RU2269001C1 - Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation - Google Patents
Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269001C1 RU2269001C1 RU2004113754/03A RU2004113754A RU2269001C1 RU 2269001 C1 RU2269001 C1 RU 2269001C1 RU 2004113754/03 A RU2004113754/03 A RU 2004113754/03A RU 2004113754 A RU2004113754 A RU 2004113754A RU 2269001 C1 RU2269001 C1 RU 2269001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- gyroscope
- inputs
- azimuth
- downhole tool
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к навигационной аппаратуре, которая предназначена для контроля пространственного положения траектории ствола обсаженных и необсаженных скважин в процессе их строительства.The invention relates to navigation equipment, which is designed to control the spatial position of the trajectory of the cased and uncased wells in the process of construction.
Известен способ определения азимута и зенитного угла скважины (патент РФ №2100594, Е 21 В 47/02, приор. 09.02.1996, опубл. 27.12.1997), включающий измерение ускорения силы тяжести по двум взаимно перпендикулярным осям, измерение угловой скорости относительно одной из вышеназванных осей посредством трехстепенного гироскопа, определение начальной ориентации осей чувствительности измерителей ускорения в азимуте, вычисление азимута и зенитного угла скважины, при котором оси чувствительности измерителей ускорений и ось чувствительности измерителя угловой скорости стабилизируют относительно оси, совпадающей с продольной осью скважинного прибора, на каждом шаге работы вычислителя при движении скважинного прибора в скважине определяют азимут и зенитный угол скважины по формулам. Измерения производятся в режиме непрерывного движения скважинного прибора.A known method for determining the azimuth and zenith angle of the well (RF patent No. 2100594, E 21 B 47/02, prior. 02/09/1996, publ. 12/27/1997), including measuring the acceleration of gravity along two mutually perpendicular axes, measuring angular velocity relative to one from the above axes using a three-stage gyroscope, determining the initial orientation of the sensitivity axes of acceleration meters in azimuth, calculating the azimuth and zenith angle of the well, at which the sensitivity axes of the acceleration meters and the sensitivity axis of the meter are angular the speeds are stabilized relative to the axis coinciding with the longitudinal axis of the downhole tool, at each step of the calculator when the downhole tool is moving in the well, the azimuth and zenith angle of the well are determined by the formulas. Measurements are made in the continuous movement of the downhole tool.
Недостатком известного способа является недостаточный диапазон измерений азимутального угла, ограниченный зенитным углом 75.0 град.The disadvantage of this method is the insufficient measurement range of the azimuthal angle, limited by the zenith angle of 75.0 degrees.
Известен гироскопический инклинометр (патент РФ №2100594, Е 21 В 47/02, приор. 09.02.1996, опубл. 27.12.1997), состоящий из скважинного прибора, наземного пульта и вычислителя, соединенных геофизическим кабелем, причем скважинный прибор содержит одноосный стабилизатор, на котором установлены два измерителя ускорений с взаимно перпендикулярными осями чувствительности, расположенными также перпендикулярно оси стабилизатора, и трехстепенной гироскоп. Одноосный стабилизатор обеспечивает стабилизацию чувствительных элементов при вращении скважинного прибора вокруг продольной оси.A gyroscopic inclinometer is known (RF patent No. 2100594,
Недостатками известного гироскопического инклинометра являются сложность конструкции скважинного прибора, ограниченный диапазон измерений азимутального угла, а также необходимость начальной выставки гироинклинометра перед измерениями в скважине с помощью специального оборудования.The disadvantages of the known gyroscopic inclinometer are the complexity of the design of the downhole tool, the limited measurement range of the azimuthal angle, as well as the need for the initial exhibition of the gyroinclinometer before measurements in the well using special equipment.
Известен способ определения азимута и зенитного угла скважины (патент РФ №2159331, Е 21 В 47/022, пр. 05.10.99, опубл. 20.11.2000 года), выбранный в качестве прототипа, включающий измерение ускорения силы тяжести по двум взаимно перпендикулярным осям посредством акселерометров, измерение угловой скорости относительно одной из измерительных осей посредством трехстепенного гироскопа, измерение температуры внутри скважинного прибора, стабилизацию осей чувствительности акселерометров и трехстепенного гироскопа относительно оси, совпадающей с продольной осью скважинного прибора посредством одноосного гиростабилизатора, измерение угла поворота корпуса скважинного прибора относительно этих осей посредством синусно-косинусного вращающегося трансформатора, определение начальной ориентации осей чувствительности акселерометров в азимуте, измерение длительности такта работы, нормирование информации гироскопа, акселерометров и датчика угла поворота, формирование управляющих воздействий на гироскоп по стабилизированной оси, введение добавок, компенсирующих дрейф одноосного гиростабилизатора, формирование матрицы ориентации, вычисление на каждом такте работы вычислителя при движении скважинного прибора в скважине азимута и зенитного угла по формулам.A known method for determining the azimuth and zenith angle of the well (RF patent No. 2159331, E 21 B 47/022, 05.10.99, publ. 11/20/2000), selected as a prototype, including the measurement of gravity acceleration along two mutually perpendicular axes by means of accelerometers, measuring the angular velocity relative to one of the measuring axes by means of a three-stage gyroscope, measuring the temperature inside the downhole tool, stabilizing the sensitivity axes of accelerometers and a three-degree gyroscope relative to the axis coinciding with the longitudinal the axis of the downhole tool using a uniaxial gyrostabilizer, measuring the angle of rotation of the body of the downhole tool relative to these axes by means of a sine-cosine rotating transformer, determining the initial orientation of the sensitivity axes of the accelerometers in azimuth, measuring the duration of the operation cycle, normalizing the information of the gyroscope, accelerometers and angle sensor, forming control actions on a gyroscope along a stabilized axis, the introduction of additives that compensate for the drift of uniaxial gyrostabi a lizer, formation of an orientation matrix, calculation at each clock cycle of the calculator when the downhole tool moves in the well, the azimuth and zenith angle are calculated using the formulas.
Недостатком известного способа является то, что измеряют угловую скорость относительно одной из измерительных осей посредством гироскопа при непрерывном движении, что увеличивает погрешности измерений вследствие вибраций гироскопа в процессе движения скважинного прибора, кроме того, при использовании способа необходима начальная выставка прибора.The disadvantage of this method is that the angular velocity is measured relative to one of the measuring axes by means of a gyroscope with continuous movement, which increases the measurement errors due to the vibrations of the gyroscope during the movement of the downhole tool, in addition, when using the method, an initial exhibition of the device is necessary.
Для использования этого способа требуется сложная конструкция скважинного прибора - реализация стабилизированной платформы, на которую устанавливаются чувствительные элементы - гироскоп и акселерометры. Реализация стабилизированной платформы приводит к увеличению себестоимости прибора, снижает его надежность и ремонтопригодность.To use this method, a complex design of the downhole tool is required — the implementation of a stabilized platform on which sensitive elements — a gyroscope and accelerometers — are installed. The implementation of a stabilized platform leads to an increase in the cost of the device, reduces its reliability and maintainability.
Стабилизированная платформа устраняет пространственное вращение чувствительных элементов от вращения корпуса скважинного прибора, возникающее под действием закрученного геофизического кабеля, стабилизирует пространственное положение чувствительных элементов при непрерывном движении скважинного прибора.The stabilized platform eliminates the spatial rotation of the sensitive elements from the rotation of the body of the downhole tool that occurs under the action of a twisted geophysical cable, stabilizes the spatial position of the sensitive elements during continuous movement of the downhole tool.
Известен также гироинклинометр (патент №2078204, Е 21 В 47/02, опубл. БИ №12 - 1997 г.), включающий многокомпонентный акселерометр, блок двухкомпонентного гироскопического датчика угловой скорости (ДУС), трехстепенной гироскоп с датчиком угла по внешней оси, причем соответствующие оси чувствительности двухкомпонентного ДУС и акселерометров параллельны между собой и перпендикулярны продольной оси скважинного прибора, по которой также направлена внешняя ось трехстепенного гироскопа.Also known gyroclinometer (patent No. 2078204, Е 21 В 47/02, publ. BI No. 12 - 1997), including a multicomponent accelerometer, a two-component gyroscopic sensor of angular velocity (TLS), a three-stage gyroscope with an angle sensor on the external axis, the corresponding sensitivity axes of the two-component TLS and accelerometers are parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of the downhole tool, along which the external axis of the three-stage gyroscope is also directed.
Гироинклинометр не требует начальной выставки в устье скважины и работает в режиме непрерывного движения. По существу он является также двухрежимным прибором, но режим аналитического гирокомпасирования обеспечивается блоком акселерометров и блоком двухкомпонентного ДУС, а измерения в режиме движения обеспечиваются блоком акселерометров и трехстепенным гироскопом, положение главной оси которого в азимуте определяется во время работы двухкомпонентного ДУС и запоминается ПЭВМ.Gyroinclinometer does not require an initial exhibition at the wellhead and operates in continuous motion mode. In essence, it is also a two-mode device, but the analytical gyrocompassing mode is provided by the accelerometer unit and the two-component TLS unit, and the measurements in the motion mode are provided by the accelerometer unit and the three-stage gyroscope, the position of the main axis of which in azimuth is determined during the operation of the two-component TLS and the PC is stored.
При непрерывном движении трехстепенной гироскоп работает в режиме свободного гироскопа.With continuous movement, the three-stage gyroscope operates in the free gyroscope mode.
Высокая производительность измерений известным гироинклинометром обеспечивается избыточным количеством гироскопических чувствительных элементов, что увеличивает массогабаритные характеристики прибора и его себестоимость.The high measurement performance of the known gyroinclinometer is ensured by an excessive amount of gyroscopic sensing elements, which increases the mass-dimensional characteristics of the device and its cost.
Известен гироскопический инклинометр (патент РФ N 2130118, приоритет от 30.04.97 года, опубл. БИ №13-1999 г.), взятый в качестве прототипа, который для измерения параметров искривления скважины содержит наземный прибор, соединенный каротажным кабелем со скважинным прибором, состоящим из магнитосферического гироскопа, аналого-цифрового преобразователя и приемопередающего устройства, обеспечивающих передачу по геофизическому кабелю через наземный прибор в ПЭВМ измеренной информации в виде трех проекций ускорения силы тяжести и двух проекций скорости вращения скважинного прибора в инерциальном пространстве на оси приборной системы координат. Этот гироскопический инклинометр работает только на остановках в режиме многоточечных измерений.A gyroscopic inclinometer is known (RF patent N 2130118, priority dated 04/30/97, publ. BI No. 13-1999), taken as a prototype, which for measuring the parameters of the well curvature contains a ground-based device connected by a wireline cable to the downhole tool, consisting of from a magnetospherical gyroscope, an analog-to-digital converter, and a transceiver device that transmit the measured information in the form of three projections of gravity acceleration and two projections soon via a geophysical cable to a PC in the PC the rotation of the downhole tool in inertial space on the axis of the instrument coordinate system. This gyroscopic inclinometer only works at stops in multipoint measurement mode.
Недостатком известного гироскопического инклинометра является низкая производительность измерений, а схемно-алгоритмическое построение обеспечивает его точные характеристики только при остановках скважинного прибора. Гироинклинометр бесплатформенной структуры при измерениях на высоких скоростях движения имеет большие динамические погрешности.A disadvantage of the known gyroscopic inclinometer is the low measurement performance, and the algorithmic design ensures its accurate characteristics only when the downhole tool stops. The gyroinclinometer of the strapdown structure, when measured at high speeds, has large dynamic errors.
При измерениях траектории скважины глубиной 3 000 м с дискретностью 10 метров таким многоточечным прибором необходимо затратить около 15 часов времени (300 точек измерений по 3 минуты стоянки на каждой точке с учетом времени движения между точками).When measuring a trajectory of a well with a depth of 3,000 m with a resolution of 10 meters, such a multi-point device needs to spend about 15 hours of time (300 measurement points for 3 minutes of stopping at each point, taking into account the time between the points).
Задача изобретения - повышение точности и производительности измерений траектории скважины двухрежимным бесплатформенным гироскопическим инклинометром при его непрерывном движении в скважине и вращении вокруг продольной оси под действием закрученного геофизического кабеля.The objective of the invention is to increase the accuracy and productivity of measuring the trajectory of the well with a dual-mode strapdown gyroscopic inclinometer during its continuous movement in the well and rotation around the longitudinal axis under the action of a twisted geophysical cable.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения траектории скважины по азимуту двухрежимным бесплатформенным инклинометром, включающем измерение проекций ускорения силы тяжести на измерительные оси скважинного прибора, проекций угловой скорости вращения Земли на соответствующие оси чувствительности скважинного прибора, измерение угла отклонителя скважинного прибора при его непрерывном движении и вращении вокруг продольной оси под действием закрученного геофизического кабеля, в первой точке измерения азимута траектории скважины гироскоп включают в режим датчика угловой скорости на остановке и определяют азимут скважины, например, по формуле:The problem is solved in that in the method of measuring the trajectory of a well in azimuth by a two-mode strapdown inclinometer, including measuring projections of acceleration of gravity on the measuring axes of a downhole tool, projections of the angular velocity of rotation of the Earth on the corresponding sensitivity axes of the downhole tool, measuring the angle of the diverter of the downhole tool during its continuous movement and rotation around the longitudinal axis under the action of a swirling geophysical cable, at the first point of measurement of the azimuth of the trajectory the gyroscope is turned on in the mode of the angular velocity sensor at a stop and the well azimuth is determined, for example, by the formula:
ψ - широта места расположения скважины;ψ is the latitude of the location of the well;
ω - угловая скорость вращения Земли;ω is the angular velocity of the Earth;
ωх, ωу - проекции угловой скорости вращения Земли на соответствующие оси чувствительности скважинного прибора;ω x , ω y - projection of the angular velocity of the Earth's rotation on the corresponding sensitivity axis of the downhole tool;
gx, gy, gz - проекции ускорения силы тяжести на измерительные оси скважинного прибора;g x , g y , g z - projection of the acceleration of gravity on the measuring axis of the downhole tool;
затем по команде с пульта оператора переводят гироскоп в режим датчика угла, а скважинный прибор - в режим непрерывного движения, при котором производят измерение углов прокачки, и определяют приращение углов прокачки между тактами измерений по формуле:then, upon command from the operator’s console, the gyroscope is switched to the angle sensor mode, and the downhole tool is switched to continuous motion mode, in which the pumping angles are measured, and the increment of pumping angles between measurement steps is determined by the formula:
Δαi ' - приращение угла прокачки между тактами измерений;Δα i ' is the increment of the pumping angle between the measurement steps;
α1 - значения углов прокачки, пересчитанные к углу отклонителя, равному, например, 90.0 град, полученные в первом такте;α 1 - the values of the pumping angles, recounted to the angle of the diverter, equal, for example, 90.0 degrees obtained in the first step;
αi - значения углов прокачки, пересчитанные к углу отклонителя, равному, например, 90.0 град, полученные в последующих тактах;α i - values of the pumping angles, recalculated to the angle of the diverter, equal, for example, 90.0 degrees, obtained in subsequent measures;
i - номер такта измерения, начиная со второго измерения; i is the measure measure number, starting from the second measurement;
затем из полученного приращения угла прокачки по оси Х вычитают величину угла видимого ухода гироскопа от вращения Земли и получают приращение угла прокачки по оси Х за счет искривления траектории скважины:then, from the obtained increment of the pumping angle along the X axis, subtract the value of the angle of the gyro’s apparent departure from the Earth’s rotation and obtain the increment of the pumping angle along the X axis due to curvature of the well’s path:
Δαi " - изменение угла прокачки по оси Х за счет вращения Земли в течение такта работы вычислителя;Δα i " is the change in the pumping angle along the X axis due to the rotation of the Earth during the operation cycle of the calculator;
причем приращение угла прокачки по оси Х от вращения Земли получают по формуле (4):and the increment of the pumping angle along the X axis from the rotation of the Earth is obtained by the formula (4):
а составляющие угловых скоростей получают по формуле (5):and the components of the angular velocities are obtained by the formula (5):
где:Where:
α, β - углы прокачки по осям X и Y соответственно;α, β are the pumping angles along the X and Y axes, respectively;
Δt - длительность такта;Δt is the duration of the beat;
А - азимут траектории скважины в точке съема измеренной информации;A is the azimuth of the well trajectory at the point of acquisition of the measured information;
θ - зенитный угол траектории в точке съема измеренной информации;θ is the zenith angle of the trajectory at the point of removal of the measured information;
φ - угол отклонителя скважинного прибора в момент съема измеренной информации; φ is the angle of the diverter of the downhole tool at the time of taking the measured information;
а изменение азимута траектории скважины уточняют в соответствии с функциональной зависимостью, полученной при калибровке инклинометра на стенде,and the change in the azimuth of the trajectory of the well is specified in accordance with the functional dependence obtained when calibrating the inclinometer at the bench,
затем приращение азимутального угла ΔАi суммируют с полной величиной азимута, полученной на остановке в предыдущей точке траектории, и непрерывное движение скважинного прибора осуществляют до тех пор, пока величины углов прокачки не достигнут максимально допустимых значений, затем скважинный прибор останавливают, гироскоп переводят в режим датчика угловой скорости и вновь определяют полную величину азимута траектории скважины, и так попеременно используя режимы работы гироскопа, измеряют траекторию скважины любой кривизны.then the increment of the azimuthal angle ΔA i is summed with the total azimuth obtained at the stop at the previous point of the trajectory, and the continuous movement of the downhole tool is carried out until the values of the pumping angles have reached the maximum allowable values, then the downhole tool is stopped, the gyroscope is switched to sensor mode the angular velocity and again determine the total azimuth of the path of the well, and so alternately using the gyro modes, measure the path of the well of any curvature.
Поставленная задача достигается тем, что в бесплатформенный гироскопический инклинометр, содержащий наземный прибор, соединенный каротажным кабелем с скважинным прибором, содержащим магнитосферический гироскоп, включающий датчики угла - датчики момента по двум измерительным осям, последовательно соединенные блок выработки составляющих ускорения и передающее устройство, введены два блока управления режимами работы гироскопа по осям Х и Y, первый и второй входы каждого из которых соединены соответственно с выходом передающего устройства и управляющими выходами магнитосферического гироскопа, а выходы подключены к информационным входам передающего устройства, при этом каждый из блоков управления содержит электронный коммутатор, преобразователь напряжения обратной связи, первый и второй сумматоры напряжений, два источника тока для питания двух обмоток датчика угла - датчика момента, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр, фазочувствительный выпрямитель и интегродифференцирующее звено, причем первые входы электронных коммутаторов являются первыми входами блоков управления, второй вход электронного коммутатора по оси Х соединен с выходом интегродифференцирующего звена по оси Y, а второй вход электронного коммутатора по оси Y - с выходом интегродифференцирующего звена по оси X, выход электронного коммутатора каждого блока управления соединен через преобразователь напряжения обратной связи с входами сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами источников тока, вторые входы которых подключены к входам соответствующих обмоток датчиков угла - датчиков момента, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого подключен через полосовой фильтр к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с входом интегродифференцирующего звена, причем выходы фазочувствительного выпрямителя и интегродифференцирующего звена являются выходами устройств управления режимами работы магнитосферического гироскопа.This object is achieved in that in the strap-down gyroscopic inclinometer containing a ground-based device connected by a logging cable to a downhole tool containing a magnetospherical gyroscope, including angle sensors - torque sensors along two measuring axes, series-connected unit for generating acceleration components and a transmitting device, two blocks are introduced control modes of the gyroscope along the X and Y axes, the first and second inputs of each of which are connected respectively to the output of the transmitting device and the control outputs of the magnetospherical gyroscope, and the outputs are connected to the information inputs of the transmitting device, each of the control units contains an electronic switch, a feedback voltage converter, the first and second voltage combiners, two current sources for powering the two windings of the angle sensor - a torque sensor, a differential amplifier, a bandpass filter, a phase-sensitive rectifier and an integro-differentiating element, the first inputs of electronic switches being the first inputs control shafts, the second input of the electronic switch along the X axis is connected to the output of the integro-differentiating link along the Y axis, and the second input of the electronic switch along the Y axis is connected to the output of the integro-differentiating link along the X axis, the output of the electronic switch of each control unit is connected through the feedback voltage converter with inputs adders, the outputs of which are connected to the first inputs of the current sources, the second inputs of which are connected to the inputs of the corresponding windings of the angle sensors - torque sensors, the outputs of which are connected s to the inputs of a differential amplifier whose output is connected through a bandpass filter to the input of the phase-sensitive rectifier, the output of which is connected to the input integrodifferentsiruyuschego link, and outputs the phase-sensitive rectifier and integrodifferentsiruyuschego unit are outputs mode control devices work magnitosfericheskogo gyroscope.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.The presence of these signs allows us to conclude that the novelty of the technical solution.
При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".When comparing the claimed solution with other technical solutions in the art did not reveal a set of features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "inventive step".
Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.Thus, the claimed solution is new, has an inventive step, industrially applicable.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны результаты измерений траектории скважины по азимуту в диапазоне глубин 2300 м - 1600 м, на фиг.2 - блок-схема гироскопического инклинометра, а на фиг.3 - блок-схема блоков управления режимами работы гироскопа по осям Х и Y соответственно.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows the results of measurements of the well path in azimuth in the depth range 2300 m - 1600 m, Fig.2 is a block diagram of a gyroscopic inclinometer, and Fig.3 is a block diagram of the operating mode control units the gyroscope along the X and Y axes, respectively.
Способ измерения траектории скважины по азимуту осуществляют следующим образом.The method of measuring the trajectory of the well in azimuth is as follows.
Измерения проводились в диапазоне глубин скважины 2300-1600 м, которая имела постоянное искривление по азимуту 0,13 град/м (фиг.1).The measurements were carried out in the depth range of the well 2300-1600 m, which had a constant curvature in azimuth of 0.13 deg / m (figure 1).
Инклинометр устанавливают на забое в точке А, на глубине 2300 м и включают в режим ДУС, а скважинный прибор удерживают в неподвижном положении в течение времени 3 мин. После получения измеренной информации азимут траектории на забое вычисляют по формуле (1).The inclinometer is installed on the bottom at point A, at a depth of 2300 m and is turned on in the TLS mode, and the downhole tool is held stationary for 3 minutes. After receiving the measured information, the azimuth of the trajectory at the bottom is calculated by the formula (1).
После индикации на дисплее наземной ПЭВМ вычисленного азимута гироинклинометр по команде с пульта оператора переводят в режим датчика угла, для чего от ПЭВМ подают команду управления в виде логического нуля на входы блоков управления режимами работы гироскопа, и скважинный прибор переводят в режим непрерывного движения. В диапазоне от точки А до точки В инклинометр работает по приращениям углов прокачки, определяемым по формуле (2)After the calculated azimuth is indicated on the display of the ground PC, the gyroinclinometer, by command from the operator’s panel, is transferred to the angle sensor mode, for which the PC sends a control command in the form of a logical zero to the inputs of the gyroscope operating mode control units, and the downhole tool is put into continuous motion mode. In the range from point A to point B, the inclinometer operates by increments in pumping angles, determined by the formula (2)
Из полученного приращения угла прокачки по оси Х вычитают величину угла видимого ухода гироскопа от вращения Земли и получают приращение угла прокачки по оси Х за счет искривления траектории скважины (3), а изменение азимута траектории скважины уточняют в соответствии с функциональной зависимостью, полученной при калибровке инклинометра на стенде по формуле (4). Затем приращение азимутального угла ΔАi суммируют с полной величиной азимута, полученной на остановке в предыдущей точке траектории, и непрерывное движение скважинного прибора осуществляют до тех пор, пока величины углов прокачки не достигнут максимально допустимых значений, затем скважинный прибор останавливают, гироскоп переводят в режим датчика угловой скорости и вновь определяют полную величину азимута траектории скважины.From the obtained increment of the pumping angle along the X axis, subtract the magnitude of the angle of gyro apparent departure from the Earth's rotation and get the pumping angle increment along the X axis due to curvature of the well path (3), and the change in the azimuth of the well path is specified in accordance with the functional dependence obtained when calibrating the inclinometer on the stand according to the formula (4). Then the increment of the azimuthal angle ΔA i is summed with the total azimuth obtained at the stop at the previous point of the trajectory, and the continuous movement of the downhole tool is carried out until the values of the pumping angles have reached the maximum allowable values, then the downhole tool is stopped, the gyroscope is put into sensor mode angular velocity and again determine the total azimuth of the trajectory of the well.
По достижении углами прокачки предельных значений, например, в точке В на табло дисплея ПЭВМ загорается сигнал СТОП, по которому скважинный прибор останавливают, инклинометр переключают в режим ДУС (на блоки управления режимами работы гироскопа подается команда логическая единица) и в неподвижном положении определяют азимут траектории в точке В, при этом углы прокачки обнуляют. Новый измеренный азимут представляют точкой В1. Инклинометр опять переводят в режим датчика угла, скважинный прибор переводят в режим непрерывного движения до достижения углами прокачки максимально допустимых значений. Таким образом, может быть измерена траектория скважины любой кривизны без начальной выставки прибора перед началом работы.When the pumping angles reach the limit values, for example, at point B, the STOP signal lights up on the display panel of the PC, along which the downhole tool is stopped, the inclinometer is switched to the TLS mode (a logical unit command is sent to the gyroscope operating mode control units) and the azimuth of the trajectory is determined in the stationary position at point B, while the pumping angles are reset to zero. The new measured azimuth is represented by point B1. The inclinometer is again placed in the angle sensor mode, the downhole tool is placed in continuous motion mode until the pumping angles reach the maximum permissible values. Thus, the trajectory of a well of any curvature can be measured without an initial exposure of the device before starting work.
Гироскопический инклинометр (фиг.2) содержит скважинный прибор 1, каротажным кабелем 2 соединенный с наземным прибором 3.Gyroscopic inclinometer (figure 2) contains a
Скважинный прибор 1 содержит трехстепенной магнитосферический гироскоп 4, блок управления 5 режимами работы гироскопа 4 по оси Х и блок управления 6 режимами работы гироскопа по оси Y, блок выработки составляющих ускорения 7, передающее устройство 8.The
Трехстепенной магнитосферический гироскоп 4 содержит ротор 9, магниторезонансный подвес 10 ротора 9 с верхним 11 и нижним 12 статорами подвеса. На верхнем и нижнем статорах 11 и 12 расположены по четыре полюса с электромагнитными катушками 13, которые образуют четыре оси неортогонального подвеса. Гироскоп 4 имеет двухкоординатные датчики угла - датчики момента 14 и 15 по осям Х и Y, реализованные на обмотках L1-L4 (фиг.3); при этом на обмотках L1 и L2 реализовано измерение угла рассогласования (угла прокачки) α ротора 9 гироскопа и корпусом гироскопа 4 по оси X, а на обмотках L3 и L4 измерение угла рассогласования (угла прокачки) β по оси Y. Эти же обмотки служат датчиками момента по соответствующим осям. Входы блоков управления режимами работы гироскопа 5 и 6 соединены с выходом передающего устройства 8, а выходы по углам прокачки α и β и угловым скоростям ωх и ωу через передающее устройство 8 с наземным прибором 3. Продольная ось гироскопа 4 совпадает с продольной осью скважинного прибора Z, оси Х и Y связаны с корпусом гироскопа 4 и корпусом скважинного прибора 1 и перпендикулярны оси Z.A three-stage magnetospherical gyroscope 4 contains a
В состав блока 5 управления режимами работы гироскопа (фиг.3) по оси Х входит:The composition of the
16 - электронный коммутатор;16 - electronic switch;
17 - преобразователь напряжения обратной связи по угловой скорости;17 - converter voltage feedback angular velocity;
18, 19 - первый и второй сумматоры;18, 19 - the first and second adders;
20, 21 - источники тока для питания обмоток L1 и L2 соответственно датчиков угла - датчиков момента 14 и 15;20, 21 - current sources for powering the windings L1 and L2, respectively, of the angle sensors -
22 - дифференциальный усилитель;22 - differential amplifier;
23 - полосовой фильтр;23 - band-pass filter;
24 - фазочувствительный выпрямитель;24 - phase-sensitive rectifier;
25 - интегродифференцирующее звено с усилением входного сигнала.25 - integro-differentiating link with amplification of the input signal.
Схема блока управления 6 режимами работы гироскопа 4 по оси Y аналогична схеме блока управления 5 по оси X.The circuit of the
На первые входы блоков управления 5 и 6 подключен выход передающего устройства 8, по которому передаются от ПЭВМ команды управления режимами работы гироскопа 4, на второй вход блоков управления 5 и 6 подключена обратная связь по угловым скоростям соответственно ωу и ωх.The output of the transmitting
Гироскопический инклинометр работает следующим образом. Gyroscopic inclinometer works as follows.
Скважинный прибор 1 устанавливают в начальную точку измерения траектории в скважине и включают в режим датчика угловой скорости (ДУС). На первые входы блоков управления 5 и 6 подается сигнал (логическая 1), при этом электронный коммутатор 16 подключает на вход преобразователя 17 по оси Х с выхода блока управления 6 по оси Y постоянное напряжение обратной связи, пропорциональное величине угловой скорости, а на вход преобразователя блока управления 6 - напряжение выхода блока 5 по оси X.
Преобразователь 17 преобразует пришедшее на его вход постоянное напряжение обратной связи в напряжение частотой 600 Гц и подает его на первые входы сумматоров 18 и 19, на вторые входы которых подаются опорные напряжения датчика угла частотой 3.3 кГц. Суммарным напряжением запитываются обмотки L1 и L2 датчиков угла - датчиков момента 14 и 15. В обмотках L1 и L2 создается магнитный поток, разворачивающий ротор 9 гироскопа 4 в такое положение, чтобы угол α - угол между осью ротора 9 и осью датчика угла - датчика момента 14 и 15 был равен нулю. При этом на вход дифференциального усилителя 22 поступает разность напряжений частотой 3.3 кГц, которая фильтруется полосовым фильтром 23, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 24 и выдается в ПЭВМ. Переходный процесс, заключающийся в совмещении осей ротора и датчика угла - датчика момента, длится 2,5-3,0 минуты, в течение которых скважинный прибор 1 неподвижен. В конце переходного процесса на вход интегродифференцирующего звена 25 поступает напряжение, близкое к нулю, а с его выхода - пропорциональное угловой скорости вращения Земли ωх.The
С выхода блока 25 измеренная угловая скорость ωх и измеренные проекции ускорения силы тяжести с выхода блока 7 через передающее устройство 8 поступают в ПЭВМ для вычисления азимутального угла А оси скважины в месте установки скважинного прибора 1.From the output of
Затем гироскоп 4 переводят в режим датчика угла (ДУ), а скважинный прибор 1 - в режим непрерывного движения.Then the gyroscope 4 is transferred to the angle sensor mode (DU), and the
При включении режима датчика угла (ДУ) на первые входы электронного коммутатора 16 поступает сигнал (логический ноль), при котором постоянное напряжение обратной связи, пропорциональное угловой скорости вращения Земли, не поступает на вход преобразователя 17, а на входы сумматоров 18 и 19 поступает только опорное напряжение датчика угла частотой 3.3 кГц, которое питает обмотки L1 и L2 датчика угла - датчика момента 14 и 15, с выходов которых напряжение, пропорциональное углу рассогласования между осями ротора 9 и датчика угла - датчика момента, поступает на дифференциальный усилитель 22, фильтруется на полосовом фильтре 23, выпрямляется на фазочувствительном выпрямителе 24 и выдается через наземный прибор 3 в ПЭВМ. В ПЭВМ при непрерывном движении скважинного прибора 1 происходит определение приращений углов α и β, определение приращений углов прокачки от вращения Земли, определение приращений углов прокачки от искривления скважины. При достижении углами прокачки предельных значений 15.0 градусов на дисплее ПЭВМ загорается сигнал СТОП. По этому сигналу оператор останавливает скважинный прибор 1, переводит магнитосферический гироскоп 4 в режим работы ДУС, в результате которого определяется новое значение азимута А, углы α и β обнуляются и по окончанию режима ДУС скважинный прибор 1 переводится в режим непрерывного движения, во время которого измерение азимута производится по приращениям. Чередование режимов работы ДУ и ДУС гироскопа обеспечивает измерение траектории скважины любой кривизны.When the angle sensor (DU) mode is turned on, a signal (logical zero) is received at the first inputs of the
Основные преимущества предлагаемого способа измерения траектории скважины по азимуту и двухрежимного бесплатформенного гироскопического инклинометра для его осуществления заключаются в существенном повышении производительности измерений, а также высокой инструментальной точности измерений приращений азимута - единицы угловых секунд.The main advantages of the proposed method for measuring the well trajectory in azimuth and a dual-mode strapdown gyroscopic inclinometer for its implementation consist in a significant increase in measurement performance, as well as high instrumental accuracy in measuring azimuth increments - units of arc seconds.
Сравнительный расчет производительности измерений по способу прототипа и предложенному способу показывает следующее: на измерение траектории скважины длиной 3000 метров при остановках скважинного прибора через 10 метров и стоянке в останова от 2.0 до 3.0 минут прототипу необходимо затратить от 10 до 15 часов.A comparative calculation of the measurement performance by the prototype method and the proposed method shows the following: the prototype needs to spend from 10 to 15 hours to measure the trajectory of a well 3000 meters long when the downhole tool stops after 10 meters and stop at a shutdown from 2.0 to 3.0 minutes.
При использовании предлагаемого способа двухрежимному бесплатформенному инклинометру при искривлении той же скважины на 90.0 градусов и при движении скважинного прибора со скоростью 5000 м/час необходимо затратить не более 1,5 часа, из них 1,2 часа на спуск и подъем скважинного прибора и на 6 остановок по 3,0 минуты - 0,3 часа.When using the proposed method, a dual-mode strap-on inclinometer when the same well is bent by 90.0 degrees and when the downhole tool moves at a speed of 5000 m / h, it takes no more than 1.5 hours, of which 1.2 hours to lower and lower the downhole tool and 6 stops of 3.0 minutes - 0.3 hours.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113754/03A RU2269001C1 (en) | 2004-05-05 | 2004-05-05 | Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004113754/03A RU2269001C1 (en) | 2004-05-05 | 2004-05-05 | Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004113754A RU2004113754A (en) | 2005-10-27 |
| RU2269001C1 true RU2269001C1 (en) | 2006-01-27 |
Family
ID=35863659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004113754/03A RU2269001C1 (en) | 2004-05-05 | 2004-05-05 | Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2269001C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102121375A (en) * | 2010-12-30 | 2011-07-13 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | Method for processing digital signal of high-temperature core sampler of continuous inclinometer |
| CN102278108A (en) * | 2011-05-13 | 2011-12-14 | 重庆华渝电气仪表总厂 | Calibration method for continuous measurement mode of small-bore directional gyro 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 |
-
2004
- 2004-05-05 RU RU2004113754/03A patent/RU2269001C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102121375A (en) * | 2010-12-30 | 2011-07-13 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | Method for processing digital signal of high-temperature core sampler of continuous inclinometer |
| CN102121375B (en) * | 2010-12-30 | 2013-04-24 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | Method for processing digital signal of high-temperature detector bar of continuous inclinometer |
| CN102278108A (en) * | 2011-05-13 | 2011-12-14 | 重庆华渝电气仪表总厂 | Calibration method for continuous measurement mode of small-bore directional gyro inclinometer |
| CN102278108B (en) * | 2011-05-13 | 2014-03-26 | 重庆华渝电气仪表总厂 | Calibration method for continuous measurement mode of small-bore directional gyro 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004113754A (en) | 2005-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021227011A1 (en) | Gyroscope-based measurement-while-drilling system and method | |
| US6651496B2 (en) | Inertially-stabilized magnetometer measuring apparatus for use in a borehole rotary environment | |
| CN100489459C (en) | Strapdown inertial combined measurement controller adapted to whole-optical fiber digital slope level | |
| US11220899B2 (en) | Gyro measurement while drilling system and method therefor | |
| US6895678B2 (en) | Borehole navigation system | |
| CA1166843A (en) | Borehole survey apparatus and method | |
| US9714548B2 (en) | Apparatus for single degree of freedom inertial measurement unit platform rate isolation | |
| US7386942B2 (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
| RU2324897C1 (en) | Azimuthal orientation of free gyro platform by precession angle of gyro unit | |
| US4696112A (en) | Bore hole navigator | |
| RU2269001C1 (en) | Method for well path measuring in azimuth and dual-mode body-mounted gyroscopic inclinometer for above method implementation | |
| US11939830B2 (en) | Tool, system and method for orienting core samples during borehole drilling | |
| RU2030574C1 (en) | Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer | |
| RU2507392C1 (en) | Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer | |
| RU2788825C1 (en) | Calibration method of a three-axis electronic magnetic compass | |
| RU2503810C1 (en) | Method for determining well deviation angles | |
| RU2130118C1 (en) | Gyroscopic inclinometer | |
| RU2482270C1 (en) | Method for determining orientation of downhole instrument in borehole | |
| AU2019201449B2 (en) | Borehole survey instrument and method | |
| RU2110684C1 (en) | Telemetric system for control of navigation parameters of bore-hole trajectory | |
| RU2210740C1 (en) | Method of gyrocompassing with use of gyroscopic transmitter of angular velocity mounted on platform controlled by azimuth and stabilized in plane of local horizon | |
| RU2057924C1 (en) | Gyroinclinometer complex | |
| RU2184845C1 (en) | Device for determination of borehole inclination angle and position of deflecting tool during drilling | |
| RU2606673C1 (en) | Device for determining direction to geographic north | |
| RU2062872C1 (en) | Method for determining orientation of an object in stop point |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130401 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180506 |