Основные Принципы инклинометрии Скважин Инклинометрия — метод

Основные Принципы инклинометрии Скважин

Инклинометрия - метод, используемый для определения положения скважины.

Что Позволяет Определить инклинометрия? • Текущее положение скважины. • Графически отразить траекторию скважины до текущего момента. • Планировать направление скважины. • Обеспечить информацией для спуска других инструментов.

Основные понятия в инклинометрии 3 N φ 1 4 α 5 2 6 • • • 1 – горизонтальная плоскость; 2 – апсидальная плоскость; 3 – магнитный меридиан; 4 – касательная к точке ствола; 5 – вертикаль через точку замера; 6 – ось скважины. • - магнитный азимут. • - зенитный угол.

Основные определения • Ось скважины – пространственная кривая, состоящая из сопряженных прямолинейных и криволинейных участков • Зенитный угол – угол между касательной к оси скважины и вертикальной прямой проходящей через точку замера • Магнитный азимут – угол в горизонтальной плоскости, между осью измерительного прибора в скважине и направлением на магнитный север измеренный по часовой стрелке • Апсидальная плоскость – вертикальная плоскость проходящая по касательной к оси скважины

N N маг А – Устье скважины гео В – Точка замера 1 – Ось скважины B 2 – Касательная к точке замера N гео – Географический полюс земли N маг – Магнитный полюс земли A - Дирекционный угол 1 2 - Магнитный азимут скважины Дирекционный угол – угол в горизонтальной плоскости, между направлением на географический север и прямой соединяющей устье скважины с точкой замера

Магнитные коррекции • Магнитное поле земли • Магнитное склонение • Применение коррекции магнитного поля земли

Магнитное поле земли N S

Угол входа магнитных линий Be – Напряженность магнитного поля земли Dip – Угол входа магнитных линий земли Касательная к силовой линии на поверхности Земли Be Угол входа магнитных линий(Dip) Силовая линия магнитного поля Касательная к поверхности Земли

Магнитное склонение(Dec) – Угол между горизонтальной составляющей магнитного поля и направлением на истинный север

Магнитные составляющие • Btotal – общая напряженность магнитного поля земли • Gtotal - общая напряженность гравитационного поля земли • bv – вертикальная составляющая поля • bh – горизонтальная составляющая поля

Применение коррекций магнитного поля - +

Направление коррекции магнитного склонения • Склонение может быть положительным и отрицательным – Восточное склонение – положительное – Западное склонение – отрицательное Истинный азимут = Магнитный азимут + Склонение

Методы определения коррекции магнитного склонения • Для определения коррекций магнитного склонения и компонентов магнитного поля существует несколько методов – Карты магнитного склонения • Выпускаются Обществом геологических исследования США (USGS) каждые 5 лет. При определении магнитного склонения по картам точность составляет ± 0, 20 – Компьютерная программа «MAGUTM» – Компьютерная программа «Geomagix»

Рассмотрим программу Geomagix • Что необходимо для расчета – Географические координаты (долгота; широта) – Альтитуда – Полушарие (северное: южное) – Склонение (восточное: западное) – Корректная модель для расчета составляющих поля

Программа Geomagix Полушарие Широта Долгота Склонение Альтитуда Версия используемой магнитной модели Напряженность магнитного поля n. T Дата на момент расчета Угол входа магнитных линий Кнопка выбора магнитной модели из списка

Системы координатной сетки • Любая местность на поверхности земли может быть обозначена через долготу и широту – Широта – угол к северу или югу от экватора в градусах • 900 к северу – северный полюс • 900 к югу – южный полюс – Долгота – угол к востоку или западу от определенной точки (нулевого меридиана • Нулевым меридианом принято считать Гринвичский

Система координат

Система координат UTM

Система координат UTM • UTM (Universal Transverse Mercator) – система преобразует сферическую поверхность Земли в плоскую карту – Плоскую карту сворачивают в цилиндр вокруг Земного шара – Точки на поверхности Земного шара касающиеся цилиндра образуют прямую линию и очень точно проецируются на карту, образуя меридиан – Система UTM делит поверхность Земли на 60 зон по 60 – Для данной зоны центральный меридиан этой зоны есть долгота – Линии широты, которые образуют верхние и нижние границы прямоугольных зон разделены полосами на 80

Коррекции координатной сетки

Коррекции координатной сетки _ + + _

Расчет севера сетки • В любой системе координат принят один и тот же угол сходимости – Угол восточной сходимости – положительный – Угол западной сходимости – отрицательный Азимут по координатной сетке = Истинный азимут Сходимость

Система координат Ламберта

Приборы для проведения инклинометрических исследований • Бутылка с кислотой. • Магнитные приборы: – механические компасы. – электронные компасы. • Гироскопические приборы: – свободные гироскопы: - с отклоняющейся рамкой. - с горизонтальным ротором. - со стабильной платформой. – прецессионные гироскопы. – инерциальные навигационные системы.

Бутылка с кислотой

Механические компасы с магнитной буссолью.

Достоинства и недостатки механических компасов • Достоинства: – – Надежность устройства; Дешевизна изготовления; Простота использования; Большая прочность по сравнению с электронными; • Недостатки: – Необходимость немагнитной УБТ; – Большая вероятность ошибки при считывании результатов с пленки; – Невозможность использовать без защитного кожуха при экстремальных температурах и плотностях раствора; – Необходимость специфицирования диапазона измерений ; – Используют только горизонтальную составляющую поля; – Невозможно использовать в высоких географических широтах так как горизонтальная составляющая поля мала; – Реагирует на местное магнитное поле и не указывает есть или нет искажений от воздействия постороннего поля

Электронные компасы Gtotal – вектор общего гравитационного поля

Достоинства и недостатки Электронных компасов • Достоинства – Более высокая стендовая точность прибора – Меньшая погрешность, чем при считывании данных с пленки – Способность использовать коррекцию укороченных УБТ – Возможность получения результатов быстрее, чем системами с пленкой – Измеряет общее магнитное поле Земли – Знание общих характеристик поля, позволяет определить наличие посторонних помех на результаты измерений путем сравнения данных • Недостатки – Приборы более дорогие, традиционные исследовательские приборы – Необходимость использовать персональный компьютер – Требует использования немагнитных УБТ в компоновке

Конструкция зондов для магнитных исследований

Свободные гироскопы – с отклоняющейся рамкой; – с горизонтальным ротором; – со стабильной платформой;

Свободные гироскопы со стабильной платформой (гиростабилизированная платформа фирмы «Босс» )

Инерциальные навигационные системы

Расчет расположения компаса • Приборы для магнитной инклинометрии • Методика пользования диаграммами • Метод короткого УБТ

Приборы для магнитной инклинометрии • Требуется расположение в немагнитной среде • При бурении в различных широтах необходимо рассчитать нужное количество НУБТ

Выбор длины немагнитных УБТ • Определить по карте к какой зоне относится район бурения • Выбрать диаграммы для установленной зоны • Определить в выбранной зоне, какую диаграмму использовать в зависимости от низа буровой колонны: с забойным двигателем или с роторная КНБК • Определить проектный азимут и угол скважины • Продлить линии с выбранных значений их пересечения • Установить положение пересечения этих линий на диаграмме и прочитать инструкции к зоне, инструкция содержит общую длину немагнитных УБТ рекомендуемую для исследований и расположение на этой длине

Руководство по выбору немагнитных УБТ

Вычисление результатов измерений • • • Тангенциальный Среднего угла Сбалансированный тангенциальный Радиуса кривизны Минимальной кривизны Вычисления с помощью калькулятора

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

Метод усредненного угла • Используются усредненные значения зенитных углов и азимута, измеренные в верхней и нижних точках интервала замера. Средние значения, засчитанные по двум точкам, принимаются за зенитный угол и азимут ствола скважины на протяжении всего интервала замера. Затем траектория вычисляется по тригонометрическим формулам

Сбалансированный тангенциальный • Метод позволяет использовать зенитный угол и азимут, измеренный в верхней и нижней точках интервала замера для расчета двух прямолинейных отрезков, принимаемых за траекторию ствола скважины внутри интервала замера. Длинна каждого отрезка равна половине интервала замера. Верхний отрезок рассчитывают по зенитному углу и азимут в верхней точке интервала, а нижний – по аналогичным параметрам в нижней точке.

Метод радиуса кривизны • Метод позволяет использовать зенитный угол и азимут ствола скважины, измеренный в верхней и нижней точках интервала замера, для построения дуги окружности, которая выглядит таковой как вертикальной, так и в горизонтальной проекциях.

Пояснения к методу радиуса кривизны • Метод является одним из самых точных и все же достаточно простым, чтобы для расчета можно было бы обходится калькулятором

Метод минимальной кривизны • Метод основан на допущении, что траектория скважины лежит на поверхности сферы. При этом, изменение глубины по вертикали будет функцией как зенитный угол, так и азимут скважины

Вычисления с помощью калькулятора • А– противолежащий катет к угла α • В – прилежащий катет к углу α • С – гипотенуза Sin α = С В α Cos α = А

Погрешности измерений • Ошибки по глубине 0, 2÷ 1, 5 м на 1000 м) (измерения по кабелю • Ошибки по зенитному углу ± 0, 200 • Ошибки по азимуту ± 1, 50 • Основные поправки при расчете магнитных компонент

Погрешности вертикальной проекции

Ошибки горизонтальной проекции

Корреляция глубины

Погрешность определения глубины по вертикали

Системы передачи информации в процессе бурения • Кабельные системы • Гидравлический канал • Электромагнитный канал связи

Гидравлический канал передачи информации • Система на положительных импульсах

Система на положительных импульсах • Преимущества – Простота конструкции – Не требует сообщений с кольцевым пространством – Создает мощные и продолжительные легкорегистрируемые импульсы • Недостатки – Длительность передачи сигнала обычно больше, чем у других систем (меньшая частота прохождения сигнала) – Может быть чувствительна к наполнителям для ликвидации поглощения – Имеет ограничения по внутреннему диаметру, не позволяющему пропускать через него другие инструменты – Чувствительна к производительности насосов

Гидравлический канал передачи информации • Система на отрицательных импульсах

Система на отрицательных импульсах • Преимущества – Большая скорость передачи данных по сравнению с системами с положительными импульсами – Сложности в случае с применением наполнителей для ликвидации поглощений уменьшаются – Широкий диапазон характеристик буровых насосов • Недостатки – Чувствительна к перепаду давления – Сообщение с кольцевым пространством – Имеет ограничения по внутреннему диаметру, не позволяющему пропускать через него другие инструменты – Формирование более слабых импульсов, которые трудно улавливать – Сложность изготовления и высокая стоимость

Гидравлический канал передачи информации • Система непрерывных волн

Система непрерывных волн • Преимущества – Большая скорость передачи данных по сравнению с системами на положительных импульсах • Недостатки – Действует в более узком диапазоне характеристик бурового раствора – Имеет ограничения по внутреннему диаметру, не позволяющему пропускать через него другие инструменты – Более слабые импульсы их трудно улавливать – Высокая чувствительность к наполнителям для ликвидаций поглощений – Высокий перепад давления в забойном узле – Высокая интенсивность эрозии поворотного клапана