СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ СКВАЖИНЫ
DETERMINATION OF WELL ANGULAR ORIENTATION

Решение относится к области геофизических исследований скважин. Предпочтительная область: техника инклинометрических измерений в процессе бурения.
Известен способ корректировки зенитного и азимутального углов отклонения при магнитометрических замерах в скважине, при котором используют систему измерительных преобразователей в составе магнитных и гравитационных датчиков. В определенных точках ствола разбуриваемых скважин измеряют по три компонента гравитационного и магнитного полей, а также определяют систематическую погрешность магнитного поля. При дальнейшей обработке учитывают начальную величину погрешности векторов напряженности магнитного поля и устанавливают критерий сходимости для каждого откорректированного вектора магнитного поля (Пат. США №5623407, Ε21B 47/022).
Известен способ обработки сигналов инклинометрических преобразователей при магнитометрических измерениях в скважине, при котором определяют систематические погрешности преобразователей, на основе выходных сигналов преобразователей формируют поправки в виде непрерывных функций, аппроксимирующих зависимости систематических погрешностей преобразователей от заданных значений параметров, представленных измеренными значениями параметров, и вычитают полученные поправки из измеренных значений (Пат. РФ №2102596, Ε21B 47/02).
Известен способ определения направления скважины во время бурения с помощью трехосевого блока акселерометр - магнитометр, при котором по показаниям датчиков и по известным местному ускорению силы тяжести и по местному магнитному полю Земли определяют азимут, зенитный угол и положение отклонителя в скважине, проводя измерения по крайней мере на двух глубинах (Заявка РФ №95116643/03, Ε21B 47/022).
Известен способ измерения зенитных и азимутальных углов посредством магнитогравитационного инклинометра, при котором определяют с помощью феррозондов компоненты полного вектора геомагнитного поля, определяют по показаниям акселерометров компоненты полного вектора силы тяжести и сравнивают полученные значения со средним значением четырех предыдущих замеров относительно допуска (Пат. РФ №2231638, Ε21B 47/02 - прототип).
Всем известным способам присущи одинаковые недостатки: известные решения не осуществляют обработки измерений магнитного поля и поля силы тяжести по единому алгоритму, т.е. ошибка измерения поля силы тяжести, например, при вибрациях может повлиять на точность расчета зенитного, азимутального углов и угла установки отклонителя. Кроме того, при расчете не используются известные сведения о характере движения датчиков в процессе бурения, а также компоненты геомагнитного поля и величину поля тяжести в районе проведения буровых работ и отсутствует возможность одновременного автоматического определения магнитной поправки и коррекции вибрационного воздействия.
Цель предлагаемого решения - повышение точности определения параметров скважины при значительном уровне вибраций и наличии постороннего влияния магнитных масс.
Способ определения угловой ориентации скважины предусматривает в процессе скважинных измерений измерение с помощью трех взаимоперпендикулярных феррозондов компонентов полного вектора геомагнитного поля, определение по показателям трех взаимоперпендикулярных акселерометров компонентов полного вектора силы тяжести и вычисление по полученным данным промежуточных значений азимутального и зенитного углов, определение поправок и вычисление окончательных значений азимутального и зенитного углов скважины для каждой точки измерения. Перед началом скважинных измерений определяют систематические погрешности феррозондов и акселерометров, ожидаемую скорость изменения азимутального и зенитного углов в процессе бурения, компоненты геомагнитного поля и величину силы тяжести в районе проведения буровых работ, запоминают данные в вычислительном устройстве телесистемы, в процессе измерения в скважине дополнительно измеряют уровень вибраций с помощью акселерометров, при низком уровне вибраций накапливают данные для расчета поправки на постороннее магнитное влияние и рассчитывают азимутальный, зенитный углы и угол установки отклонителя с учетом определенных ранее систематических погрешностей, ожидаемых показаний геомагнитного поля в районе бурения и ожидаемой скорости изменения углов скважины в процессе бурения, при высоком уровне вибраций преимущественно рассчитывают уточненное значение угла установки отклонителя, ориентируясь на текущие показания феррозондов.
Для повышения точности измерения вибраций устанавливают второй трехосевой акселерометр с повышенной, по сравнению с первым, чувствительностью к вибрациям.
Перед началом измерений проводят калибровку датчиков, заключающуюся в определении систематических ошибок измерения компонент магнитного поля и поля силы тяжести, например ошибки измерения, связанные с неточностью установки магнитометра и акселерометра на каркасе датчика, запоминают полученные калибровочные коэффициенты в вычислительном устройстве телесистемы. Определяют ожидаемую скорость изменения азимутального и зенитного углов в процессе бурения скважины по техническим ограничениям способа бурения, запоминают. Определяют компоненты геомагнитного поля и величину силы тяжести в районе проведения буровых работ, запоминают эти данные.
Опускают датчики в составе телесистемы в скважину. Помимо непрерывных магнитогравитационных измерений в процессе бурения проводят измерение уровня вибраций с помощью трехосевого акселерометра.
Если позволяет конструкция телесистемы, можно установить второй трехосевой акселерометр с повышенной, по сравнению с первым акселерометром, чувствительностью к вибрациям, что значительно повысит точность измерения вибраций. При необходимости измеряют температуру в скважине, внося необходимые изменения в полученные ранее калибровочные коэффициенты. Используют калибровочные коэффициенты для коррекции систематических ошибок измерения компонентов геомагнитного поля и поля силы тяжести в скважине.
При низком уровне вибраций накапливают данные для расчета поправки на постороннее магнитное влияние, рассчитывают эту поправку. Одновременно по результатам скважинных измерений определяют азимутальный и зенитный углы ориентации продольной оси скважины с учетом поправки на постороннее магнитное влияние, а также рассчитывают угол установки отклонителя, используя данные района бурения и условий бурения, определенных и запомненных телесистемой до начала бурения. Передают полученные значения углов на поверхность либо сохраняют их в скважинной телесистеме.
При высоком уровне вибраций не обновляют значения азимутального и зенитного углов, но используют величины предыдущего и текущего измерения для уточнения угла установки отклонителя, при этом в роли основного измерения автоматически используют магнитометрические измерения, на значение которых влияние вибраций минимально.
Непрерывно передают рассчитанные значения азимутального, зенитного углов и угла установки отклонителя для передачи на поверхность, помимо этих величин можно передавать и другие параметры, а именно: величину поправки на постороннее магнитное влияние, неоткорректированные результаты магнитометрических измерений, уровень вибрации и т.п.
Для расчета значений углов используют, как минимум, 2 измерения геомагнитного поля и поля силы тяжести с установленными уровнями доверия, зависящими от уровня вибраций. Для каждого измерения геомагнитного поля или поля силы тяжести в вычислительном устройстве телесистемы используются данные о истинном значении соответствующего поля, характерном для района бурения, и данные измерений с учетом калибровочных коэффициентов. Расчет ведут по известным формулам, например, приведенным в статье (Shuster M.D., Oh S.D. Three-axis attitude determination from veetor observations //Journal of Guidanse, Control, and Dynamics, vol. 4, № 1. 1981. pp. 70-77).
Возможность определения угловой ориентации скважины с учетом сведений о характере движения телесистемы по скважине, уровня вибраций во время измерений, обработки измерений геомагнитного поля и поля силы тяжести по единому алгоритму значительно повышает точность измерений. Также появляется возможность получать при необходимости дополнительные сведения о ходе и условиях бурения.