RU2206737C1 - Способ измерения параметров траектории скважины - Google Patents
Способ измерения параметров траектории скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206737C1 RU2206737C1 RU2001126496/03A RU2001126496A RU2206737C1 RU 2206737 C1 RU2206737 C1 RU 2206737C1 RU 2001126496/03 A RU2001126496/03 A RU 2001126496/03A RU 2001126496 A RU2001126496 A RU 2001126496A RU 2206737 C1 RU2206737 C1 RU 2206737C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vector
- measuring system
- axis
- measurement
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к буровой технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геологических исследованиях скважин. Техническим результатом является повышение точности измерения. Для этого способ основан на измерении по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является одновременно продольной осью скважины и бурильного инструмента, датчиками первичной информации (ДПИ) вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести в месте установки измерительной системы относительно системы координат и вычислении по этим измерениям параметров траектории скважины. При этом измерение вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести производят в трех произвольных положениях бурильного инструмента при его вращении вокруг продольной оси и по алгоритму в виде математического выражения, определяют вектор напряженности магнитного поля Земли и вектор ускорения силы тяжести, с коррекцией погрешностей, возникающих в реальных условиях измерения параметров траектории скважины. 2 ил.
Description
Изобретение относится к буровой технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геологических исследованиях скважин.
Известен способ определения азимута скважины, включающий измерение значения угловой скорости по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z в положении корпусов обоих гироскопов 0 и 180o, а угловую скорость Земли по трем взаимно перпендикулярным осям определяют как полуразность измеренных угловых скоростей при положении корпусов гироскопов 0 и 180o (см. патент РФ 2030574, кл. Е 21 В 47/02, опубл. 1990 г.).
Недостатком этого способа является наличие специальных устройств, разворачивающих гироскопы, повороты которых необходимо осуществлять на фиксированные углы, и, кроме того, этот способ не может корректировать, например, погрешности сигналов, феррозондов от влияния посторонних магнитных масс в реальных условиях бурения.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ контроля параметров траектории ствола скважины, который реализуется телеметрической системой, защищенной патентом 32110684, кл. Е 21 В 47/12, опубл. 1998 г.).
Указанный способ контроля параметров траектории скважины включает измерение проекций ускорения силы тяжести и напряженности магнитного поля Земли по трем взаимно перпендикулярным осям тремя акселерометрами и тремя феррозондами и вычисление параметров траектории ствола скважины по соответствующим алгоритмам.
Недостатком данного способа является недостаточная точность измерений в реальных условиях бурения.
Целью данного изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности от влияния аномальных магнитных масс, возникающих из-за намагничивания немагнитной трубы бурильного инструмента в процессе длительной эксплуатации, постоянного смещения сигналов феррозондов и акселерометров от температуры и т.п.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения параметров траектории скважины, основанном на измерении по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является одновременно продольной осью скважины и бурильного инструмента, датчиками первичной информации (ДПИ) вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести в месте установки измерительной системы относительно системы координат, жестко связанной с измерительной системой и бурильным инструментом, и вычисление по этим измерениям параметров траектории скважины, измерение вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести производят в трех произвольных положениях бурильного инструмента при его вращении вокруг продольной оси и по алгоритму
X3 = М13 - ΔX,
Y3 = М23 - ΔY,
Z3 = М33 - ΔZ,
при этом
определяют вектор напряженности магнитного поля Земли и вектор ускорения силы тяжести с коррекцией погрешностей, возникающих в реальных условиях измерения параметров траектории скважины,
где
М1n - результат измерения ДПИ 1 в положении n,
М2n - результат измерения ДПИ 2 в положении n,
ΔX - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Х измерительной системы,
ΔY - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Y измерительной системы,
ΔZ - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Z измерительной системы,
Хn - проекция измеряемого вектора на ось Х измерительной системы в положении n,
Yn - проекция измеряемого вектора на ось Y измерительной системы в положении n,
Zn - проекция измеряемого вектора на ось Z измерительной системы в положении n,
n = 1, 2, 3 - номер положения измерительной системы,
S - вектор напряженности измеряемого поля для вектора напряженности магнитного поля Земли S = Н, для вектора ускорения силы тяжести S = G.
X3 = М13 - ΔX,
Y3 = М23 - ΔY,
Z3 = М33 - ΔZ,
при этом
определяют вектор напряженности магнитного поля Земли и вектор ускорения силы тяжести с коррекцией погрешностей, возникающих в реальных условиях измерения параметров траектории скважины,
где
М1n - результат измерения ДПИ 1 в положении n,
М2n - результат измерения ДПИ 2 в положении n,
ΔX - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Х измерительной системы,
ΔY - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Y измерительной системы,
ΔZ - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Z измерительной системы,
Хn - проекция измеряемого вектора на ось Х измерительной системы в положении n,
Yn - проекция измеряемого вектора на ось Y измерительной системы в положении n,
Zn - проекция измеряемого вектора на ось Z измерительной системы в положении n,
n = 1, 2, 3 - номер положения измерительной системы,
S - вектор напряженности измеряемого поля для вектора напряженности магнитного поля Земли S = Н, для вектора ускорения силы тяжести S = G.
Величину S и знак Z3 определяют при настройке приборов на геофизическом столе перед бурением.
На фиг. 1 и 2 изображены два положения измерительной системы в бурильном инструменте относительно наклонной скважины.
Рассмотрим данный способ, например, при измерении феррозондами вектора напряженности магнитного поля Земли.
Феррозонды 1, 2 и 3 установлены в корпусе 4 измерительной системы, жестко соединенной с бурильным инструментом таким образом, чтобы оси чувствительности датчиков были направлены по осям X, Y и Z измерительной системы соответственно. На фиг. 1 и 2 показана только немагнитная труба 5 бурильного инструмента.
Н - вектор напряженности магнитного поля Земли,
T(ΔX, ΔY, ΔZ) - вектор напряженности поля магнитных аномалий немагнитных труб, создающих погрешности измерения ΔX, ΔY, ΔZ,
α - произвольный угол поворота бурильного инструмента.
T(ΔX, ΔY, ΔZ) - вектор напряженности поля магнитных аномалий немагнитных труб, создающих погрешности измерения ΔX, ΔY, ΔZ,
α - произвольный угол поворота бурильного инструмента.
Заявленный способ может быть реализован следующим образом.
Для измерения параметров траектории скважины в процессе бурения используют измерение вектора напряженности магнитного поля Земли относительно системы координат, жестко связанной с корпусом 4 измерительной системой. Корпус 4 измерительной системы помещают в немагнитную трубу 5 бурильного инструмента, как можно ближе к месту бурения и жестко фиксируют ее относительно бурильного инструмента в плоскости кривления скважины. Немагнитную трубу 5 используют достаточно длинную для того, чтобы находящаяся в ней измерительная система не испытывала влияния от стальных труб бурильного инструмента, в том числе находящихся сверху и снизу измерительной системы. В процессе эксплуатации немагнитной трубы ее немагнитные свойства могут ухудшаться, что приводит к возникновению погрешности измерения.
Способ может быть предназначен, например, для использования измерительной системы в немагнитной трубе 5 бурильного инструмента с ухудшенными характеристиками немагнитных свойств. При измерении вектора напряженности Н магнитного поля Земли измерительной системой, находящейся в немагнитной трубе 5 с ухудшенными характеристиками, на измерение феррозондов 1-3 накладывается погрешность от включения магнитных аномалий в немагнитную трубу.
Когда корпус 4 измерительной системы находится в немагнитной трубе 5 бурильного инструмента в произвольном положении (см. фиг. 1), три феррозонда 1-3 измеряют проекции вектора напряженности Н магнитного поля Земли и проекции вектора Т напряженности поля магнитных аномалий, создающих погрешности измерения.
Повернем бурильный инструмент относительно оси Z на произвольный угол α. Измерительный инструмент займет новое положение (см. фиг. 2). Направление вектора Н относительно ствола скважины останется прежним, а проекции вектора Н, которые измеряют феррозонды 1-2 по осям Х и Y, изменятся, а по оси Z проекция вектора Н останется постоянной. Вектор Т изменит свое положение относительно скважины, но проекции, которые измеряют феррозонды, останутся теми же, которые были в положении, указанном на фиг 1.
Погрешность феррозондов 1-3 определяется следующим образом.
В положении бурильного инструмента, изображенном на фиг.1, показания феррозонда 1 по оси Х обозначим
М11 = X1 + ΔX,
где X1 - проекции вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении один,
ΔX - проекции вектора Т на ось Х измерительной системы.
М11 = X1 + ΔX,
где X1 - проекции вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении один,
ΔX - проекции вектора Т на ось Х измерительной системы.
Показания феррозонза 2 по оси Y в положении один обозначим
М21 = Y1 + ΔY,
где Y1 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении один,
ΔY - проекция вектора Т на ось Y измерительной системы.
М21 = Y1 + ΔY,
где Y1 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении один,
ΔY - проекция вектора Т на ось Y измерительной системы.
Производим произвольный поворот бурильного инструмента вокруг оси Z на угол α, тогда показания феррозонда 1 по оси Х в положение два (см фиг. 2) будут равны
М12 = X2 + ΔX,
где Х2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении два,
ΔX - проекция вектора Т на ось Х измерительной системы.
М12 = X2 + ΔX,
где Х2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении два,
ΔX - проекция вектора Т на ось Х измерительной системы.
Показания феррозонда 2 по оси Y в положении два (см. фиг. 2) будут равны
М22 = Y2+ΔY,
где Y2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении два,
ΔY - проекция вектора напряженности вектора Т на ось Y.
М22 = Y2+ΔY,
где Y2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении два,
ΔY - проекция вектора напряженности вектора Т на ось Y.
Рассмотрим следующие выражения для результатов измерений феррозондов:
Для положения один бурильного инструмента
(M11)2 + (M21)2 = (R1)2,
тогда
(R1)2 = (X1 + ΔX)2 + (Y1 + ΔY)2 = (X1)2 + 2X1(ΔX)2 + (ΔX)2 + (Y1)2 + 2Y1ΔY + (ΔY)2.
Для положения один бурильного инструмента
(M11)2 + (M21)2 = (R1)2,
тогда
(R1)2 = (X1 + ΔX)2 + (Y1 + ΔY)2 = (X1)2 + 2X1(ΔX)2 + (ΔX)2 + (Y1)2 + 2Y1ΔY + (ΔY)2.
Для положения два бурильного инструмента
(M12)2 + (M22)2 = (R2)2,
тогда
(X2 + ΔX)2 + (Y2 + ΔY)2 = (X2)2 + 2X2ΔX + ΔX2 + (Y2)2 + 2Y2ΔX + (ΔY)2 = (R2)2,
далее рассмотрим разность R1 2 - R2 2
R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1ΔX + (ΔX)2 + Y1 2 + 2Y1ΔY + (ΔY)2 - X2 2 - 2X2ΔX - (ΔX)2 - Y2 2 - 2Y2ΔY - (ΔY)2.
(M12)2 + (M22)2 = (R2)2,
тогда
(X2 + ΔX)2 + (Y2 + ΔY)2 = (X2)2 + 2X2ΔX + ΔX2 + (Y2)2 + 2Y2ΔX + (ΔY)2 = (R2)2,
далее рассмотрим разность R1 2 - R2 2
R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1ΔX + (ΔX)2 + Y1 2 + 2Y1ΔY + (ΔY)2 - X2 2 - 2X2ΔX - (ΔX)2 - Y2 2 - 2Y2ΔY - (ΔY)2.
Сокращая одинаковые члены, получим
R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1ΔX + Y1 2 + 2Y1ΔY - X2 - 2X2ΔX - Y2 2 - 2Y2ΔY. Рассмотрим выражения:
X1 2 + Y1 2 и X2 2 + Y2 2.
R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1ΔX + Y1 2 + 2Y1ΔY - X2 - 2X2ΔX - Y2 2 - 2Y2ΔY. Рассмотрим выражения:
X1 2 + Y1 2 и X2 2 + Y2 2.
Для любого положения измерительной системы значение вектора Н напряженности магнитного поля Земли будет равно
X2 + Y2 + Z2 = H,
т к. при Z1 = Z2 = const, то
X1 2 + Y1 2 = X2 2 + Y2 2,
учитывая это, получим
R1 2 - R2 2 = 2(X1 - X2)ΔX + 2(Y1 - Y2)ΔY.
X2 + Y2 + Z2 = H,
т к. при Z1 = Z2 = const, то
X1 2 + Y1 2 = X2 2 + Y2 2,
учитывая это, получим
R1 2 - R2 2 = 2(X1 - X2)ΔX + 2(Y1 - Y2)ΔY.
Для выражения X1 - Х2 и Y1 - Y2 рассмотрим
M11 - M12 и M21 - M22,
M11 - M12 = X1 + ΔX - X2 - ΔX = X1 - X2,
M21 - M22 = Y1 + ΔY - Y2 - ΔY = Y1 - Y2.
M11 - M12 и M21 - M22,
M11 - M12 = X1 + ΔX - X2 - ΔX = X1 - X2,
M21 - M22 = Y1 + ΔY - Y2 - ΔY = Y1 - Y2.
Тогда подставляя в R1 2 и R2 2 их значения, имеем
M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)ΔX + 2(M21 - M22)ΔY.
M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)ΔX + 2(M21 - M22)ΔY.
Это алгебраическое уравнение с двумя неизвестными ΔX и ΔY, для определения которых необходимо второе уравнение. Его получаем за счет еще одного поворота бурильного инструмента на другой произвольный угол и измерение показаний феррозондов в третьем положении (можно использовать для получения второго уравнения дополнительно два независимых поворота).
Таким образом, используя методику, указанную выше, имеем второе уравнение с этими же двумя неизвестными, которые образуют систему из двух уравнений
M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)ΔX + 2(M21 - M22)ΔY,
M11 2 + M21 2 - M13 2 - M23 2 = 2(M11 - M13)ΔX + 2(M21 - M23)ΔY.
M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)ΔX + 2(M21 - M22)ΔY,
M11 2 + M21 2 - M13 2 - M23 2 = 2(M11 - M13)ΔX + 2(M21 - M23)ΔY.
Величина Н и знак Z3 определяются при настройке приборов на геофизическом столе перед бурением.
Аналогичный способ можно применить к различным видам ДПИ, например акселерометрам, датчикам угловой скорости, основанным на различных физических принципах, например, гироскопических.
В данном случае одновременно с определением погрешностей феррозондов от влияния аномальных магнитных масс определяются погрешности акселерометров, установленных по тем же осям, что и феррозонды, измеряемые сигналы которых могут иметь постоянное смещение, например, от температуры.
Предложенный способ не может быть использован для положения, при котором ось Z измерительной системы направлена вдоль измеряемого вектора. Например, для акселерометров ось Z измерительной системы не должна быть вертикальной, т. к. в этом случае акселерометры, расположенные по осям Х и Y, не участвуют в измерении, т. к. ускорения силы тяжести на эти оси равны нулю.
Этот способ применяется по отдельности к блоку феррозондов и блоку акселерометров.
Claims (1)
- Способ измерения параметров траектории скважины, основанный на измерении по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является одновременно продольной осью скважины и бурильного инструмента, датчиками первичной информации (ДПИ) вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести в месте установки измерительной системы относительно системы координат и вычислении по этим измерениям параметров траектории скважины, отличающийся тем, что измерение вектора напряженности магнитного поля Земли и вектора ускорения силы тяжести производят в трех произвольных положениях бурильного инструмента при его вращении вокруг продольной оси и по алгоритму
Х3=М13-ΔХ
Y3=М23-ΔY
Z3=М33-ΔZ
при этом
где М1n - результат измерения ДПИ 1 в положении n;
М2n - результат измерения ДПИ 2 в положении n;
ΔХ - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Х измерительной системы;
ΔY - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Y измерительной системы;
ΔZ - погрешность измерения ДПИ проекции вектора на ось Z измерительной системы;
Хn - проекция измеряемого вектора на ось Х измерительной системы в положении n;
Yn- проекция измеряемого вектора на ось Y измерительной системы в положении n;
Zn - проекция измеряемого вектора на ось Z измерительной системы в положении n;
n =1,2,3 - номер положения измерительной системы;
S - вектор напряженности, измеряемого поля, для вектора напряженности магнитного поля Земли S=H, для вектора ускорения силы тяжести S=G,
определяют вектор напряженности магнитного поля Земли и вектор ускорения силы тяжести, с коррекцией погрешностей, возникающих в реальных условиях измерения параметров траектории скважины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001126496/03A RU2206737C1 (ru) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | Способ измерения параметров траектории скважины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001126496/03A RU2206737C1 (ru) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | Способ измерения параметров траектории скважины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2206737C1 true RU2206737C1 (ru) | 2003-06-20 |
Family
ID=29210513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001126496/03A RU2206737C1 (ru) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | Способ измерения параметров траектории скважины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2206737C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567064C1 (ru) * | 2014-09-11 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" | Способ определения угловой ориентации скважины |
-
2001
- 2001-10-02 RU RU2001126496/03A patent/RU2206737C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567064C1 (ru) * | 2014-09-11 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" | Способ определения угловой ориентации скважины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2566537C2 (ru) | Скважинные магнитные измерения во время вращения и способы использования их | |
US8095317B2 (en) | Downhole surveying utilizing multiple measurements | |
US8280638B2 (en) | Multi-station analysis of magnetic surveys | |
US6480119B1 (en) | Surveying a subterranean borehole using accelerometers | |
US9297249B2 (en) | Method for improving wellbore survey accuracy and placement | |
Ekseth et al. | High-Integrity Wellbore Surveying | |
AU2005220213B2 (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
GB2220072A (en) | Surveying of boreholes | |
EP2800870B1 (en) | Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions | |
US6637119B2 (en) | Surveying of boreholes | |
RU2206737C1 (ru) | Способ измерения параметров траектории скважины | |
US6854192B2 (en) | Surveying of boreholes | |
RU2231638C1 (ru) | Способ измерения зенитных и азимутальных углов | |
RU2290673C2 (ru) | Способ измерения магнитного азимута в скважинном инклинометре (варианты) и устройство для их осуществления | |
RU2187637C2 (ru) | Способ наведения буровой колонны на месторождение по азимуту | |
Hassan | Influence of Hole Trajectory and Direction on MWD Survey Errors | |
AU2012318276B8 (en) | Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions | |
RU2057924C1 (ru) | Комплекс гироинклинометра |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031003 |