Способ определения расстояния между выработкой и скважиной Советский патент 1992 года по МПК G01B7/14 G01V3/08 

Изобретение относится к измерениям, характеризующимся использованием электрических или магнитных средств и предназначено для точного определения расстояния между необсаженными частями ствола скважины и точкой горной выработки (может быть тоже скважины), преимущественно при бурении двух параллельных скважин с целью контроля мощности подземного взрыва при испытании взрывных устройств.

Расстояние между стволами скважин на глубине обычно определяется с помощью известного способа скважинной инклино- метрии. Он заключается в измерении пространственной ориентировки сравнительно коротких отрезков стволов скважин с последующим вычислением пространственных координат точек стволов скважин путем интегрирования отрезков. Расстояние между стволами скважин на заданной глубине вычисляют по разности координат точек стволов скважин.

Недостатком этого способа является большая величина погрешности определения расстояния. Основным источником погрешности является неизбежная систематическая погрешность измерения ориентировки отрезков стволов скважин. При интегрировании эта погрешность накапливается и приводит к погрешности определения расстояния между скважинами, делающей инклинометрию неприемлемой для решения поставленной технической задачи. С помощью инклинометрии можно лишь предварительно оценить расстояние между скважинами, в частности, оценить максимальное расстояние между точками стволов скважин на задаваемых глубинах.

Наиболее близким техническим реше- нием является способ и устройство для определения направления и расстояния до обсаженной скважины-мишени (2). Способ

ч VJ Ј

СП

VI

основан нь излучении аномального магнитного поля, возникающего в стальных трубах скважины-мишени (объекте с повышенной магнитной проницаемостью) в присутствии источника переменного магнитного поля. Источником поля служит соленоид, намотанный на ферромагнитный сердечник, ориентированный вдоль оси скважины. Через соленоид пропускается переменный электрический ток. Ниже соленоида в той же скважине располагается трехкомпонент- ный датчик магнитного поля. Для измерений используется фазочувствительная схема.

К недостаткам способа следует отнести невозможность определения расстояния до необсаженных скважин и низкая, не более первых метров дальность способа, что не позволяет использовать его для решения вышеуказанных задач

Целью изобретения является повышение точности способа определения расстояния между точкой выработки и скважиной. Суть технического решения может быть пояснена следующим образом. Известно, что в немагнитной среде (магнитная проницаемость 1л // о) с удельной электропроводностью О комплексная векторная величина переменного магнитного поля В магнитного диполя, вектор М магнитного момента которого направлен по оси сферической системы- координат, измеренная в точке с координатами R (радиус - вектор) и (9 (полярный угол), определяется выражением

В Bo + Re AB + Mm ДВ,

(1)

где i - мнимая единица, В0 - магнитное поле источника в непроводящей среде, Re AEf и Im Д В - соответственно активная и реактивная величина магнитного поля вихревых токов в проводящей среде. Разложение величины магнитного поля в ряд по степеням R/ б « 1 дает следующие выражения активной и реактивной частей магнитного поля вихревых токов,

дуль активной величины Re В суммарного Ноля намного больше модуля Re Л В активной величины поля вихревых токов, т.е.

iReBl 1В0 + Re В0 (1 +

I ReA§ I wg + а-г v I- , (о)

I DO I

где величина а определяется углом между Ю векторами и Re А В, причем очевидно

I «I М.

(4)

Модуль IReBl магнитного поля диполь- 15 ного источника определяется выражением

ReB

М R3

F( в) ,

(5)

в котором F( 0 ) - функция только полярного угла в . Расстояние между точкой измерения и источником (т.е. искомое расстояние между двумя точками исследуемых соседних скважин) получается из (5)

М

ReB

F( в) .

(6)

30

Подставим (3) в (6) и, применив формулу бинома Ньютона, получим

R

М IF(Q)|

IR i (л , JReABK Ibol (1 + а -,& i j

Г DO I

R0± IARI .

1/3

(7)

где Ro - расстояние, соответствующее непроводящей среде ( а 0), I Д R I - абсолютная величина погрешности определения расстояния за счет влияния электропроводности среды

Re А В I

Д R I « R0

3 I Re ВТ |

(8)

Использование: для точного определения расстояния между необсаженными частями ствола скважины и заданной точкой горной выработки. Сущность изобретения: один из магнитных диполей помещают в точку горной выработки, а другой перемещают вдоль скважины, определяют расстояние A .L между точками смены знака активной части осевой компоненты вектора магнитной индукции, а искомое расстояние г рассчитывают, исходя из соотношения r AL/ .

f( 0 ) векторная ФУНКЦИЯ, зависящая только от полярного угла 0 При R/ d « 1 моПо условию поставленной задачи величина относительной погрешности определе- ния расстояния за счет влияния электропроводности не должна превышать заранее заданную величину f , т е

I ДР

Re

f

(9)

С учетом (8) условие (9) означает

Re А В I Re В I

3Ј

Согласно (2) и (3)

I Re ДВ I -Ј- llmA Bl . (11)

Подставив (11) в (10) видим, что условие (9) эквивалентно условию:

I Im ДВ | 0 „б I ReB IRСогласно предлагаемому способу снижают частоту поля (т.е. увеличивают величину д ) до тех пор, пока условие (12) будет удовлетворено. Этим автоматически удовлетворяется и поставленное в задаче условие (9), ограничивающее максимально приемлемую погрешность измерений расстояния, вызванную электропроводностью пород.

Таким образом, при выполнении условия (12) обеспечивается в пределах заданной точности квазистатический характер поля, когда величина поля практически не зависит от электропроводности среды и определяется лишь взаимным пространствен- ным расположением -источника и приемника поля.

При размещении дипольного осевого источника (приемника) в одной скважине и приемника (источника) в другой скважине, параллельной первой, осевая компонента BZ реальной части поля в условиях его квазистатичности равна

М 4jr

2(Z2-Zi)2-h; (Z2-ZO2+h2

2 т 5/2

где Zi и 7.1 - глубина расположения источника (приемника) и приемника (источника), h - расстояние между параллельными участками стволов скважин. Максимальная величина амплитуды осевой составляющей поля соответствует расположению источника и приемника на одинаковой глубине (Zi 7.2). В двух точках

Z2 Zi

h

(14)

измеряемая величина равны нулю (переходит через нуль). Поскольку расстояние A Z между этими точками равно v5 h получим

(10)

(15)

5Точность определения разности A Z

глубин точек перехода измеряемой величины поля через нуль не зависит от нелинейности параметров измерительной электромагнитной аппаратуры, поэтому

10 применение указанного варианта способа дополнительно повышает точность измерения расстояния между скважинами.

Способ опробовался для точного определения расстояния между двумя скважина15 ми N° 1 и N 2 на глубине 300 м. Требовалось измерить расстояние с относительной погрешностью Ј не хуже 2%. Для измерений использовалась серийно выпускаемая многочастотная аппаратура АСМИ-40.

20 Для измерений была выбрана частота f 125 Гц. В скважину № 2 на глубине 300 м был помещен осевой генераторный диполь, через который от наземного генератора пропускался переменный ток. В

25 другой скважине № 1 в интервале глубин 270-320 м с помощью приемного осевого диполя проводились измерения синфазной ReB2 и квадратурной lmBz величин магнитного поля.

30 По данным электрокаротажа было известно, что удельное электрическое сопротивление горных пород колеблется в пределах от 25 до 104 Ом.м. По данным инклинометрии скважин расстояние

35 между скважинами R на глубине 300 м не превышало 15 м. На основании этих данных была проведена оценка величины

S

ЪС- э,рт п

40

R

2fiЈ-fU

3-0,02

25

Ю

Г,

В районе максимума синфазной компо- ненты на глубине 300 м отношение ImBz/ReBz составило 0,02. Таким образом, выбранная для измерений частота удовлетворяет требованиям точности (0,02 0,9). Расстояние между точками смены знака ReBz составило 17,3 м. Точное расстояние между скважинами на глубине 300 м равно

55

г 4г 12 2зм.

Формула изобретения Способ определения расстояния между выработкой И Скважиной, в которой возбуждают магнитным диполем поле с частотой О) и измеряют другим магнитным диполем компоненты комплексной амплитуды вектора магнитном индукции,

причем один из диполей с магнитным моментом, параллельным оси скважины, помещают в точку выработки, а другой перемещают вдоль скважины, и по результатам измерений судят о расстояния между выработкой и скважиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, дополнительно проводят инклиномет- рию и электрокаротаж скважины, по результатам которых определяют соответственно максимальное расстоянии R между точкой выработки и скважиной в интервале выполняемых -в ней измерений и максимальное значение электропроводности о пород между выработкой и скважиной, по результатам измерений магнитной индукции-расстояние Д Z между точками смены знака активной части осевой компоненты вектора магнитной индукции, ближайшими

к точке максимума указанного вектора, а о расстоянии г между точкой выработки и скважиной судят, исходя из соотношения г Д Z/ V5 , причем измерение компонент комплексной амплитуды вектора.мзгнитной индукции проводят на частоту , выбираемой из соотношения

I ImB I I Re В I

3Ј

(-l-pwo)

1/2

R

где I ImB I - модуль реактивной компоненты комплексной амплитуды вектора магнитной индукции;

IReB I - модуль активной компоненты комплексной амплитуды вектора магнитной индукции;

// - магнитная проницаемость горных пород;

Е- заданная относительная погрешность определения расстояния,