Способ измерения положения снаряда в скважине Советский патент 1984 года по МПК E21B47/22 

а ел

со

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и предназначено для дистанционного определения положения ствола скважины в пространстве или для привязки в пространстве измерительной системы координат при векторных измерениях скважин.

Известен способ определения угла отклонения скважины, основанный на измерении компонента силы тяжести. Здесь измерительная система координат подвижна относительно корпуса снаряда и ориентируется с помощью груза-эксцентрика (1.

Известен также способ измерения положения снаряда в скважине, включающий погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважину, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат 2.

Недостатком известного способа является недоопределенность положения снаряда в пространстве (удается измерить только два угла из трех), а также наличие составляющей погрешности, обусловленной трением в подвесах.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения положения снаряда в скважине, включающему погружение датчиков компонентов, размешенных в корпусе снаряда, в скважину, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат, устанавливают датчики компонентов в корпусе снаряда неподвижно так, что их оси чувствительности образуют измерительную ортогональную систему координат, в которой соответственные оси чувствительности датчиков компонентов магнитного поля и датчиcos а-cos |3 -cos 7 - sin Y sin tf-cos )3 -cos 7 + cos 7 - -sin p.cos 7

гдecl,JЭ,)r - система углов Эйлера.

После упрощения системы линейных уравнений этого преобразования может быть получена система уравнений:

fH;(-cos« + Hysinc (hj-Hj-cos/)x l/sin hy- sin /- cos / (Hj; - )x 1/51ПД

не имеющая однозначного решения относительно углов.

Аналогичную систему уровнений можно записать для компонентов вектора силы тяжести:

CP,-cOso(-b Ру sinol (Pj,) l/sinp (Py-sinr-Px-cosr (Рг. -Pgcos) t/sin.

Теперь число уравнений превышает число неизвестных. Это позволяет исключить одно из уравнений, что прнводит к сокращеков компонентов силы тяжести параллельны, затем производят отсчет значений сиг. налов датчиков на поверхности при совмещении Осей координат измерительной сис, темы с осями определенной заранее опорной системы координат, после чего производят отсчеты датчиков в скважине, вычисляют для каждого отсчета систему углов Эйлера и определяют угловое положение снаряда относительно опорной системы координат.

Сущность предлагаемого способа заключается в одновременном измерении компонентов двух постоянных по величине и на.правлению векторов: вектора индукции магнитного поля Земли и вектора силы тяжести.

5 В качестве датчиков компонентов вектора индукции магнитного поля могут применяться компонентные магнитомеры, например, широко применяемые в скважинной магни-тометрии феррозондовые.

„ В качестве датчиков компонентов вектора силы тяжести могут применяться компонент-, ные гравимеры или наклономерные устройства.

Измерив значения компонентов в опорной (на поверхности) и в измерительной

5 (в скважине) системах координат, можно установить связь через посредство матрицы переходов, выраженную через систему углов Эйлера.

Пусть Н, Ну, HZ. - компоненты вектора индукции магнитного поля Земли, измерен0 ные в опорной системе координат; h, hy: hj - компоненты того же вектора в измерительной системе координат; Р, , Ру, Р - компоненты вектора силы тяжести в опорной системе координат; р, р,, р - компоненты вектора силы тяжести в измерительной системе координат.

Для вектора индукции магнитного поля можно, например, записать преобразование:

y hz

нию числа измеряемых компонентов желаемым образом. Вычисляемые по трем уравнениям три угла позволяют однозначно определить положение измерительной системы координат, а, следовательно, и корпуса снаряда в пространстве.

Дополнительное упрощение системы уравнений может быть получено целесообразной ориентацией систем координат относительно измеряемых векторов, например, вертикально-азимутальной для опорной и осе вой для измерительной.

Просмотрим решение такого варианта.

Пусть исходной будет система уравнений

(H -cosd-f Hy-sinc( (Ьг-Нг-со5/5)

} hysinlf-hx-cosr (Hz -hj cos)-l/sin/J

I PxCOSrt-f P, (p -P -cosp)-l/sin cos of-cos )3-sin 7 - bin rf.cos 7-cos o/.sin /3 sin ol-cos -sin 7 -t- sin ol-cos 7.sin of -sin ft sin |3-sin 7cos (3

При предложенной орнентацйн систем координат Ну Рд Ру 0.

Тогда система уравнений упростится: H -cosoi (hj.- Нгсоз)-I/sin i

hySinJT-h,-cosr (Hj

cos) 1/sin

Рг- PI cos 0 Решение системы имеет вид: ft arc cos ;

arc cos ((ha-HI-COS/)-I/H, r arc sin (H-j,) l/sin VhJ + hi+ tarctg.

Использование предлагаемого способа позволяет значительно упростить конструкцию снаряда по сравнению с инклинометром ИТ-200, которым оснащены производственные организации Министерства геологии. Технические преимущества, прежде всего, определяются отсутствием карданова подвеса, обладающего зоной нечувствительности вследствие треиия в опорах и токосъемниках и ограничивающим скорость измерений временем успокоения измерительной системы. Вторым важным достоинством является расщирение функциональных возможиостей.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СНАРЯДА В СКВАЖИНЕ, включающий погружение датчиков компонентов, размещенных в корпусе снаряда, в скважиTiy, измерение с помощью их компонентов магнитного поля Земли и компонентов силы тяжести и вычисление по ним угловых координат, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и распгирения диапазона измерений, датчика компонентов устанавливают в корпусе снаряда неподвижно так, что их оси чувствительности образуют измерительную ортогональную систему координат, в которой соответственные оси чувствительности датчиков . компонентов магнитного поля и датчиков ко.мпонентов силы тяжести параллельны, зате.м производят отсчет значений сигналов датчиков на поверхности при совмещении осей координат измерительной системы с осями определенной заранее опорной системы координат, после чего производят отсчеты датчиков в скважине, вычисляют для каждого отсчета систему углов Эйлера и определяют угловое положение снаряда относительно опорной , i системы координат. (Л