используется компьютером для расчетов азимута зенитного угла скважины на каждой точке. Затем компьютер использует данные съемки для расчета смещения забоя скважины.

      Подобно фотографической системе, одноточечной магнитной съемки электронная магнитная многоточечная система может быть использована для ориентировки направляющих инструментов в скважине. Вследствие

      того, что первичные данные собраны зондом в скважине, оператор имеет возможность лучше оценить характеристики инструмента сопоставлением известных значений с записанными величинами.


      Кабельная/ импульсная система - магнитный управляющий прибор


      В критический период набора кривизны при бурении направленной скважины необходимо проводить замеры через короткие интервалы. Частые замеры и ориентация с использованием обычных одноточечных приборов требует очень много времени и дорого стоит. Одним из решений является инструмент, который может быть помещен в КБНК для непрерывных, замеров кривизны скважины в процессе бурения забойным двигателем. Этот прибор обычно называют управляющим прибором, так как он обеспечивает бурильщика информацией, необходимой для ориентирования долота в правильном направлении.


      Составляющие


      Прибор состоит из электронного зонда, опускаемого в скважину на каротажном кабеле. Зонд устанавливается в направляющий переводник расположенный сразу над кривым переводником. От зонда результаты измерений передаются по каротажному кабелю на поверхность, где наземный компьютер обрабатывает данные и отображает на дисплее измеренные данные. Данные на дисплее содержат: азимут ствола скважины, зенитный угол и, что наиболее важно, ориентация тулфейса. Датчики, используемые в управляющем приборе, аналогичны по конструкции датчикам применяемым в электронных системах одноточечной и многоточечной съемки, т.е. гравитационные акселерометры и феррозондовые магнитометры. Как и любой другой прибор магнитной съемки, для правильной работы ориентирующий прибор должен быть помещен в немагнитные УБТ.

      Хвостовик башмака прикреплен к нижней части управляющего инструмента и сориентирован с зондом. При спуске в скважину хвостовик башмака устанавливается в направляющий переводник, который сориентирован по линии метки кривого переводника или управляемого двигателя. Таким образом зонд измеряет направление, на которое указывает метка кривого переводника. Ориентация кривого переводника может быть определена либо относительно магнитного севера (магнитный тулфейс), либо по отношению к верхней стороне скважины (гравитационный тулфейс).

      Используемое на поверхности оборудование буровой установки отличается вследствие того, что забойный двигатель, приводящий в действие бурильное долото, находится в скважине и вращения бурильной колонны не происходит. Квадрат заменяется промывочной головкой, позволяющей производить закачку промывочной жидкости в бурильную трубу в то время, когда кабель находится в скважине. Кабель проходит через гидравлическое запорное устройство расположенное над промывочной головкой. Перед тем,, как добавить новую секцию бурильной трубы, зонд должен быть вытянут из скважины, а после присоединения новой бурильной трубы снова

      опущен в скважину.

      image


      Другим устройством используемым вместе с управляющим прибором для сокращения времени при наращиваниях является переводник с боковым входом. Промывочная головка в этом случае уже не требуется так как кабель благодаря переводнику выводится в межтрубное пространство. При наращивании инструмента не требуется поднимать зонд из скважины, однако особую осторожность необходимо проявлять при захвате труб плашками потому, что может быть поврежден кабель.


      image


      Преимущества перед одноточечными приборами


      Сокращает время бурения

      Уменьшает риск отклонения скважины от заданного направления Сокращается количество резких изменений направления ствола скважины в следствии лучшего контроля за проходкой


      Недостатки в сравнении с одноточечными приборами


      Их можно использовать только с забойными двигателями, так как колонна бурильных труб не должна вращаться

      Невозможность производства надежной инклинометрии вблизи обсадных труб, упущенных в скважину предметов и при наличии соседних скважин Зонд должен подниматься при наращивании бурильной колонны, если не

      применяется переводник с боковым входом


      Кабельн ая/ импульсная система - измерение параметров скважины в

      процессе бурения


      Особенностью системы измерения параметров скважины в процессе бурения (ИПБ) является получение информации из скважины во время бурения и использование полученной информации для принятия решений по ведению бурения. Данные магнитных измерений получают с помощью электронного компаса. Но в отличие от предыдущей системы, которая хранит информацию, ИПБ кодирует данные замеров и посылает их в виде импульсов промывочной жидкости вдоль бурильной колонны, а на поверхности их дешифрует. В этом случае данные замеров получаются в режиме реального времени и используются в процессе принятия решений направленного бурения.

      Датчики, используемые в ИПБ приборе, имеет такую же конструкцию как и датчики, используемые в электронной одноточечной и многоточечной магнитной системе, т.е. гравитационные акселерометры и феррозондовые магнитометры. Основные элементы ИПБ могут быть подразделены на наземное и погружаемое в скважинное оборудование. Скважинное оборудование обеспечивает получение данных измерений кривизны и пересылку их на поверхность. Наземные компоненты ответственны за получение и дешифровку получаемых данных инклинометрии и отправку результатов на буровую для использования бурильщиком направленного бурения.


      Основные составляющие скважинного оборудования


      • Датчики для получения необходимой информации.

      • Передатчик для посылки данных на поверхность. Микропроцессор или управляющая система, контролирующая исполнение прибором различных функций.

      • Источник питания.


    Основные составляющие наземного оборудования

    • Установленный на стояке датчик давления для регистрации изменений давления и их преобразования в электрические сигналы


      компьютер

      для обработки

      результатов

      Монитор

      на

      буровой для

      просмотра результатов

      измерений

      • Наземный

      бурильщиком

      image


      Для получения надежных результатов инклинометрии скважинный прибор системы ИПБ должен быть помещен в КНБК с немагнитными УБТ.

      Преимуществом системы ИПБ перед управляющим инклинометром является способность передавать данные замеров на поверхность без использования кабеля. Наиболее распространенным средством передачи данных является импульсы давления промывочной жидкости. Основное различия между существующими системами передачи данных с помощью бурового раствора заключаются в методе передачи информации. Для передачи данных с забоя скважины на поверхность используют следующие методы:

      Система положительных импульсов Система отрицательных импульсов Система непрерывных волн

      Инклинометрическая информация, получаемая с помощью ИПБ, включает: Азимут ствола скважины, Зенитный угол, Угол установки отклонителя.При необходимости, для магнитного азимута ствола скважины возможно также использование коррекции по методу Короткой УБТ.


      Система положительных импульсов


      В системе положительных импульсов используется находящееся в скважине устройство для ограничения потока бурового раствора проходящего через колонну бурильных труб, что вызывает увеличение давления в буровых трубах. Для передачи данных на поверхность это устройство создает серию импульсов, которые принимаются датчиком давления и дешифруются наземным компьютером.

      image


      Система отрицательных импульсов


      В системе отрицательных импульсов используется находящееся в скважине устройство для выпуска небольшого объема бурового раствора в межколонное пространство, что вызывает уменьшение давления в бурильной колонне. Для передачи данных на поверхность устройство создает серию импульсов которые принимаются датчиком давления и дешифруются наземным компьютером. .


      image


      Система непрерывных волн


      В отличие от предыдущих методов, в системе непрерывных волн не создается явных импульсов давления. Погруженная в скважину система создает регулярные возмущения давления которые в сути своей являются стоячей волной. Для передачи данных меняется фаза стоячей волны. Наземное оборудование регистрирует смещение фазы пульсаций давления. Эта система обеспечивает передачу данных с большей скоростью чем ранее описанные системы, но сложность как наземного так и скважинного оборудования ограничивает ее широкое использование.

      image


      Кабельная/ импульсная система - магнитный пластовый наклономер


      Этот тип опускаемой на кабеле системы магнитной съемки часто называют системой наклонометрического каротажа. Основным назначением измерителя углов наклона является измерение величины и направления падения осадочных пластов, таких как плоскости напластования. Этот прибор также производит измерение азимута, зенитного угла и кавернометрию ствола скважины. Зенитный угол измеряется с помощью гравитационных акселерометров. Азимут ствола скважины определяется магнитометрами. Но в отличие от вышеупомянутой ЭСС пластовый наклонометр должен работать с многожильным кабелем в необсаженной скважине.

      Данные из скважины передаются по кабелю на наземный компьютер и обрабатываются им в результаты измерений. Данные из скважины передаются непрерывно так, что интервалы между замерами могут быть очень малыми. Скважина может быть исследована при спуске прибора (замеры при спуске) "гладко", с втянутым нутрометром, или при подъеме из

      скважины (съемка на подъеме). Если замеры производятся при спуске, истинная геометрия скважины может быть не измерена из-за плохой центровки. Если измерения производятся при подъеме из скважины, истинная геометрия скважины может быть не определена из-за некруглости необсаженной скважины.

      Этот инструмент обычно запускают для получения данных об угле падения пластов, а инклинометрические измерения производятся как попутные. Для проведения только инклинометрических измерений прибор используется редко.


      Кабельная/ импульсная система - введение в электронные

      гироскопические системы


      Электронные гироскопные системы предназначены для обеспечения получения более точных и более своевременных данных, чем системы многоточечной фотографической съемки. Электронный гироскоп должен опускаться на кабеле. Наземное оборудование способно как посылать, так и передавать информацию по этому кабелю. Одним из основных преимуществ систем этого типа является возможность управления электронным гироскопом в реальном времени. Система состоит из опускаемого в скважину зонда и наземного компьютера. Существует три гироскопических системы, передающие данные замеров по кабелю. Это:

    • Гироскоп со стабильной платформой

    • Самонаводящийся на Север гироскоп

    • Ориентир с наземной регистрацией


    Кабельная/ импульсная система - гироскопическая система


    Порядок работы


    Обычно порядок работы Гироскопа со стабильной платформой подобен использованию фотографической системы, с той разницей, что данные собираются в наземный компьютер, а не фиксируются на пленке. Перед спуском в скважину гироскоп должен быть сориентирован по известному географическому опорному направлению. После ориентации прибор опускается в скважину, на кабеле с остановками в предписанные для замеров моменты. Периодически прибор сохраняется в неподвижном состоянии в течение времени необходимом для записи характеристики (смещения). Обычно остановки для замера делаются во время спуска в скважину с нескольким контрольными съемками во время подъема. По возвращению на поверхность гироскоп ориентируется по использованному перед запуском опорному направлению. В отличие от фотографической системы результаты замеров могут быть получены моментально так как нет необходимости проявлять пленку, считывать и обсчитывать показания.


    Кабельная/ импульсная система - система

    инклинометрии с самонаводящимся на Север


    Порядок работы

    гироскопом


    Порядок работы с самонаводящимся на Север гироскопом различен в разных компаниях. Все системы опускаются на кабеле для обеспечения связи зонда с наземным компьютером. Одни системы осуществляют запись данных замеров при спуске в скважину, другие при подъеме, а третьи записывают данные замеров как при опускании, так и при подъеме прибора. Обычно этот гироскоп самонаводится на Север в начале съемки и сохраняет эту ориентацию в процессе замеров.

    Системы которые самонаводятся на Север в каждом пункте спускаются в скважину до места съемки и держатся в неподвижном состоянии пока прибор не стабилизируется. Обычно это занимает 45-60с. После записи результатов замера прибор перемещают к следующему пункту съемки. Расчет результатов съемки производится в каждом пункте так, что когда сделаны все остановки для съемок, могут быть получены сразу окончательные результаты съемки .

    Системы, самонаводящиеся на Север в начале съемки и потом сохраняющие эту ориентацию, опускаются в вертикальную часть скважины и выдерживаются до тех пор, пока прибор ориентируется. Это занимает от

    15 до 60 минут. После того как прибор сориентирован, он движется от одного пункта замеров с короткими остановками или вовсе без остановок. Обработка результатов замеров производится одновременно с движением прибора.


    Оценка результатов


    Электронные гироскопические системы инклинометрии должны эксплуатироваться квалифицированным оператором. Оператор должен уметь оценить работу гироскопа при запуске прибора. Его опыт позволит заметить ненормальности в работе прибора, которые могут повлиять на точность измерений. Эти системы полагаются на данные, которые оператор должен вводить в наземный компьютер. Если информация неправильная, то и данные инклинометрии будут некорректными.

     

     

     


    Кабельная/ импульсная система - система

    гироскопического инклинометра - ориентатора с

    наземной рагистрацией ( SRO)


    Система замеров (SRO) гироскопом основывается на применении гироскопа с горизонтальным ротором. Гироскоп с горизонтальным ротором соединяется со скважинным зондом, который управляет гироскопом и выдает данные о наклоне. В зонде применен небольшой магнит, прикрепленный к гироскопу для определения его направленности. Зенитный угол измеряется двумя гравитационными акселерометрами обеспечивающими

    точность измерения наклона при углах до 30° приблизительно. Прибор не предназначен для проведения вычисления результатов окончательной

    инклинометрии, и его следует использовать для ориентировки в условиях магнитных возмущений.

    Порядок пр име нения

    Как и другие гироскопы, инклинометр SRO должен спускаться на кабеле. Обычный порядок использования таких приборов аналогичен работе с фотографической гироскопной системой, с той разницей, что данные записываются наземным компьютером, а не фиксируются на пленку. Гироскоп должен быть ориентирован на известное опорное географическое направление на земле перед спуском в скважину.

    После ориентировки инструмент опускается в скважину до переводника башмака. При спуске должны делаться периодические остановки для контроля дрейфа и его коррекции. Инструмент устанавливается в переводник башмака, а на поверхности получают данные съемки для использования бурильщиком направленной скважины. Любые изменения в ориентации башмака (из-за вращения бурильной колонны), можно наблюдать на поверхности. Когда бурильная колонна сориентирована, прибор возвращается на землю с периодическими остановками для контроля дрейфа. По возвращению на поверхность гироскоп направляется на то же опорное направление, которое использовалось перед его запуском в скважину. После этого вносятся поправки на дрейф для получения окончательных данных об ориентации скважины.

    Эта система используется для ориентации КНБК до тех пор, пока скважина не пробурена достаточно глубоко, чтобы убрать переводник башмака из зоны магнитных возмущений. После этого может быть использована управляющая система для ориентации бурильной колонны. Управляющий прибор может оставаться в башмаке во время бурения. Прибор SRO должен быть удален из бурильной колонны, когда ведется бурение.


    Обзор систем измерений



    ПРИБОР

    ФУНКЦИЯ

    НАЗНАЧЕНИЕ/ПРИМЕНЕНИЕ

    Магнитный одноточечный инклинометр Фотографическая система

    Фотографирует изображение одноточечного замера, используется при бурении

    Проверка наклона и азимута, Изменение направления скважины/угла установки отклонителя

    Магнитный многоточечный фотоинклинометр

    Регистрация снимков многоточечных замеров после бурения скважины

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы троектории скважины

    Электронный магнитный одноточечный инклинометр

    Регистрирует запись

    однократной съемки,

    используется при бурении скважины

    Проверка наклона и азимута, Изменение направления скважины/угла установки отклонителя

    Электронный магнитный

    Регистрация данных многоточечной съемки

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы


    многоточечный инклинометр

    после бурения скважины

    траектории скважины

    Управляемая магнитная система

    Непрерывные инклинометрические замеры и замеры угла установки отклонителя в процессе бурения и передает на поверхность по кабелю

    Проверка наклона и азимута, Изменение направления скважины/угла установки отклонителя

    ИПБ (MWD)

    Непрерывные инклинометрические замеры и замеры угла установки отклонителя в процессе бурения и передает на поверхность посредством пульсаций промывочной жидкости

    Проверка наклона и азимута, Изменение направления скважины/угла установки отклонителя

    Гироскопический одноточечный фотоинклинометр

    Фоторегистрация одноточечных замеров, используется при бурении скважины

    Проверка наклона и азимута, Изменение направления скважины/угла установки отклонителя

    Многоточечный . фотоинклинометр

    Фоторегистрация многоточечной съемки после бурения скважины

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы траектории

    Стабилизированная по направлению гироскопическая система

    Управляемая в реальном времени съемка, после бурения

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы траектории

    Самонаводящаяся на север система

    Управляемая в реальном времени съемка, после бурения

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы траектории

    Инерциальная навигационная система

    Управляемая в реальном времени съемка, после бурения

    Проверка наклона и азимута, Составление диаграммы траектории

    Наземно ориентируемая система

    Управляемый в реальном времени сбор данных съемки и угла установки отклонителя в процессе бурения скважины

    Проверка наклона и азимута,


    Точность инклинометрических измерений


    Магнитная окружающая среда - Контроль качества измерений


    Иногда наиболее легким решением является сделать выбор между применением магнитных приборов для съемки и гироскопических приборов. Это решение определяется наличием магнитной окружающей среды в

    месте применения приборов для измерений. ..Если определено , что окружающая среда содержит источники возмущения магнитного поля (т.е. внутри обсадных труб, вблизи имеются соседние скважины, внутри магнитных пластов), то должны быть использованы гироскопические приборы для определения азимута. Когда выявленным источником магнитных возмущений является только бурильная колонна, а другие источники возмущений отсутствуют, тогда азимут может быть вычислен по данным съемки магнитными приборами с использованием поправки на короткую УБТ. Это может быть сделано только при условии применения электронных компасов, с феррозондовыми магнитометрами и гравитационными акселерометрами, механические компасы в этом случае не годятся.

    В зависимости от требуемого типа тулфейса, гравитационного или магнитного, окружающая среда может накладывать ограничения на тип прибора. Магнитные тулфейсы не следует использовать тогда, когда имеются источники магнитных возмущений в окружающей среде. В таких условиях следует применять гравитационные тулфейсы для управления и ориентации бурильной колонны.

    Наличие источников магнитных возмущений в окружающей среде обычно не влияет на измерения зенитных углов. Так что, зенитный угол можно считать правильным не зависимо от того получен ли он в результате съемки магнитными или гироскопными инклинометрии.


    Точность измерений


    Требования к точности измерений для каждой скважины зависят от конкретных условий.


    Факторы влияющие на определение точности измерений


    1. .Исключение пересечений - этот фактор наиболее важен для верхнего участка «кустовых» платформ.

    2. .Конгроль в процессе бурения - Главным требованием для инклинометрии в процессе бурения является постоянство так, чтобы тенденции набора кривизны и ухода могли быть точно оценены и могли быть предприняты соответствующие действия по исправлению.

    3. .Попадание в Цель - Точность, с которой определено положение скважины по направлению к Цели, является главным показателем эффективности бурения направленных скважин.

    4. .Геологическая/геофизическая интерпретация - для геологов необходимо точно знать положение забоя скважины для получения надежных данных о геологической структуре.

    5. .Бурение вспомогательной скважины - На точность определения траектории при бурении вспомогательных скважин накладываются самые жесткие требования, существенно более высокие, чем в ранее описанных случаях.

    Выбор системы измерений

    Точность инклинометрических измерений может определяться типом системы инклинометрии, примененной для измерений в скважине. По назначению системы инклинометрии могут быть разбиты на три типа

  • Управляющая/ориентирующая

  • Контролирующая траекторию скважины

  • После бурения


    "Управляющая/ориентирующая" система предназначена для проведения замеров и получения информации о забое для зарезки нового ствола или отклонения бурильной колонны. "Контролирующие траекторию скважины" системы предназначены для получения данных в течение коротких периодов в процессе бурения. Системы "После бурения" съемки предназначены для спуска в скважину, после того как бурение закончено.

    Обычно магнитные приборы опускаются в скважину во время подъема бурильных труб, а гироскопические приборы используют после установки обсадных труб. Эти системы обычно считаются более точными, чем две другие ("Управляющая/ориентирующая" и "Контролирующая траекторию скважины"), причем гироскопные системы наиболее точны.


    Представление точностных характеристик


    Традиционно точность приборов оценивается одним из двух методов.


    1. Допуски на измерения зенитного угла и азимута

      В первом методе указываются допуски на зенитный угол и азимута (т.е

      .зенитный угол

      +/-О,2град или азимут +/-1.5град). Часто приведенные цифры относятся к идеальным условиям и не учитывают возможного влияния установки прибора, геометрии скважины и ее положения.


    2. Ошибка горизонтального смещения

    По второму методу даются погрешности определения горизонтального смещения в зависимости от глубины по стволу скважины (т.е. 5 футов (1,5м) на 1000 футов (300м) измеряемой скважины). Без дополнительной информации о геометрии и положении скважины эти цифры не являются надежными.


    Анализ результатов измерений


    До недавнего времени при анализе данных инклинометрии направленных скважин применялось много методов.

    Интуиция. Устаревший в настоящее время метод в основном основывался на интуиции и опыте. В этом случае данные инклинометрии, полученные с помощью прибора, обычно подвергаются детальному изучению персоналом обслуживающим работу прибора. В зависимости от типа прибора эти проверки могут включать как общую оценку нескольких параметров, так и детальный анализ определенных значений.

    Это может быть величина смещения, скорость изменения уровня

    смещения, выбросы на диаграмме смещения, сравнение результатов полученных на подъеме и спуске, а также расхождения между данными разных приборов магнитной многоточечной съемки.

    Стандарты компании. Иногда, уровень требований по принятию или отбраковке результатов определяется стандартами комиссии, которые получены из опыта эксплуатации конкретного прибора.

    Статистические исследования. Только очень недавно появилась тенденция к отказу от выше описанных методов и переход к стандартам основанным на статистических оценках поведения приборов. Это во многом стало возможным после появления высокоточных гироскопических и магнитных приборов, в связи с применяемыми в них средствами обработки данных в месте расположения скважины.

    Выбор правильных результатов из данных съемок. Если нужно сравнить результаты съемки сделанной двумя разными системами, возникает проблема как решить какие результаты правильнее.

    Результаты основанные на доверии. В прошлом, инженеры-буровики предпочитали замерам, сделанным прибором, которому они доверяли. Это в основном гиросъемка около поверхности и магнитная многоточечная съемка или ИПБ для глубинной съемки, где меньше магнитных помех и выше зенитные углы.

    Результаты получаемые на передовом оборудовании. Достижения в области оборудования для инклинометрии наклонных скважин, как магнитного так и гироскопического, значительно улучшили процесс принятия решений для инженеров, работающих на

    скважине. Современные приборы обеспечивают возможности сбора дополнительной информации, с помощью которой можно четко оценить достигнутую точность измерений.

    В общем, опыт показывает, что не следует полагаться только на результаты измерения одного параметра, например, на разницу в координатах забоя разных съемок. При этом подходе могут быть скрыты важные отклонения в поведении прибора, которые могут иметь большое влияние на общие эксплуатационные характеристики системы. Очень важной может быть проработка правильных оценок возможных проблем с результатами замеров и их предельной точностью.

    Сравнение Т-образных диаграмм. В общем для сравнения разных замеров полезны графики на которых отложены значения наклона и азимута в зависимости от глубины съемки. Эти диаграммы обеспечивают инженера- буровика качественным взглядом на проблемы использования прибора. Эти проблемы могут быть связаны с ошибками вызванными определением глубины, выбегом каната, или большими невязками из-за начального отклонения от оси или магнитных помех.

    Однако инженер-буровик должен понимать, что невозможно количественно оценить разницу между результатами замеров. Инженер может провести только качественную оценку, а свое заключение должен основывать на опыте.


    Сопоставление результатов съемки ИПБ и высокоточной гироскопической


    image


    Возможные источники ошибок при инклинометрии скважин


    1. Приборы для измерений/Датчики

    2. Условия в скважинах

    3. Месторасположение скважины

    4. Метод расчетов

    5. Обслуживающий персонал


    Обзор инструментальных ошибок


    Инструментальные ошибки. Наиболее очевидным источником ошибок компаса является сам прибор. Предприятие, производящее измерения должно обеспечить, чтобы их компасы были соответствующим образом проверены на работоспособность в диапазоне углов наклона и азимутов ожидаемых в скважине. Отбраковка буссолей до того, как они попадают на скважину, повысит точность съемки и повторяемость результатов. Сервисные предприятия должны улучшить процедуры, гарантирующие качество и контроль качества (ГК/КК) и разработать простые проверки для оценки действительных характеристик.

    Для выявления неправильных результатов при использовании систем магнитной съемки применяют повторные съемки. Различия между результатами чередующихся съемок должны быть тщательно проанализированы, так как причиной разброса показаний могут быть магнитные возмущения.

    Источники магнитных помех могут быть "горячие точки" на немагнитных УБТ, намагниченная бурильная колонна или возмущения магнитного поля от стабилизаторов, прилегающих обсадных труб и железных деталей инструмента. При спуске ЭСС для выявления возмущений может быть использован контроль за значениями магнитного и гравитационного поля и значениями угла наклона, измеряемыми самим прибором.

    Для точности гироскопической съемки важное значение имеет улучшение ГК/КК процедур. В частности гироскопические приборы очень чувствительны к ударам при транспортировке и при спуске в скважину. Для

    оценки надежности результатов съемки результаты калибровки, проводимой до и после запуска, необходимо сравнивать с заводской калибровкой.

    Гирокомпасы, в которых используется картушка компаса, перед запуском в скважину для съемки должны быть сориентированы на поверхности. Все ошибки связанные с наземной ориентацией прибора перейдут в ошибки измерений в скважине. Дрейф гироскопа с горизонтальным ротором не постоянен, так что путем периодического контроля за дрейфом (расчетный дрейф) делаются соответствующие допущения. После возвращения прибора на поверхность результаты контроля могут быть использованы для подгонки диаграммы линейного смещения (наблюдаемый дрейф). Разница между наблюдаемым и расчетным дрейфом называется схождением. Хорошие уравновешенные роторные гироскопы должны иметь малое схождение- менее 2° за час съемки .Так как большинство гироскопических замеров производятся во время

    спуска, проверочный замер может быть выполнен на тех же глубинах при подъеме. Его целесообразно осуществлять при наклонах более 10° причем разница должна быть в пределе 1°. При наклоне скважины менее 10° разброс может выходить за 1°, что не говорит о хороших эксплуатационных характеристиках прибора. Из-за применяемой конструкции карданова кольца большинства гироскопов, имеются ограничения по углам наклона, в которых гироскоп надежно работает. Эксплуатационные характеристики гироскопов имеют тенденцию ухудшаться при замере скважин с наклоном более 70° из-за установленных ограничителей перемещения карданова кольца. Точность измерения инерциальной навигационной гироскопической системы не зависит от угла наклона скважины благодаря специальной конструкции.

    Плохая центровка. Плохая центрировка прибора для съемки приводит к ошибкам измерения наклона, которые могут иметь любую направленность. Вращение прибора между остановками позволяет частично уменьшить этот эффект. Так как гироскоп обычно опускается в обсадные трубы, ошибки центровки могут быть исправлены с помощью поправок на смещение оси или на положение истинного центра. Это особенно полезно на вертикальных скважинах. На точность измерений могут оказывать влияние и несоосности прибора, допущенные при изготовлении или подготовке к замерам. Несоосность может влиять на точность компасов, инклинометров гироскопов или электронных приборов съемки. Несоосность следует исправлять в мастерской. В наклонной части скважины, угол наклона прибора может отличаться от угла наклона скважины вследствие натяжения кабеля и неодинакового сжатия центрирующих устройств. Для того чтобы избежать сжатия центрирующих устройств, некоторые компании используют стальные ролики для центровки приборов съемки в наклонных стволах скважин.

    Устройство вспомогательного оборудования. Устройство вспомогательного оборудования также важно в аспекте оценки достигаемой точности съемки. Устройство и расположению центратора влияют на способность прибора определять положение скважины вдоль ее реальной оси.

    Расположение центраторов слишком далеко друг от друга вызывает

    перекос прибора и приводит к получению заниженных значений углов. Смещение КНБК могут приводить к ошибкам измерения наклона при магнитной инклинометрии. Это следует учитывать при принятии решений по результатам инклинометрии.


    Условия в скважине


    Температура. Основным фактором, влияющим на точность съемки, является температура в скважине. Калибровка прибора по температуре проводится в установившихся условиях, когда температура одинакова во всем приборе. При съемке в скважине это условие никогда не выполняется. В большинстве ЭСС применяются приспособления для регулирования температуры, чтобы обеспечить возможность работы в скважине. Другая проблема связанная с температурой, это предельные температуры. Для всех систем инклинометрии имеются максимальные

    температуры, которые не рекомендуется превышать без риска возможного повреждения прибора или потери надежности результатов измерений. Системы инклинометрии на фотопленку могут быть повреждены полностью или частично так, что точное считывание данных съемки становится невозможным. Величина смещения гироскопов также меняется при превышении предельной рабочей температуры. В этом случае следует делать дополнительные проверки для контроля изменения смещения.


    Геометрия скважины. Геометрия скважины также может влиять на точность измерений. Инклинометрия скважин, в которых резко меняются наклон или азимут, должна производится с более короткими интервалами для записи резких изменений. Если точки замеров далеко отстоят друг от друга съемка не отразит все изменения в наклонах и направлениях скважины; и таким образом даст не точные данные. Нормальное расстояние между точками магнитной съемки составляет 90 футов (27м). Гироскопная съемка производится через 100 футов (30м). Как указывалось ранее точность гироскопических систем падает при наклонах скважины больше 70°.


    Направление скважины.

    Точность съемки магнитными приборами снижается при замерах в направленных скважинах, пробуренных в западном или восточном направления (т.е. магнитные помехи от бурильной колонны больше если она расположена в направлении запад-восток по сравнению с север-юг). Для достижения точных замеров следует использовать другие методы инклинометрии. Для расположенных так скважин используют гироскопические системы.


    Местоположение скважины


    Физическое местоположение скважины. Физическое местоположение скважины может влиять на характеристики приборов съемки и точность замеров. Использование магнитных приборов в области крутопадающих

    пластов связан со снижением точности измерений. Гироинклинометрия SRO в этих местах так же имеют пониженную точность. С современными самонаводящимися на север гироскопическими системами проблемы начинаются на широтах

    выше 70°. На этих широтах сужается диапазон измеряемых направлений. При удаленном расположении скважин или при их расположении в открытом море может потребоваться использование менее точных фотоинклинометрических систем. Высокоточные системы не могут применяться если их нельзя доставить до скважин экономно.

    Отсутствие электроэнергии. Недостаток соответствующих источников электроэнергии может быть проблемой на удаленных скважинах. На некоторых удаленных буровых только собираются первичные данные, а для дальнейшей обработки передаются в контору. Точность съемки не может быть оценена пока обработанные данные не вернутся на буровую. Это может быть неудобно, когда из-за неудовлетворительных результатов требуются повторные замеры.

    10.6.4 Методы вычислений

    Когда-нибудь результаты разных замеров будет необходимо сравнивать и оценивать. Если данные замеров обсчитываются разными методами, то результаты могут иметь расхождение. Для сопоставления результатов замеров, сделанных разными приборами, данные замеров должны быть обработаны одним методом. Хотя, выбор метода вычислений определяется требованиями к точности замеров.

    Для получения высокой точности требуется применение способов радиуса кривизны или наименьшей кривизны, что обычно делается с использованием персонального компьютера. Менее точные результаты могут быть получены с помощью метода средних углов, эти расчеты можно выполнить вручную. Использования способа касательных следует избегать, по возможности.

    Данные измерений в пункте испытательной скважины Сперри-Сан в Дрессер Центре в Хьюстоне (Техас) были для сравнения обработаны разными методами перечисленными выше(тангенциальным, усреднения по углам, радиуса кривизны и минимальной кривизны). Как можно видеть из результатов обработки в нижеприведенном примере, наблюдаются малые различия в результатах определения смешения за исключением результатов, полученных способом касательных.


    Пример


    Испытательная скважина Сперри-Сан

  • Полная глубина - 5.985 футов

  • Максимальный угол- 26°

  • Интервал замеров - приблизительно 62 фута

  • Вертикальный ствол 4.064 фута, затем набор кривизны до 26° до 5.985 Сравнение методов обсчета результатов замеров


    Способ расчета

    Фактическая вертикальная глубина , фут (отклонение от действительного)

    Смещение , фут

    (отклонение от действительног о)

    Тангенциальный

    -3,34

    + 13.94

    Усреднения по углам

    -0,00

    -01,06,

    Радиус кривизны

    -0.03

    -00,68

    Минимальной кривизны

    -0,00

    -00,00

    Эти результаты были получены на наклонной части ствола длиной 1900 футов. Разница результатов, получаемых тангенциальным методом будет возрастать по мере увеличения длины отклоненного участка или полной длины. Метод

    усреднения по углам более практичен при вычислениях в полевых условиях и следует его использовать, когда недоступно сложное вычислительное оборудование. Эти данные должны быть помечены "полевые результаты". При камеральной обработке следует использовать более точный метод для вычисления окончательных результатов для использования оператором. Когда оператору нужно сравнить результаты двух или более сьемок, необходимо для точного сопоставления данных использовать стандартизированные методы расчета.


    Персонал производящий измерения


    Соответствующее обучение и опыт. Персонал, осуществляющий измерения, несет ответственность для исключения простейшего типа ошибок, обусловленных человеческим фактором. Персонал, осуществляющий замеры, должен знать оборудование для измерений, используемое им. Они должны быть обучены правильному применению оборудования, включая процедуры проверки приборов в мастерской, устройство оборудования на буровой площадке, проведению замеров, обработке данных на поверхности и проверку окончательных результатов на соответствие принятым стандартам. Обученный оператор должен работать под контролем опытного специалиста до тех пор пока он не наберется достаточно полевого опыта для успешного проведения замеров самостоятельно. При завершении подготовки профессиональною оператора нельзя опускать полевую практику.

    Навыки правильного измерения глубины. Как говорилось ранее, необходимо три вида данных для производства заключения по замеру кривизны направленной скважины:

    • Наклон (зенитный угол)

    • Направление скважины (азимут)

    • Измеренная глубина скважины

В обязанности оператора входит получение точно измеренных значений глубины и правильной привязки получаемых данных к соответствующей глубине. Для магнитной съемки это длина колонны, а для гироскопной

съемки глубина опускания кабеля. Количественные показания датчика перемещения для приборов электронной инклинометрии собираемые при спуске в скважину и подъеме прибора могут быть получены только при условии абсолютного контроля за глубиной. Некоторые компании, производящие инклинометрию, уже используют специальный счетчик для качественной выверки (контроля) глубины.

Счетные колеса на кабельных лебедках должны периодически проверяться для обеспечения правильной работы. Для магнитной инклинометрии пока поднимаются бурильные трубы, измерение каждой трубы вместо измерение средней длины улучшит контроль точности инклинометрии. За исключением инерциальной навигационной системы, для получения точных результатов замеров во всех системах требуется прецизионный контроль глубины.

Контроль эксплуатационных характеристик приборов. Наиболее ответственной задачей персонала является контроль за работоспособностью приборов и выявление всех неисправностей. Затем можно принять количественные решения о необходимых мерах для их исправления. Современные ЭСС кажутся менее сложными в эксплуатации. Требуется только опустить прибор в скважину, нажать несколько клавиш на компьютере и результаты съемки появятся сами. Старая поговорка "мусор засунешь - мусор получишь", применяемая к персональным компьютерам, в равной мере применима к используемому в настоящее время оборудованию для инклинометрии.

Магнитные отклонения, напряженность поля и величины падения крутопадающих пластов обычно берутся из компьютерных программ или диаграмм (диаграммы использовались в прошлом, а настоящее время пользуются программами). В случае использования диаграмм, интерполяция затруднена из-за того, что линии сильно разнесены. Ошибки связанные с магнитным склонением повлияют на результаты всей съемки. Это влияние будет наблюдаться как при магнитной инклинометрии, так и гироскопической с наземным ориентированием. Электронные магнитные приборы требуют точных исходных данных о склонении, магнитном поле и наклоне пластов для гарантированной качественной съемки и получения точных результатов. Электронные гироскопические приборы требуют точного знания географической широты для обеспечения качественной съемки.


Заключение о контроле качества измерений


Запомните, что повторяемость результатов необходимое, но недостаточное условие получения действительных результатов съемки. Для повышения общего уровня качества съемки необходимы существенные усилия, направленные на контроль за состоянием приборов, немагнитных УБТ, состава КНБК, контроль за проведением съемки. Автоматизация процесса измерений, связанная с внедрением нового поколения электронных приборов, также вносит вклад в повышение качества замеров. Однако следует понимать, что невозможно улучшить качество, выше точности, присущей применяемым методам. Для достижения более высокой точности потребуется использование новых технологий: т.е. лазерных гироскопов,

твердотельных гироскопов, ИПБ приборов с гироскопическими датчиками, и развитие программного обеспечения для лучшей обработки первичных данных инклинометрии.


ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ


Для использования диаграммы оцените зенитный угол и азимут скважины. Найдите соответствующий угол слева в нижнем квадранте (1). Следуйте по кривой до соответствующего значения азимута (2,3). Проведите вертикальную линию до пересечения с кривой подходящего географического положения(4).

На левой шкале прочитайте требуемую длину немагнитной УБТ (5), а на правой шкале считайте оптимальное положение датчика (б).


Пример


Географическое положение Северное море Зенитный угол 45°

Азимут 245°


Приведенный азимут 245-180=65° от юга


С диаграммы


Оптимальная немагнитная УБТ 161фут


Оптимальное положение 80+футов


image


Долото и ближайший к долоту центратор ниже немагнитной УБТ (т.е. роторная компоновка)


image

Диаграмма задающая длину немагнитной УБТ и датчика Долото и 30-футовый забойный двигатель/УБТ ниже немагнитной УБТ Компоновка с забойным двигателем


image

Диаграмма задающая размеры немагнитного удлинителя и датчика Долото и 30-футовая турбина ниже немагнитной УБТ

image

 

 

////////////////////////////