Бесплатформенная
инерциальная навигационная
система
ИГМН – 73 «АЗИМУТ»
Качественная инклинометрия (аттестация)
скважин без ограничений по зенитному
углу и азимуту при
проведении геолого-разведывательных
и буровых работ, а также оценка
состояния скважин, находящихся в
эксплуатации, возможна только с
применением бесплатформенной
инерциальной навигационной системы с
полным набором чувствительных
элементов.
В настоящее время ведутся
работы по созданию бесплатформенных
гироскопических инклинометрических
комплексов в США, Германии, Франции,
России. Вопросами разработки данных
систем в России занимаются НИИ
прикладной механики им. Академика В.И.Кузнецова,
Пермская научно-производственная
приборостроительная компания, НИИ
буровой техники и др.
Последние исследования
перспектив развития инклинометрии
скважин показали тенденцию
вытеснения магнитометрических
приборов приборами, основанными на
применении гироскопических методов
ориентации.
1.
Структура и конструктивные
реализации навигационной системы
ИГМН – 73 «АЗИМУТ»
В состав
навигационной системы ИГМН-73 «АЗИМУТ»
входят три прецизионные
гироскопические датчики угловой
скорости (ДУС), три измерителя
линейного ускорения (ДЛУ),
спецвычислитель, прецизионные
центраторы.
Решена задача размещения
измерительных осей ДУСов вдоль
ортогональных тетраэдров при
существенных конструкторских
ограничениях вызванных ограничением
по диаметру [1].
При разработке
конструкции навигационной системы
был использован модульный принцип
построения. Скважинный прибор
навигационной системы состоит из
наружного кожуха 1, элементов
ориентации кожуха в скважине 2, 3, блока датчиков и блока электроники (рис.1).
Блок датчиков включает три ДУСа 4 и три акселерометра 5,
построенных по компенсационному
принципу измерения, с использованием
упругого подвеса чувствительного
элемента. Измерительные оси ДУСов и
акселерометров образуют
взаимноортогональные тетраэдры,
причем ось одного из ДУСов
коллинеарна продольной оси
инклинометра, а измерительные оси
акселерометров коллинеарны
соответствующим измерительным осям
ДУСов. Блок электроники включает в
себя плату управления, съема и
первичной обработки информации 6
и
блок питания 7.
Механическое соединение отдельных
блоков осуществляется с помощью
разборных устройств, а электрическое -
посредством разъемов. Блок питания
выдает все необходимые для
функционирования погружаемой части
навигационной системы напряжения, в
том числе и для работы гиромоторов.
Аналоговые выходы шести датчиков
соединены с платой управления, съема и
первичной обработки информации.
Используя известный принцип
частотной модуляции измеренные
сигналы через каротажный кабель
передаются на наземную часть
инклинометра.
Рис.
1.
Наземная часть
навигационной системы состоит из ПК,
модемного устройства и блока питания.
Электрическое питание навигационной
системы осуществляется от источника
переменного тока частотой 50 Гц,
напряжением 220 В.
2. Режимы работы ИГМН-73 «АЗИМУТ»
Перед спуском в скважину
проводится автоматический
компьютерный тест-контроль
функционирования и точностной тест-контроль
работы системы для получения
предельной точности путём обнуления
статических погрешностей прибора.
2.1. Точечный режим работы
Определение азимута в
земной системе координат с помощью
системы ИГМН-73 «АЗИМУТ» предъявляет
повышенные требования к стабильности
пространственного положения
измерительных осей ДЛУ и ДУСов в
процессе измерения. Невыполнение этих
требований приводит к резкому
ухудшению точностных параметров
системы, либо к увеличению времени
определения азимута.
Известны методы
повышения точности измерений путем
вращения блока чувствительных
элементов (ЧЭ) внутри скважинного
прибора. Этот метод требует
усложнения конструкции системы,
обеспечения строгой колинеарности
осей вращения ЧЭ и оси скважины (см.
описание системы SlimPulse
фирмы Schlumberge).
В процессе стендовых
испытаний и практических работ по
инклинометрии ряда скважин совместно
со специалистами ЗАО «Поморнефтегазгеофизика»
был разработан цифро-аналоговый
фильтр подавления реакций колебаний
основания на ДУСы в диапазоне частот
от 0,01 Гц и выше с уровнем подавления не
хуже 20 Дб. Для подавления реакций
колебаний основания прибора с
частотами 0,01Гц и ниже и резкого
уменьшения величины дрейфов ДУСов
различной природы (тепловой дрейф,
дрейф смещения центра масс и т.д.), был
внедрен метод реверсирования
кинетического момента гироскопа [2].
Внедрение вышеперечисленных мер
позволило производить определение
азимута при ограниченной
стабильности основания прибора,
вызванной нахождением системы в
скважине (приложения 1, 2).
На основании опыта
совместных с ЗАО «Поморнефтегазгеофизика»
работ по проведению инклинометрии
ряда скважин впервые апробирован
метод повышения точности определения
азимута в точечном режиме с
использованием рекомендаций [3] и
целенаправленной симметричной
установке прибора по азимуту в
заданном сечении скважины путем
контроля изменения угла отклонителя.
Применение
предложенного метода позволило
успешно провести инклинометрию
слабозаклонённой (зенитный угол от 0
до 5 град.) скважины в районе города
Полтава в Украине. Для подтверждения
точности измерений использовался
метод двух скважинных приборов (Приложение
№3). Интерпретация результатов
точечных замеров проводилась путем
применения методов эвристической
самоорганизации. В результате была
получена регрессионная модель,
которая является более адекватной
реальной траектории скважины (так называемая «физическая
модель»).
3. Непрерывный режим работы.
Применение точечного
режима замера пространственных
координат требует достаточно
большого количества измеренных точек,
и, как следствие, значительного
времени для точного измерения
инклинометрических параметров.
Простой в процессе
бурения скважин или в процессе
эксплуатации, вызванный проведением
каротажных работ приводит к
финансовым потерям. Поэтому в
настоящее время появляются
навигационные системы (см., например,
описание системы TARGET), разработанные
специально для непрерывного каротажа
с высокой скоростью движения
скважинного прибора, позволяющие
сократить время проведения
инклинометрических работ.
Следует отметить, что в
описаниях навигационных
инклинометрических систем, как
правило, нет описания начальной
азимутальной выставки этих приборов
как на поверхности Земли, так и в
скважине. Единственная известная
система в СНГ – гироскопический
инклинометр ИГН-73-100/80, разработанный
ООО «Арас-Плюс», позволяет
производить азимутальную выставку
лишь на устье скважины [4]. Это
существенное ограничение, так как это
не позволяет производить коррекцию
показаний при непрерывном режиме
внутри скважины путем применения
точечного режима работы.
Навигационная система
ИГМН-73 «АЗИМУТ» позволяет реализовать
непрерывный режим инклинометрии без
ограничений по скорости движения
скважинного прибора, сохраняя высокие
точностные характеристики (см.
приложение 4). Это достигается путем
реализации ряда инноваций [5]
современных методов обработки данных,
эвристических методов принятия
решений.
По результатам натурных
испытаний была достигнута точность
определения азимута 0,5 град. за 600 сек.
непрерывного измерения. Выставка
навигационной системы производилась
в точечном режиме.
Разработаны, изготовлены
опытные образцы бесплатформенной
иннерциальной навигационной системы
ИГМН-44-М «Азимут».
Проходит стендовые
испытания опытный образец блока
гироскопических иннерциальных
датчиков ИГМН-56-ДВ «Азимут», способный
ть в составе любой забойной системы,
решать задачи ориентации при наличии
магнитных аномалий без ограничений по
углу и времени нахождения в забое.
Литература
1.
Патент: “Датчик угловой
скорости”. (11) 2109 (UA), (51) 7 G01P9/00. Шервашидзе В.В., Леоненко К.Н.,
Мурзаханов А.В.
2.
Патент: “Метод и устройство
для измерения угловой скорости”. (11)
61044 (UA),
(51) 7 G01P9/00. Шервашидзе В.В., Леоненко К.Н.,
Мурзаханов А.В.
3.
Руководящий
документ. Техническая инструкция по
проведению геофизических
исследований и работ приборами на
кабеле в нефтяных и газовых скважинах
РД 153-39.0-072-01. М. 2001.
4.
Гироскопический
инклинометр ИГН-73-100/80 // Каротажник. 2003.
№107. С. 142-147.
5.
Патент: “Метод измерения
топогеодезических показателей и
гироскопический инклинометр для его
реализации ”. (11) 60288 А (UA),
(51) 7 G01P9/00.
Шервашидзе В.В., Леоненко К.Н.,
Мурзаханов А.В.
Приложение
№1-1
Результаты
стендовых испытаний на базе ЗАО «Поморнефтегазгеофизика»
Приложение №1-2
Результаты
стендовых испытаний на базе ЗАО «Поморнефтегазгеофизика»
Приложение
2-1
Результаты
испытаний в скважине в районе
Тединского месторождения
Прибор ИГМН 73-100/100 №14/1
Приложение
№2-2
Результаты
испытаний в скважине в районе
Тединского месторождения
Прибор
ИГМН 73-100/100 №14/2
Приложение
№2-2
Результаты
испытаний в скважине в районе
Тединского месторождения
Прибор
ИГМН 73-100/100 №14/2
Приложение
№2-3
Результаты
испытаний в скважине в районе
Тединского месторождения
График
зависимости азимута от глубины по
двум приборам
---
ИГМН 73-100/100
№14/1
---
ИГМН 73-100/100 №14/2
---
Усреднение по двум приборам
.
Приложение
№3
Результаты инклинометрии
слабозаклоненной скважины в
Полтавской области
|
|
ИГМН 73-100/100 №14/4
|
ИГМН 73-100/100 №14/6
|
|
Глубина
|
Зенит, град
|
Азимут, град
|
Зенит, град
|
Азимут, град
|
|
1800
|
4,18
|
47,1
|
4,18
|
47,7
|
|
1850
|
3,0
|
98,9
|
3,15
|
101,2
|
|
1900
|
2,73
|
134,1
|
2,86
|
136,8
|
|
1950
|
3,19
|
156,7
|
3,38
|
158,3
|
|
2000
|
4,08
|
167,2
|
4,15
|
167,4
|
|
2050
|
4,95
|
169,8
|
5,05
|
168,9
|
|
2100
|
5,62
|
167,8
|
5,42
|
166,4
|
|
2150
|
5,26
|
164,6
|
5,06
|
163,7
|
|
2200
|
5,36
|
162,8
|
5,35
|
164,6
|
|
|
Зенит, град
|
Азимут, град
|
|
Срединная
ошибка
|
0,058
|
0,69
|
|
СКО
|
0,0047
|
0,62
|
Максимальное
отклонение показаний двух приборов
равно: 2,7° по
азимуту (глубина 1900 м) и 0,2° по зениту (глубина
2100 м).
| 
