Типи гіроскопічних інструментів для дослідження нафтових і газових свердловин

Звичайний гіроскоп

Звичайний гіроскоп або безкоштовний гіроскоп існує з 1930-х років. Він отримує азимут стовбура свердловини від обертового гіроскопа. Він лише визначає напрямок стовбура свердловини і не визначає нахил. Кут нахилу зазвичай отримують за допомогою акселерометрів. У однознімковому гіроскопі на основі плівки використовується маятник, підвішений над компасом (прикріпленим до зовнішньої осі підвісу), щоб отримати нахил. Звичайний гіроскоп має обертову масу, яка зазвичай обертається зі швидкістю від 20 000 до 40 000 обертів на хвилину (деякі обертаються навіть швидше). Гіроскоп залишатиметься нерухомим, якщо на нього не діють зовнішні сили, а маса підтримується в центрі ваги. На жаль, неможливо утримувати масу в її точному центрі тяжіння, і на гіроскоп діють зовнішні сили. Тому гіроскоп буде дрейфувати з часом.

Теоретично, якщо гіроскоп починає обертатися і спрямований у певному напрямку, він не повинен суттєво змінювати напрямок з часом. Тому він запускається в яму, і навіть якщо корпус повертається, гіроскоп може вільно рухатися, і він залишається спрямованим у тому ж напрямку. Оскільки напрямок, у якому спрямований гіроскоп, відомий, напрямок стовбура свердловини можна визначити за різницею між орієнтацією гіроскопа та орієнтацією корпусу, що містить гіроскоп. Орієнтація осі обертання повинна бути відома до того, як гіроскоп буде запущено в отвір. Це називається референцією гіроскопа. Якщо гіроскоп не прив’язаний належним чином, все обстеження буде вимкнено, тому інструмент має бути належним чином прив’язаний перед його запуском у свердловину для нафтових і газових свердловин.

Недоліки

Іншим недоліком звичайного гіроскопа є те, що він буде дрейфувати з часом, викликаючи помилки у виміряному азимуті. Гіроскоп буде дрейфувати через удари системи, знос підшипників і обертання Землі. Гіроскоп також може дрейфувати через недосконалість гіроскопа. Дефекти можуть виникнути під час виготовлення або обробки гіроскопа, оскільки точний центр маси не знаходиться в центрі осі обертання. Дрейф менше наЕкватор Землі і вище на вищих широтах біля полюсів. Як правило, звичайні гіроскопи не використовуються на широтах або кутах нахилу вище 70°. Типова швидкість дрейфу для традиційного гіроскопа становить 0,5° за хвилину. Очевидний дрейф, спричинений обертанням Землі, виправляється шляхом застосування спеціальної сили до внутрішнього кільця підвісу. Прикладена сила залежить від широти, де буде використовуватися гіроскоп.

Через ці причини всі звичайні гіроскопи будуть дрейфувати на певну кількість. Дрейф відстежується щоразу, коли запускається традиційний гіроскоп, і огляд коригується з урахуванням цього дрейфу. Якщо еталон або дрейф не компенсуються належним чином, зібрані дані дослідження будуть невірними.

Інтеграція швидкості або гіроскоп з орієнтуванням на північ

Щоб уникнути недоліків звичайного гіроскопа, був розроблений гіроскоп, спрямований на північ. Швидкий гіроскоп і гіроскоп орієнтації на північ – це, по суті, одне й те саме. Це гіроскоп лише з одним ступенем свободи. Для визначення справжньої півночі використовується гіроскоп, що інтегрує швидкість. Гіроскоп розділяє вектор обертання Землі на горизонтальну та вертикальну складові. Горизонтальна складова завжди вказує на справжню північ. Відпадає необхідність посилатися на гіроскоп, що підвищує точність. Широта стовбура свердловини повинна бути відома, оскільки вектор обертання Землі буде різним із зміною широти.

Під час налаштування гіроскоп швидкості автоматично вимірює обертання Землі, щоб усунути дрейф, спричинений обертанням Землі. Ця конструктивна особливість зменшує ймовірність виникнення помилок порівняно зі звичайним гіроскопом. На відміну від традиційного гіроскопа, для швидкісного гіроскопа не потрібна контрольна точка для наведення, що усуває одне потенційне джерело помилки. Сили, що діють на гіроскоп, вимірюються ним, тоді як сила тяжіння вимірюється акселерометрами. Сукупні показання акселерометрів і гіроскопа дозволяють розрахувати нахил і азимут стовбура свердловини.

Швидкісний гіроскоп вимірюватиме кутову швидкість через кутове зміщення. Гіроскоп, що інтегрує швидкість, обчислює інтеграл кутової швидкості (кутового зміщення) через вихідний кутовий зміщення.

Нові версії гіроскопа можна оглядати під час руху, але існують обмеження. Їм не потрібно залишатися на місці, щоб отримати опитування. Загальний час опитування можна зменшити, що зробить інструмент більш рентабельним.

Кільцевий лазерний гіроскоп

Кільцевий лазерний гіроскоп (RLG) використовує інший тип гіроскопа для визначення напрямку свердловини. Датчик складається з трьох кільцевих лазерних гіроскопів і трьох інерційних акселерометрів, встановлених для вимірювання осей X, Y і Z. Це точніше, ніж гіроскоп із швидкісним наведенням або наведенням на північ. Інструмент опитування не потрібно зупиняти, щоб взяти опитування, тому опитування відбуваються швидше. Однак зовнішній діаметр кільцевого лазерного гіроскопа становить 5 1/4 дюймів, що означає, що цей гіроскоп може працювати лише в корпусі 7 дюймів і більше (перевірте нашконструкція корпусукерівництво). Його не можна пропустити через aбурильна колона, тоді як швидкісний або північний гіроскоп можна пропустити через бурильну колону або колони труб меншого діаметру.

компоненти

У своїй найпростішій формі кільцевий лазерний гіроскоп складається з трикутного скляного блоку, просвердленого для трьох отворів гелій-неонового лазера з дзеркалами в точках 120 градусів – кутах3. У цьому резонаторі співіснують лазерні промені, що обертаються проти годинникової стрілки, а інший – проти. У якийсь момент фотосенсор контролює промені в місці їх перетину. Вони будуть конструктивно або деструктивно заважати один одному, залежно від точної фази кожного променя.

Якщо RLG нерухомий (не обертається) відносно своєї центральної осі, відносна фаза двох променів є постійною, а вихідний сигнал детектора є узгодженим. Якщо RLG обертати навколо своєї центральної осі, промені за годинниковою стрілкою та проти годинникової стрілки зазнають протилежних доплерівських зсувів; частота одного збільшиться, а частота іншого зменшиться. Детектор буде відчувати різницю частот, за якою можна визначити точне кутове положення та швидкість. Це відомо якЕфект Саньяка.

Те, що вимірюється, є інтегралом кутової швидкості або кута повороту з початку підрахунку. Кутова швидкість буде похідною від частоти биття. Подвійний (квадратурний) детектор можна використовувати для визначення напрямку обертання.

Інерційний гіроскоп

Найточнішим інструментом для дослідження нафти і газу є інерційний гіроскоп, який часто називають інструментом Ферранті. Це вся система навігації, адаптована з аерокосмічної техніки. Через найвищу точність цього гіроскопа більшість геодезичних інструментів порівнюють із ним, щоб визначити їх відповідну точність. Пристрій використовує три швидкісних гіроскопи та три акселерометри, встановлені на стабілізованій платформі.

Система вимірює зміну напрямку платформи (платформні установки) і відстань, яку він переміщає. Він не тільки вимірює нахил і напрямок колодязя, але й визначає глибину. Він не використовує глибину кабелю. Однак він має ще більший розмір – 10⅝ дюймів OD. Як наслідок, його можна використовувати лише в корпусі розміром 13 3/8″ і більше.

Гіроскопічний інклінометр від Vigor тестується в найпростішому та зручному у використанні вигляді, і клієнту після отримання товару потрібно лише встановити та налагодити його відповідно до відео Vigor. Якщо вам потрібна наша допомога, відділ післяпродажного обслуговування Vigor також відповість вам протягом 24 годин, щоб терміново допомогти вам вирішити проблему. Якщо вас цікавить гіроскопічний інклінометр Vigor, не соромтеся зв’язатися з командою інженерів Vigor, щоб отримати максимум професійні технології та найкраща якість, безтурботне високоякісне обслуговування.

За додатковою інформацією Ви можете написати на нашу поштову скринькуinfo@vigorpetroleum.com&marketing@vigordrilling.com