Types d'outils d'enquête gyroscopique dans les puits de pétrole et de gaz

Gyroscope conventionnel

Le gyroscope conventionnel ou gyroscope libre existe depuis les années 1930. Il obtient l'azimut du puits de forage à partir d'un gyroscope en rotation. Il détermine uniquement la direction du puits de forage et ne détermine pas l'inclinaison. L'angle d'inclinaison est généralement obtenu avec des accéléromètres. Le gyroscope à un coup basé sur un film utilise un pendule suspendu au-dessus d'une boussole (fixée à l'axe extérieur du cardan) pour obtenir l'inclinaison. Un gyroscope conventionnel a une masse en rotation qui tourne généralement entre 20 000 et 40 000 tr/min (certains tournent encore plus vite). Le gyroscope restera fixe si aucune force externe n’agit sur lui et si la masse est soutenue à son centre de gravité exact. Malheureusement, il n'est pas possible de maintenir la masse à son centre de gravité précis et des forces externes agissent sur le gyroscope. Par conséquent, le gyroscope dérivera avec le temps.

Théoriquement, si un gyroscope commence à tourner et est pointé dans une direction spécifique, il ne devrait pas changer sensiblement de direction au fil du temps. Par conséquent, il passe dans le trou et même si le boîtier se retourne, le gyroscope est libre de se déplacer et reste pointé dans la même direction. Puisque la direction dans laquelle pointe le gyroscope est connue, la direction du puits de forage peut être déterminée par la différence entre l'orientation du gyroscope et l'orientation du boîtier contenant le gyroscope. L'orientation de l'axe de rotation doit être connue avant que le gyroscope ne pénètre dans le trou. C'est ce qu'on appelle le référencement du gyroscope. Si le gyroscope n'est pas référencé correctement, l'ensemble du levé est désactivé, l'outil doit donc être correctement référencé avant d'être exécuté dans le trou des puits de pétrole et de gaz.

Inconvénients

Un autre inconvénient d’un gyroscope conventionnel est qu’il dérive avec le temps, provoquant des erreurs dans l’azimut mesuré. Le gyroscope dérivera en raison des chocs du système, de l'usure des roulements et de la rotation de la Terre. Le gyroscope peut également dériver en raison d'imperfections du gyroscope. Les défauts peuvent se développer lors de la fabrication ou de l'usinage du gyroscope, car le centre exact de la masse n'est pas au centre de l'axe de rotation. La dérive est moindre auL'équateur terrestre et plus élevé aux latitudes plus élevées, près des pôles. Généralement, les gyroscopes conventionnels ne sont pas utilisés à des latitudes ou des inclinaisons supérieures à 70°. Un taux de dérive typique pour un gyroscope traditionnel est de 0,5° par minute. La dérive apparente provoquée par la rotation de la Terre est corrigée en appliquant une force spéciale sur l'anneau intérieur du cardan. La force appliquée dépend de la latitude où le gyroscope sera utilisé.

Pour ces raisons, tous les gyroscopes conventionnels dériveront selon des valeurs spécifiques. La dérive est surveillée chaque fois qu'un gyroscope traditionnel est exécuté, et le levé est ajusté en fonction de cette dérive. Si la référence ou la dérive n'est pas correctement compensée, les données d'enquête recueillies seront incorrectes.

Gyroscope à intégration de taux ou à recherche du nord

Un gyroscope de vitesse ou de recherche du nord a été développé pour éviter les défauts du gyroscope conventionnel. Un gyroscope et un gyroscope orienté vers le nord sont essentiellement les mêmes choses. C'est un gyroscope à un seul degré de liberté. Le gyroscope intégrant le taux est utilisé pour déterminer le nord vrai. Le gyroscope résout le vecteur spin de la Terre en composantes horizontales et verticales. La composante horizontale pointe toujours vers le vrai Nord. Le besoin de référencer le gyroscope est éliminé, ce qui augmente la précision. La latitude du puits de forage doit être connue car le vecteur spin de la Terre sera différent à mesure que la latitude varie.

Lors de la configuration, le gyroscope mesure automatiquement la rotation de la Terre pour éliminer la dérive provoquée par la rotation de la Terre. Cette caractéristique de conception le rend moins susceptible de produire des erreurs par rapport à un gyroscope conventionnel. Contrairement à un gyroscope traditionnel, le gyroscope ne nécessite pas de point de référence pour être visé, éliminant ainsi une source potentielle d'erreur. Les forces agissant sur le gyroscope sont mesurées par celui-ci, tandis que la force de gravité est mesurée par les accéléromètres. Les lectures combinées des accéléromètres et du gyroscope permettent le calcul de l'inclinaison et de l'azimut du puits de forage.

Un gyroscope mesurera la vitesse angulaire grâce à un déplacement angulaire. Le gyroscope intégrateur de taux calcule l'intégrale de la vitesse angulaire (déplacement angulaire) via un déplacement angulaire de sortie.

Les versions plus récentes du gyroscope peuvent être étudiées en mouvement, mais des limites existent. Ils n'ont pas besoin de rester immobiles pour obtenir une enquête. La durée totale de l'enquête peut être réduite, ce qui rend l'outil plus rentable.

Gyroscope laser annulaire

Le gyroscope laser annulaire (RLG) utilise un type différent de gyroscope pour déterminer la direction du puits. Le capteur comprend des gyroscopes laser à trois anneaux et trois accéléromètres inertiels montés pour mesurer les axes X, Y et Z. Il est plus précis qu'un gyroscope de vitesse ou de recherche du nord. Il n’est pas nécessaire d’arrêter l’outil d’enquête pour réaliser une enquête, les enquêtes sont donc plus rapides. Cependant, le diamètre extérieur du gyroscope laser annulaire est de 5 1/4 pouces, ce qui signifie que ce gyroscope ne peut fonctionner que dans un boîtier de 7″ et plus (consultez notreconception du boîtierguide). Il ne peut pas être exécuté via untrain de tiges, tandis qu'un gyroscope à taux variable ou à recherche du nord peut être exécuté à travers un train de tiges de forage ou des trains de tiges de plus petit diamètre.

Composants

Dans sa forme la plus simple, le gyroscope laser en anneau se compose d'un bloc de verre triangulaire percé pour trois alésages laser hélium-néon avec des miroirs aux points de 120 degrés – les coins3. Des faisceaux laser contrarotatifs – l’un dans le sens des aiguilles d’une montre et l’autre dans le sens inverse des aiguilles d’une montre – coexistent dans ce résonateur. À un moment donné, un photocapteur surveille les faisceaux là où ils se croisent. Ils interféreront les uns avec les autres de manière constructive ou destructrice, en fonction de la phase précise de chaque faisceau.

Si le RLG est stationnaire (ne tourne pas) autour de son axe central, la phase relative des deux faisceaux est constante et la sortie du détecteur est cohérente. Si le RLG tourne autour de son axe central, les faisceaux dans le sens horaire et anti-horaire subiront des décalages Doppler opposés ; l’un augmentera en fréquence et l’autre diminuera en fréquence. Le détecteur détectera la différence de fréquence à partir de laquelle la position angulaire et la vitesse précises peuvent être déterminées. C'est ce qu'on appelle leEffet Sagnac.

Ce qui est mesuré est l'intégrale de la vitesse angulaire ou de l'angle tourné depuis le début du comptage. La vitesse angulaire sera la dérivée de la fréquence de battement. Un détecteur double (en quadrature) peut être utilisé pour dériver le sens de rotation.

Gyroscope à inertie

L'instrument d'enquête le plus précis dans le domaine pétrolier et gazier est le gyroscope inertiel, souvent appelé outil Ferranti. Il s’agit de l’ensemble du système de navigation adapté de la technologie aérospatiale. En raison de la plus grande précision de ce gyroscope, la plupart des outils d'enquête lui sont comparés pour déterminer leurs précisions respectives. L'appareil utilise trois gyroscopes et trois accéléromètres montés sur une plate-forme stabilisée.

Le système mesure le changement de direction de la plateforme (plates-formes) et la distance parcourue. Il mesure non seulement l’inclinaison et la direction du puits, mais détermine également la profondeur. Il n'utilise pas la profondeur du câble. Cependant, il a une dimension encore plus grande de 10⅝ pouces de diamètre extérieur. Par conséquent, il ne peut être utilisé que dans des boîtiers de 13 3/8″ et plus.

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