Способ определения азимута Советский патент 1988 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к промышленному бурению и может быть использовано для контроля траекторных параметров буровых скважин.

Целью изобретения является расширение диапазона применения за счет обеспечения определения азимута при наличии магнитного поля аномалии.

k cos( j - 0/ ) A

3

Способ основан на том, что при бу- Q -а,;, (а j - а ,, ) + а (а - sin( Уз - о ) А

г-ь

рении скважины параметры ее траектории меняются с небольшой скоростью по глубине. Следовательно, при проведении измерений в нескольких близлежащих точках азимут скважины меняется практически линейно. Известно и то, что аномалии природного происхождения также приводят к достаточно медленным изменениям аномального магнитного поля по глубине. На основании этого можно, выбирая достаточно малое расстояние между точками измерения, полагать линейное изменение величины магнитного поля аномалии. При этом допускается возможность произвольного изменения направления вектора магнитного поля аномалии при движении прибора от одной точки измерения к другой, что часто имеет место при прохождении датчика нелосредственно че- рез аномально магнитную область.

Сигналы феррозондов пропорциональны синусу и косинусу угла между направлением магнитного поля и осью феррозонда. При наличии магнитной аномалии мы можем записать ртноси

тельные сигналы феррозондов в следующем виде:

«1 и «.,

ai а

сов о/ + k cosji, -sin k sin

3-

(1)

е k - отношение величины поля аномалии к магнитному полю ЗемлиV - угол между направлением поля

аномалии и осью феррозондаj d - истинное значение азимута. Опреде лим сигналы феррозондов в ех точках измерения на одном из апов с учетом указанных выше допуний:

а, coso, aj, -sint, a,cos(rf+ iJo//2) + 0,5kcoS jij

40

45

50

-sin( o( + 4cf/2) - 0,5k ., ( d +kcosi

Чг

-sin(o + Л|) - ksin

Ту

(2) 55

Произведя некоторые преобразования учитывая малые изменения азимута и близком расположении точек измения, т.е s /) 1,

п и А,,

а 73 а А

заменяя sin йУ ud получим:

и

- 2а,, k cos

Гз - k cos j,

1-1

- 2a k sin y,, - k sin у

2

(a,, -a,,) +

k cos( j - 0/ ) A

.)

3

-а,;, (а j - а ,, ) + а (а - sin( Уз - о ) А

г-ь

4

(3) )

2а„ (а „ - а ,, ) + 2а,, (а ,, - а,, ) kcosC у, - 0) Ау,

-2а,, (а ,,j - а„ ) + 2а , (а,, - а ,) - k sin( У- - о( ) А.

Следующие преобразования основаны переходе от суммы и разности тринометрических функций к их произдениям:

AI tpJj-lJ: A, V.2

A , + A7 2

(4)

+

Из (4) можно определить значения jf и j, а, подставляя их в (3), получим k и 4о/:

А4 - А4 Тг arctg------ arctg

}Д l

15 20 25 ЗО

35

0

5

0

5

arctg

Af - А4

arctg--,

Тз + AS ..,

k Aj/cosC ji, - oC) , V./)(« -A4 - A,tg( jj -(/). (5) Полученные соотношения дают полную информацию об азимуте скважины и параметрах магнитного поля аномалии во второй и третьей точках измерения. Точность вычисления изменения азимута полностью определяется расстоянием между точками измерения. Выбирая это расстояние достаточно малым, можно обеспечить любую заранее заданную точность определения азимута.

Способ осуществляется следующим образом.

; Измерение сигналов двух взаимно ортогональных феррозондов производят при перемещении датчика от устья скважины к забою. На первом этапе датчик устанавливают в устье скважины либо в точке траектории скважины, для которой известно истинное значение азимута. Затем датчи к перемещают последовательно во вторую и третью точки измерения и определяют показания феррозондов. Затем по соотноше10

15

ниям (5) определяют изменение азимута и параметры магнитного поля аномалии в третьей точке измерения, и влияние аномалии вычитается из сигналов феррозондов, т.е. для устранения влияния магнитной аномалии показания феррозондов в третьей точке корректируют и вычисляют истинное значение азимута, так как скорректированные сигналы феррозондов пропорциональны синусу и косинусу истинного значения азимута в третьей точке измерения.

При переходе к следующему этапу измерений третья точка предьщущего этапа принимается за начало отсчета и вся последовательность действий повторяется. При достижении датчиком забоя скважины, при окончании последнего цикла измерений, имеют истинное jn значение азимута скважины и парамет- ры аномальных магнитных полей по всей траектории скважины.

Для конкретной реализации способа возможно применение известных уст- 25 ройств, содержащих две карданные рамки, в которых размещены два взаимно ортогональных феррозонда, и имеющих выход измерительной информации в цифровом виде.2Q

При осуществлении способа конкретные значения различных параметров могут изменяться под воздействием внешних условий. Например, предположение о малых величинах искривления скважины между первой и третьей точками оказывает существенное влияние на выбор расстояния между .этими точками.

При конкретной реализации способа следует учитывать следующее.

При прохождений датчика от точки начала отсчета к третьей точке изменение азимута скважины ol не должно превьшать 5-7°, причем с уменьшением этой величины значительно увеличивается точность определения азимута. Максимальная величина напряженности магнитного поля аномалии k может изменяться в значительных пределах. В частности, при изменении значения k

35

40

45

на точность определения азимута и может принимать прризвольные значения при движении датчика по скважине.

При моделировании бьша проведена оценка погрешности способа в зависимости от различных параметров. Например, при k 0,7и йо1 5 погрешность определения азимута не превышала 1,5°. При уменьшении ло максимальная величина погрешности снизилась до 0,7°.

В скважине, проходящей через железорудный пласт с большой величиной аномального поля, проводили проверку способа (расстояние между точками измерения 7,5 м). Максимальное расхождение между результатами, полученными предлагаемым способом и инклино- метрией скважины гироскопическим инклинометром, не превьш1ало 5 , причем на эту величину влияет также и точность инклинометра, показания которого считали образцовыми.

Формула.изобретения

Способ определения азимута, вклю- чающий установку феррозондового датчика в плоскость наклона скважины и горизонтальную плоскость в точке измерения и определения показаний двух взаимно.ортогональных феррозондов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения за счет обеспечения определения азимута при наличии магнитного поля аномалии, измерения производят nor этапно при перемещении датчика от устья сквйжины к забою, а показания феррозондов определяют на каждом этапе в трех близлежащих точках траектории скважины, при этом на первом этапе датчик установлен в точке траек- тории скважины, для которой известно истинное значение азимута, перемещают датчик последовательно во вторую и третью точки измерения и определяют изменение азимута и параметры магнитного поля аномалии, корректируют пов пределах 0,1-2 (в относительных ве-50 казания феррозондов в третьей точке личинах к значению напряженности маг- и вычисляют истинное значение азиму0

5

n

5 Q

5

0

5

на точность определения азимута и может принимать прризвольные значения при движении датчика по скважине.

При моделировании бьша проведена оценка погрешности способа в зависимости от различных параметров. Например, при k 0,7и йо1 5 погрешность определения азимута не превышала 1,5°. При уменьшении ло максимальная величина погрешности снизилась до 0,7°.

В скважине, проходящей через железорудный пласт с большой величиной аномального поля, проводили проверку способа (расстояние между точками измерения 7,5 м). Максимальное расхождение между результатами, полученными предлагаемым способом и инклино- метрией скважины гироскопическим инклинометром, не превьш1ало 5 , причем на эту величину влияет также и точность инклинометра, показания которого считали образцовыми.

Формула.изобретения

Способ определения азимута, вклю- чающий установку феррозондового датчика в плоскость наклона скважины и горизонтальную плоскость в точке измерения и определения показаний двух взаимно.ортогональных феррозондов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения за счет обеспечения определения i азимута при наличии магнитного поля аномалии, измерения производят nor этапно при перемещении датчика от устья сквйжины к забою, а показания феррозондов определяют на каждом этапе в трех близлежащих точках траектории скважины, при этом на первом этапе датчик установлен в точке траек- тории скважины, для которой известно истинное значение азимута, перемещают датчик последовательно во вторую и третью точки измерения и определяют изменение азимута и параметры магнитного поля аномалии, корректируют по0 казания феррозондов в третьей точке и вычисляют истинное значение азиму

Изобретение относится к промышленному бурению и м.б. использовано для контроля траекторных параметров буровых скважин. Цель изобретения - расширение диапазона применения за счет обеспечения определения азимута при наличии магнитного поля аномалии. Устанавливают феррозондовый датчик в плоскость наклона скважины и горизонтальную плоскость в точке измерения и определения показаний двух взаимно ортогональных феррозондов. Измеряют поэтапно при перемещении датчика от устья скважины до забоя. Показания феррозондов определяют на каждом этапе в трех близлежащих точках траектории скважины. На первом этапе датчик устанавливают в точке траектории скважины, для которой известно истинное значение азимута. Перемещают датчик последовательно во вторую и третью точки измерения. Определяют изменение азимута и параметры магнитного поля аномалии. Корректируют показания феррозондов в третьей точке и вычисляют истинное значение азимута. -Переходят к следующему этапу измерения, третью точку предыдущего этапа принимают за начало отсчета. При достижении датчиком забоя, при окончании последнего цикла измерений, имеют истинное значение азимута скважины и параметры аномальных магнитных полей по всей траектории скважины. (О (Л 00 со