способ измерения параметров траектории скважины
Классы МПК: | E21B47/02 определение наклона или направления |
Автор(ы): | Скобло В.З., Ропяной А.Ю., Карелин В.Ю. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "НТ-Курс" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-10-02 публикация патента:
20.06.2003 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
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 алгоритмуХ3=М13-

Y3=М23-

Z3=М33-



при этом

где М1n - результат измерения ДПИ 1 в положении n;
М2n - результат измерения ДПИ 2 в положении n;



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.
Описание изобретения к патенту
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 алгоритмуX3 = М13 -

Y3 = М23 -

Z3 = М33 -



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,



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(








М11 = X1 +

где X1 - проекции вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении один,

М21 = Y1 +

где Y1 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении один,


М12 = X2 +

где Х2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Х измерительной системы в положении два,

М22 = Y2+

где Y2 - проекция вектора напряженности магнитного поля Земли на ось Y измерительной системы в положении два,

Для положения один бурильного инструмента
(M11)2 + (M21)2 = (R1)2,
тогда
(R1)2 = (X1 +






(M12)2 + (M22)2 = (R2)2,
тогда
(X2 +






далее рассмотрим разность R1 2 - R2 2
R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1








R1 2 - R2 2 = X1 2 + 2X1




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)


M11 - M12 и M21 - M22,
M11 - M12 = X1 +


M21 - M22 = Y1 +


M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)




M11 2 + M21 2 - M12 2 - M22 2 = 2(M11 - M12)


M11 2 + M21 2 - M13 2 - M23 2 = 2(M11 - M13)






и окончательно имеем
X3 = M13 -

Y3 = M23 -


Класс E21B47/02 определение наклона или направления