RU2030574C1 - Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer - Google Patents

Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer Download PDF

Info

Publication number
RU2030574C1
RU2030574C1 SU4942868A RU2030574C1 RU 2030574 C1 RU2030574 C1 RU 2030574C1 SU 4942868 A SU4942868 A SU 4942868A RU 2030574 C1 RU2030574 C1 RU 2030574C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
along
axes
azimuth
well
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.И. Григорьев
Л.Б. Голубев
А.В. Жилинский
Ю.С. Зоров
А.А. Иванов
А.П. Орлов
С.В. Прозоров
А.В. Федоров
Н.А. Цепляев
Original Assignee
Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Раменское приборостроительное конструкторское бюро filed Critical Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority to SU4942868 priority Critical patent/RU2030574C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2030574C1 publication Critical patent/RU2030574C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: precise instrumentation engineering. SUBSTANCE: method is based on measurement of free fall acceleration and angular velocity by three mutually perpendicular axes. Angular velocity is measured by two two-degree-of-freedom gyros whose bodies are successively installed in position of 0 and 180 deg. Then, Earth angular velocity is determined as half-difference of measured angular velocity with gyro bodies in positions of 0 and 180 deg. Well drift angle is calculated with consideration of measured values by given mathematic relation. Inclinometer has meters of acceleration by three mutually perpendicular axes and angular velocity by same axes on the base of two-degree-of-freedom gyros whose outputs are connected to drift angle computer. Angular velocity meter is provided with two turning axles, two actuating mechanisms and two supports for execution of turning of gyro body. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано, например, для обследования (инклинометрии) скважин. Обследование обсадной скважины в последовательных точках означает определение углов вертикали и азимута скважины в каждой точке остановки бура. The invention relates to precision instrumentation and can be used, for example, for inspection (inclinometry) of wells. Survey of a casing well at successive points means determining the vertical angles and azimuth of the well at each drill stop point.

Известен способ определения азимута обсадной скважины в последовательных точках посредством гироскопического инклинометра, включающий в себя последовательные операции: горизонтирование трехстепенного гироскопа, определения угла между осью инклинометра и вектором кинетического момента трехстепенного гироскопа, т.е. угла азимута, и преобразования этого угла в электрический сигнал посредством индукционного датчика. A known method for determining the azimuth of a casing well at successive points using a gyroscopic inclinometer, which includes sequential operations: leveling a three-stage gyroscope, determining the angle between the axis of the inclinometer and the kinetic moment vector of a three-stage gyroscope, i.e. azimuth angle, and converting this angle into an electrical signal by means of an induction sensor.

Известен гироскопический инклинометр, включающий устройство определения вертикали места на базе маятника со съемом угла от индукционного датчика; устройство определения азимута скважины на базе трехстепеннего гироскопа с системой горизонтирования со съемом угла от индукционного датчика. Недостатком инклинометра является наличие ошибок в определении азимута скважины от дрейфа трехстепенного гироскопа, от ошибок индукционного датчика. Дрейф трехстепенного гироскопа складывается из собственного дрейфа гироскопа и из прецессионного движения гироскопа от момента трения на азимутальной оси (ось Z, совпадающая с продольной осью инклинометра), на которой установлен также ротор индукционного датчика. В известном инклинометре ошибка в определении азимута от влияния дрейфа гироскопа имеет возрастающий во времени характер. Known gyroscopic inclinometer, including a device for determining the vertical position at the base of the pendulum with the removal of the angle from the induction sensor; a device for determining the azimuth of a well based on a three-stage gyroscope with a leveling system with a removal of the angle from the induction sensor. The disadvantage of the inclinometer is the presence of errors in determining the azimuth of the well from the drift of a three-stage gyroscope, from the errors of the induction sensor. The drift of a three-stage gyroscope consists of the gyroscope's own drift and the precession movement of the gyroscope from the moment of friction on the azimuth axis (Z axis, which coincides with the longitudinal axis of the inclinometer), on which the rotor of the induction sensor is also mounted. In the known inclinometer, the error in determining the azimuth from the influence of the gyroscope drift has an increasing character in time.

Цель изобретения - повышение точности определения азимута скважины за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов. The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining the azimuth of the well by eliminating the error from the drifts of gyroscopes.

Предлагаемый способ определения азимута скважины в последовательных точках посредством гироскопического инклинометра включает известные операции:
- измеряют ускорение силы тяжести по трем взаимно перпендикулярным осям;
- измеряют угловую скорость по тем же осям посредством двух трехстепенных гироскопов;
- вычисляют азимут скважины; и включает новые (предлагаемые) операции:
- корпус каждого гироскопа устанавливают последовательно в положения 0о и 180о;
- угловую скорость измеряют в каждом из этих положений;
- угловую скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям ωx, ωy, ωz определяют как полуразность измеренных угловых скоростей при положениях корпусов гироскопов 0о и 180о;
- азимут скважины вычисляют по формуле
Ψ = arctg

Figure 00000001
(1) где gx, gy, gz - значения ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z;
g2 = gx 2 + gy 2 + gz 2;
ωx, ωy, ωz - угловая скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям;
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- значения угловой скорости по трем взаимно противоположным осям X, Y, Z в положениях корпусов обоих гироскопов 0о и 180о;
P = gx ˙ ωx + gy ˙ ωy + gz ˙ ωz.The proposed method for determining the azimuth of a well at successive points by means of a gyroscopic inclinometer includes known operations:
- measure the acceleration of gravity along three mutually perpendicular axes;
- measure the angular velocity along the same axes by means of two three-degree gyroscopes;
- calculate the azimuth of the well; and includes new (proposed) operations:
- the body of each gyroscope is installed sequentially in positions 0 about and 180 about ;
- angular velocity is measured in each of these positions;
- the angular velocity of the earth along three mutually perpendicular axes ω x, ω y, ω z is defined as half the difference of the measured angular velocity gyroscopes housings at positions 0 ° and 180 °;
- the azimuth of the well is calculated by the formula
Ψ = arctg
Figure 00000001
(1) where g x , g y , g z are the acceleration values along three mutually perpendicular axes X, Y, Z;
g 2 = g x 2 + g y 2 + g z 2 ;
ω x , ω y , ω z - the angular velocity of the Earth along three mutually perpendicular axes;
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- values of angular velocity along three mutually opposite axes X, Y, Z in the positions of the bodies of both gyroscopes 0 о and 180 о ;
P = g x ˙ ω x + g y ˙ ω y + g z ˙ ω z .

Поясним новые (предлагаемые) операции подробнее. Let us explain the new (proposed) operations in more detail.

Корпус каждого гироскопа устанавливают последовательно в положения 0о и 180о, т. е. осуществляют разворот каждого гироскопа вокруг собственной оси симметрии, совпадающей с линией вектора кинетического момента. Угловую скорость измеряют в каждом из этих положений.The housing of each gyroscope is sequentially set in the position 0 o and 180 o, m. E. Is performed every turn of the gyroscope about its own symmetry axis coinciding with the line of the angular momentum vector. The angular velocity is measured at each of these positions.

Измеренное значение угловой скорости по трем взаимно противоположным осям X, Y, Z в положение корпусов обоих гироскопов 0о и 180о будет равно:

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
(2)
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
(3) где
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
,
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
- значения угловой скорости (показания трехстепенных гироскопов) по трем взаимно противоположным осям X, Y, Z в положениях корпусов обоих гироскопов 0о и 180о;
ωx, ωy, ωz - проекция угловой скорости Земли на оси X, Y, Z;
ωx др, ωy др, ωz др - дрейф гироскопов по осям X, Y, Z.The measured value of the angular velocity along three mutually opposite axes X, Y, Z in the position of the bodies of both gyroscopes 0 о and 180 о will be equal to:
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
(2)
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
(3) where
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
,
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
- values of angular velocity (readings of three-stage gyroscopes) along three mutually opposite axes X, Y, Z in the positions of the bodies of both gyroscopes 0 о and 180 о ;
ω x , ω y , ω z - projection of the angular velocity of the Earth on the axis X, Y, Z;
ω x dr , ω y dr , ω z dr - the drift of gyroscopes along the axes X, Y, Z.

Уравнения (2) и (3) основаны на следующем:
- поворот корпуса гироскопа на 180о вызывает смену знака в измеренном значении угловой скорости Земли;
- поворот корпуса гироскопа на 180о не изменяет величину и знак собственного дрейфа в показаниях гироскопа;
- дрейф гироскопа на коротком промежутке времени достаточно стабилен.Equations (2) and (3) are based on the following:
- a rotation of the gyroscope by 180 ° causes a change in sign in the measured value of the angular velocity of the Earth;
- rotation of the gyroscope body by 180 ° does not change the magnitude and sign of its own drift in the gyroscope readings;
- the gyro drift for a short period of time is quite stable.

Так как ни вектор кинетического момента, ни вектор угловой скорости Земли не меняют знака, то датчиком момента прецессии гироскопа должен создаваться один и тот же момент независимо от положения 0о или 180окорпуса гироскопа.Since neither the vector of the kinetic moment, nor the vector of the angular velocity of the Earth change sign, then the same moment must be created by the gyroscope precession moment sensor regardless of the position of 0 о or 180 о of the gyroscope case.

Смена знака в измеренном значении угловой скорости Земли ωx, ωy, ωz (уравнения 2, 3) объясняется тем, что поворот корпуса гироскопа на 180о приводит к развороту каждого датчика момента прецессии гироскопа тоже на 180о.The sign change in the measured value of the angular velocity of the Earth ω x , ω y , ω z (equations 2, 3) is explained by the fact that a rotation of the gyroscope by 180 ° leads to a turn of each sensor of the moment of precession of the gyroscope also by 180 ° .

Для сохранения неизменным вектора момента при развороте корпуса гироскопа на 180о в каждом датчике момента произойдет смена знака тока, т.е. смена знака показаний гироскопа от угловой скорости Земли.To preserve the angular momentum vector unchanged in a turn of the gyroscope housing 180 in each of the sensor points in the current will change sign, i.e. change of sign of gyro readings from the angular velocity of the Earth.

При повороте корпуса гироскопа на 180о вектор угловой скорости дрейфа гироскопа, как принадлежность корпуса гироскопа, меняет свое направление на 180о, при этом и датчик момента, на котором формируется момент парирующий дрейф, также поворачивается на 180о. Таким образом, изменению в знаке подвергаются два параметра: угловая скорость и момент, поэтому величина и знак угловой скорости дрейфа в показаниях гироскопов не изменяются при положениях корпуса гироскопа в положениях 0о и 180о.When the gyro body is rotated by 180 about the gyro drift vector of angular velocity, as belonging to the gyroscope housing, changes its direction at about 180, and wherein the torque sensor, which is formed on the parrying point drift, is also rotated through 180 °. Thus, a change in the sign exposed to two parameters: rotational speed and time, so the magnitude and sign of the angular velocity drift in readings gyroscopes do not change under the provisions of the gyro body at positions 0 ° and 180 °.

Из уравнений (2) и (3) получим выражения для угловой скорости Земли в осях X, Y, Z:

Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
(4)
Таким образом угловую скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям ωx, ωy, ωz определяют как полуразность измеренных угловых скоростей при положении корпусов гироскопов 0о и 180о.From equations (2) and (3) we obtain the expressions for the angular velocity of the Earth in the axes X, Y, Z:
Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
(4)
Thus the angular velocity of the earth along three mutually perpendicular axes ω x, ω y, ω z is defined as half the difference of the measured angular velocity at the position of hulls gyroscopes 0 and 180.

Покажем, что информации об угловой скорости Земли в осях трехгранника X, Y, Z, информации об ускорении силы тяжести в тех же осях достаточно для вычисления угла азимута скважины при произвольном угловом положении инклинометра. We show that information about the angular velocity of the Earth in the axes of the trihedron X, Y, Z, information about the acceleration of gravity in the same axes is enough to calculate the azimuth angle of the well for an arbitrary angular position of the inclinometer.

Краткий вывод формулы (1) определения азимута скважины по информации об ускорении силы тяжести, по информации об угловой скорости Земли следующий. A brief conclusion of the formula (1) for determining the azimuth of a well from information about the acceleration of gravity, from information about the angular velocity of the Earth is as follows.

Постановка задачи:
Пусть в трехмерной декартовой системе координат ζ, η, φ заданы два вектора:
a)a)

Figure 00000030
=
Figure 00000031
o,o;g
Figure 00000032
где |g| = 9,8 м/с2 - вектор ускорения свободного падения (вектор силы тяжести);
б)б)
Figure 00000033
=
Figure 00000034
, ωη,
Figure 00000035
- вектор угловой скорости Земли.Formulation of the problem:
Let two vectors be given in a three-dimensional Cartesian coordinate system ζ, η, φ:
a) a)
Figure 00000030
=
Figure 00000031
o, o; g
Figure 00000032
where | g | = 9.8 m / s 2 - gravity acceleration vector (gravity vector);
b) b)
Figure 00000033
=
Figure 00000034
, ω η ,
Figure 00000035
is the vector of the angular velocity of the Earth.

И пусть имеется вектор

Figure 00000036
(направление бурения в данной точке скважины) с произвольной ориентацией.And let there be a vector
Figure 00000036
(direction of drilling at a given point in the well) with an arbitrary orientation.

С вектором

Figure 00000037
связана местная система координат (X, Y, Z) такая, что ось Z направлена по вектору
Figure 00000038
, положение оси X произвольно, ось Y перпендикулярна X и Z.With vector
Figure 00000037
connected local coordinate system (X, Y, Z) such that the Z axis is directed along the vector
Figure 00000038
, the position of the X axis is arbitrary, the Y axis is perpendicular to X and Z.

В местной системе координат измерены проекции векторов

Figure 00000039
=
Figure 00000040
gx, gy, g
Figure 00000041
(5)
Figure 00000042
=
Figure 00000043
, ωy,
Figure 00000044
(6)
Требуется определить угол Ψ между проекциями
Figure 00000045
=
Figure 00000046
, ωη,o
Figure 00000047
и
Figure 00000048
=
Figure 00000049
vζ, vη, o
Figure 00000050
на плоскость горизонта векторов
Figure 00000051
и
Figure 00000052
.The projections of vectors are measured in the local coordinate system
Figure 00000039
=
Figure 00000040
g x , g y , g
Figure 00000041
(5)
Figure 00000042
=
Figure 00000043
, ω y ,
Figure 00000044
(6)
It is required to determine the angle Ψ between projections
Figure 00000045
=
Figure 00000046
, ω η , o
Figure 00000047
and
Figure 00000048
=
Figure 00000049
v ζ , v η , o
Figure 00000050
to the plane of the horizon vectors
Figure 00000051
and
Figure 00000052
.

Угол Ψ и есть искомый азимут скважины. Angle Ψ is the desired azimuth of the well.

Все построения будем вести в местной системе координат |o; x; y; z|. We will conduct all constructions in the local coordinate system | o; x; y; z |.

Уравнение плоскости горизонта, проходящей через начало координат (0; 0; 0) и перпендикулярной

Figure 00000053
, будет иметь вид:
gz ˙ X + gy ˙ Y + gz ˙ Z = 0 (7)
Определим проекции
Figure 00000054
на эту плоскость, т.е.
Figure 00000055
.The equation of the horizon plane passing through the origin (0; 0; 0) and perpendicular
Figure 00000053
will look like:
g z ˙ X + g y ˙ Y + g z ˙ Z = 0 (7)
Define the projection
Figure 00000054
on this plane, i.e.
Figure 00000055
.

Из точки |ωx, ωy, ωz| проведем прямую, перпендикулярную плоскости горизонта, параллельную вектору тяжести

Figure 00000056
=
Figure 00000057
gx; gy; g
Figure 00000058
, выраженную уравнением 8.From the point | ω x , ω y , ω z | draw a line perpendicular to the horizon plane parallel to the gravity vector
Figure 00000056
=
Figure 00000057
g x ; g y ; g
Figure 00000058
expressed by equation 8.

Figure 00000059
=
Figure 00000060
=
Figure 00000061
(8)
Откуда:
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000064
Figure 00000065
Figure 00000066
(9) Найдем точку пересечения этой прямой (9) с плоскостью горизонта, подставив значения X, Y, Z (9) в уравнением плоскости горизонта (7)
gx˙ (ωx + Kgx) + gy˙(ωy + Kgy)+ gz˙(ωz + Kgz) = 0 (10) Откуда K = -
Figure 00000067
= -
Figure 00000068
(11)
Подставим (11) в уравнения прямой (9):
Figure 00000069
Figure 00000070
Figure 00000071
Figure 00000072
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000075
(12) И так проекция
Figure 00000076
на плоскость горизонта, т.е.
Figure 00000077
, будем иметь выражение (13):
Figure 00000078
=
Figure 00000079
-
Figure 00000080
·P; ωy -
Figure 00000081
·P; ω2 -
Figure 00000082
·P
Figure 00000083
(13)
Проекция вектора
Figure 00000084
= (0,0,1) на плоскость горизонта, т.е.
Figure 00000085
определяется аналогично (13) подстановкой ωx = 0, ωy = 0, ωz = 1
Figure 00000086
=
Figure 00000087
-
Figure 00000088
; -
Figure 00000089
; 1 -
Figure 00000090
(14)
Таким образом имеет два вектора
Figure 00000091
и
Figure 00000092
, которые являются проекциями векторов
Figure 00000093
и
Figure 00000094
на плоскость горизонта.
Figure 00000059
=
Figure 00000060
=
Figure 00000061
(8)
From:
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000064
Figure 00000065
Figure 00000066
(9) Find the intersection point of this straight line (9) with the horizon plane, substituting the values of X, Y, Z (9) in the equation of the horizon plane (7)
g x ˙ (ω x + Kg x ) + g y ˙ (ω y + Kg y ) + g z ˙ (ω z + Kg z ) = 0 (10) Whence K = -
Figure 00000067
= -
Figure 00000068
(eleven)
We substitute (11) into the equations of the line (9):
Figure 00000069
Figure 00000070
Figure 00000071
Figure 00000072
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000075
(12) And so the projection
Figure 00000076
on the horizon plane, i.e.
Figure 00000077
, we will have expression (13):
Figure 00000078
=
Figure 00000079
-
Figure 00000080
· P; ω y -
Figure 00000081
· P; ω 2 -
Figure 00000082
· P
Figure 00000083
(13)
Vector projection
Figure 00000084
= (0,0,1) on the horizon plane, i.e.
Figure 00000085
is determined similarly to (13) by the substitution ω x = 0, ω y = 0, ω z = 1
Figure 00000086
=
Figure 00000087
-
Figure 00000088
; -
Figure 00000089
; 1 -
Figure 00000090
(fourteen)
Thus has two vectors
Figure 00000091
and
Figure 00000092
which are projections of vectors
Figure 00000093
and
Figure 00000094
on the horizon plane.

Требуется определить угол азимута, т.е. угол между векторами

Figure 00000095
и
Figure 00000096
.It is required to determine the azimuth angle, i.e. angle between vectors
Figure 00000095
and
Figure 00000096
.

Воспользуемся формулами для двух векторов

Figure 00000097
и
Figure 00000098
.We use formulas for two vectors
Figure 00000097
and
Figure 00000098
.

Скалярное произведение равно:

Figure 00000099
Figure 00000100
Figure 00000101
Figure 00000102
Figure 00000103
(15)
Модуль векторного произведения равен:
Figure 00000104
Figure 00000105
Figure 00000106
(16)
Объединяя выражения (15) и (16), полу- чим (17)
tgΨ =
Figure 00000107
(17)
Применительно к инклинометру ax, ay, az, bx, by, bz равны:
Figure 00000108
Figure 00000109
(18)
Подставляя значения ax, ay, az, bx, by, bz в выражение (17) и упростив его, получим формулу (1) определения азимута скважины.The scalar product is equal to:
Figure 00000099
Figure 00000100
Figure 00000101
Figure 00000102
Figure 00000103
(fifteen)
The vector product module is equal to:
Figure 00000104
Figure 00000105
Figure 00000106
(sixteen)
Combining expressions (15) and (16), we obtain (17)
tgΨ =
Figure 00000107
(17)
In relation to the inclinometer a x , a y , a z , b x , b y , b z are equal:
Figure 00000108
Figure 00000109
(eighteen)
Substituting the values a x , a y , a z , b x , b y , b z into expression (17) and simplifying it, we obtain formula (1) for determining the well azimuth.

Таким образом способ определения азимута скважины в последовательных точках посредством гироскопического инклинометра достигает цели - повышения точности определения азимута скважины за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов. Thus, the method for determining the azimuth of a well at successive points by means of a gyroscopic inclinometer achieves the goal of improving the accuracy of determining the azimuth of a well by eliminating the error from gyro drifts.

На чертеже показан предполагаемый гироскопический инклинометр, использующий в основе предлагаемый способ определения азимута скважины в последовательных точках. The drawing shows the alleged gyroscopic inclinometer, which is based on the proposed method for determining the azimuth of the well at successive points.

Гироскопический инклинометр содержит устройство для измерения ускорения 1 по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z, устройство для измерения угловой скорости 2 по тем же осям на базе двух трехстепенных гироскопов 7, 8; вычислитель 3, подключенный к выходам обоих устройств 1, 2. Возможной реализацией устройства для измерения ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям может быть триада акселерометров 4, 5, 6, точность определения ускорения которых за счет глубокой обратной связи значительно выше, чем маятника, подвешенного в жидкости. В устройстве 2 каждый трехстепенный гироскоп 7, 8 охвачен двумя внутренними отрицательными обратными связями, каждая из которых включает последовательно соединенные датчик угла 15 по измерительной оси гироскопа, усилитель 16 и датчик момента 17 по перпендикулярной к датчику угла 15 оси. Выходы измерителей ускорения и угловой скорости подключены к шести входам вычислителя 3 азимута. A gyroscopic inclinometer comprises a device for measuring acceleration 1 along three mutually perpendicular axes X, Y, Z, a device for measuring angular velocity 2 along the same axes based on two three-degree gyroscopes 7, 8; a calculator 3 connected to the outputs of both devices 1, 2. A possible implementation of a device for measuring acceleration along three mutually perpendicular axes may be a triad of accelerometers 4, 5, 6, the accuracy of determining which acceleration due to deep feedback is much higher than a pendulum suspended in liquids. In device 2, each three-stage gyroscope 7, 8 is surrounded by two internal negative feedbacks, each of which includes a series-connected angle sensor 15 along the gyroscope measuring axis, an amplifier 16, and a torque sensor 17 along an axis perpendicular to the angle sensor 15. The outputs of the acceleration and angular velocity meters are connected to the six inputs of the azimuth calculator 3.

С целью повышения точности определения азимута скважины за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов измеритель угловой скорости 2 дополнительно снабжен двумя поворотными осями 9, 10; двумя исполнительными механизмами 11, 12; двумя упорами 13, 14, причем исполнительные механизмы 11, 12 и упоры 13, 14 установлены по одному на каждой поворотной оси 9, 10 с возможностью поворота корпуса гироскопа 7, 8, вокруг поворотной оси 9, 10 и длительного удержания его (гироскопа) в положениях 0о и 180о. Каждая поворотная ось 9, 10 жестко прикреплена к корпусу 7, 8, соответствующего гироскопа, соединяет его с корпусом инклинометра и совпадает по направлению с линией вектора кинетического момента

Figure 00000110
соответствующего гироскопа.In order to improve the accuracy of determining the azimuth of the well by eliminating the error from the drifts of the gyroscopes, the angular velocity meter 2 is additionally equipped with two rotary axes 9, 10; two actuators 11, 12; two stops 13, 14, and the actuators 11, 12 and stops 13, 14 are installed one on each of the rotary axis 9, 10 with the possibility of rotation of the body of the gyroscope 7, 8, around the rotary axis 9, 10 and long-term retention of it (gyroscope) in provisions 0 about and 180 about . Each rotary axis 9, 10 is rigidly attached to the body 7, 8 of the corresponding gyroscope, connects it to the body of the inclinometer and coincides in direction with the line of the kinetic moment vector
Figure 00000110
corresponding gyroscope.

Работает инклинометр следующим образом. The inclinometer works as follows.

При движении спускаемого аппарата (инклинометра) вдоль скважины он находится во включенном состоянии и выдерживает все механические нагрузки. В пункте остановки бура устройство 1 измеряет ускорение силы тяжести в осях трехгранника X, Y, Z, устройство 2 производит измерение угловой скорости в тех же осях в положении корпуса 7, 8 каждого гироскопа 0о, а затем повторяет измерение в положении корпуса каждого гироскопа 180о. Вычислитель 3 осуществляет операцию вычисления по формуле (1). Поворот корпуса каждого гироскопа и длительное удержание в положении 0о и 180о осуществляется вокруг поворотной оси 9, 10 исполнительным механизмом 11, 12 и упорами 13, 14.When the descent vehicle (inclinometer) moves along the well, it is on and can withstand all mechanical stresses. Paragraph stopping the drill apparatus 1 measures the acceleration of gravity on the axes trihedron X, Y, Z, device 2 measures the angular velocity in the same axis in the body position 7, 8 of each gyro 0 ° and then repeats the measurement at position housing each gyro 180 about . The calculator 3 performs the calculation operation by the formula (1). The rotation of the body of each gyroscope and long-term holding in the position of 0 about and 180 about is carried out around the rotary axis 9, 10 by the actuator 11, 12 and stops 13, 14.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА СКВАЖИНЫ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ТОЧКАХ И ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР. METHOD FOR DETERMINING A WELL AZIMUT AT SEQUENTIAL POINTS AND A GYROSCOPIC INCLINOMETER. Способ определения азимута скважины в последовательных точках посредством гироскопического инклинометра, включающий измерение ускорения силы тяжести по трем взаимно перпендикулярным осям, измерение угловой скорости по тем же осям посредством двух трехстепенных гироскопов и вычисление азимута скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения азимута скважины за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов, устанавливают корпус каждого гироскопа последовательно в положения 0o и 180o и угловую скорость измеряют в каждом из этих положений гироскопов, угловую скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям ωx, ωy и ωz определяют как полуразность измеренных угловых скоростей при положениях корпусов гироскопов 0o и 180o, а азимут скважины Ψ вычисляют по формуле
Figure 00000111

где gx, gy, gz - значения ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям x, y, z;
g2= g 2 x + g 2 y + g 2 z ;
ωx, ωy, ωz - угловая скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям:
Figure 00000112

Figure 00000113

Figure 00000114

Figure 00000115
- значения угловой скорости по трем взаимно противоположным осям x, y, z в положениях корпусов обоих гироскопов 0o и 180o,
P = gx·ωx+ gy·ωy+ gz·ωz.
2. Гироскопический инклинометр, содержащий измеритель ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям и измеритель угловой скорости по тем же осям, состоящий из двух трехстенных гироскопов, каждый из которых охвачен двумя внутренними отрицательными обратными связями, каждая из которых включает последовательно соединенные связями, каждая из которых включает последовательно соединенные датчик угла на измерительной оси гироскопа, усилитель и датчик момента по перпендикулярной к датчику угла оси, выходы измерителей ускорения и угловой скорости подключены к входам вычислителя азимута, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения азимута скважины за счет устранения погрешности от дрейфов гироскопов, измеритель угловой скорости снабжен двумя поворотными осями, двумя исполнительными механизмами и двумя упорами, причем исполнительные механизмы и упоры установлены по одному на каждой поворотной оси с возможностью поворота корпуса гироскопа вокруг поворотной оси длительного удержания его в положениях 0o и 180o, а каждая поворотная ось жестко прикреплена к корпусу соответствующего гироскопа, соединяет его с корпусом инклинометра и совпадает по направлению с линией вектора кинетического момента соответствующего гироскопа.A method for determining a well azimuth at successive points by means of a gyroscopic inclinometer, comprising measuring gravity acceleration along three mutually perpendicular axes, measuring angular velocity along the same axes using two three-stage gyroscopes, and calculating a well azimuth, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining a well azimuth by eliminating the drift error of the gyroscopes mounted body of each gyro sequentially in position 0 o and 180 o and a measured angular velocity dissolved in each of these positions gyro angular velocity of the earth along three mutually perpendicular axes ω x, ω y ω z and defined as half the measured angular velocity gyroscopes housings at positions 0 o and 180 o, and Ψ wellbore azimuth is calculated by the formula
Figure 00000111

where g x , g y , g z - acceleration values along three mutually perpendicular axes x, y, z;
g 2 = g 2 x + g 2 y + g 2 z ;
ω x , ω y , ω z - the angular velocity of the Earth along three mutually perpendicular axes:
Figure 00000112

Figure 00000113

Figure 00000114

Figure 00000115
- the values of the angular velocity along three mutually opposite axes x, y, z in the positions of the bodies of both gyroscopes 0 o and 180 o ,
P = g x ω x + g y ω y + g z ω z
2. A gyroscopic inclinometer containing an accelerometer along three mutually perpendicular axes and an angular velocity meter along the same axes, consisting of two three-wall gyroscopes, each of which is covered by two internal negative feedbacks, each of which includes series-connected bonds, each of which includes serially connected angle sensor on the measuring axis of the gyroscope, amplifier and torque sensor along the axis perpendicular to the angle sensor, outputs of acceleration meters and angular with the velocities are connected to the inputs of the azimuth calculator, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the azimuth of the well by eliminating errors from gyro drifts, the angular velocity meter is equipped with two rotary axes, two actuators and two stops, and the actuators and stops are installed one at a time on each pivot axis pivotally gyro housing about the pivot axis in its extended retention positions 0 o and 180 o, and each pivot shaft rigidly attached to orpusu corresponding gyroscope connects to the housing inclinometer and coincides in direction with the line corresponding to the angular momentum of the gyroscope.
SU4942868 1991-06-10 1991-06-10 Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer RU2030574C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4942868 RU2030574C1 (en) 1991-06-10 1991-06-10 Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4942868 RU2030574C1 (en) 1991-06-10 1991-06-10 Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2030574C1 true RU2030574C1 (en) 1995-03-10

Family

ID=21577974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4942868 RU2030574C1 (en) 1991-06-10 1991-06-10 Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2030574C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102134989A (en) * 2011-03-01 2011-07-27 重庆华渝电气仪表总厂 Method for point measurement of well by gyroscopic inclinometer
RU2501946C2 (en) * 2012-03-28 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Method for initial azimuthal adjustment of bore-hole instrument of hygroscopic inclinometre, and azimuthal module
RU2522709C2 (en) * 2012-11-09 2014-07-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" Diagnostics of flaws on metal surfaces
RU2528105C2 (en) * 2012-12-25 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer
CN113173500A (en) * 2021-03-31 2021-07-27 江苏无线电厂有限公司 Lifting lodging mechanism and control method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1548423, кл. E 21B 47/02, 1988. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102134989A (en) * 2011-03-01 2011-07-27 重庆华渝电气仪表总厂 Method for point measurement of well by gyroscopic inclinometer
CN102134989B (en) * 2011-03-01 2013-01-16 重庆华渝电气仪表总厂 Method for point measurement of well by gyroscopic inclinometer
RU2501946C2 (en) * 2012-03-28 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Method for initial azimuthal adjustment of bore-hole instrument of hygroscopic inclinometre, and azimuthal module
RU2522709C2 (en) * 2012-11-09 2014-07-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" Diagnostics of flaws on metal surfaces
RU2528105C2 (en) * 2012-12-25 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" Gyroinertial module of gyroscopic inclinometer
CN113173500A (en) * 2021-03-31 2021-07-27 江苏无线电厂有限公司 Lifting lodging mechanism and control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10550686B2 (en) Tumble gyro surveyor
CN101706287B (en) Rotating strapdown system on-site proving method based on digital high-passing filtering
CN109779614B (en) Three-axis optical fiber gyroscope inclinometer
RU2256881C2 (en) Method of estimation of orientation and navigation parameters and strap-down inertial navigation system for fast rotating objects
RU2030574C1 (en) Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer
CN105134171B (en) A kind of implementation method of the continuous inclination measurement system of two axles optical fibre gyro
CN104655123B (en) A kind of method that utilization optical fibre gyro determines rotational-angular velocity of the earth
CN109681189A (en) A kind of hole diameter sector cementing quality and track integrated measuring instrument
CN2914033Y (en) Gyro-theodolite
CN104655095B (en) A kind of method that utilization optical fibre gyro determines geographic latitude
RU2507392C1 (en) Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer
CN112595314A (en) Inertial navigation system capable of measuring gravity acceleration in real time
RU2269001C1 (en) Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation
RU2104490C1 (en) Gyroscopic inclinometer and process of determination of angular orientation of drill-holes
RU2282717C1 (en) Gyroscopic inclinometer and angular well orientation method
SU651285A1 (en) Vertical gradientometer
RU2111454C1 (en) Inclinometer
RU2062872C1 (en) Method for determining orientation of an object in stop point
CN112781577B (en) Novel inclinometer north-seeking calculation method
RU2112876C1 (en) Inclinometer
RU2130118C1 (en) Gyroscopic inclinometer
RU131414U1 (en) SMALL GYROSCOPIC INCLINOMETER
RU33219U1 (en) The device of the initial exhibition of inertial navigation system
RU172680U1 (en) The device of the initial azimuthal orientation of the gyroscopic inclinometer
RU2057291C1 (en) Method of determination of angular orientation of well